光學(xué)零件的通光口徑?jīng)Q定了能通過該零件的光束直徑或立體角的大小,故光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)零件的鏡框就是限制光束的光孔。此外,為了某些特殊需要和限制成象范圍,還需要在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置一些被稱為光闌的光孔。這些光孔在多數(shù)情況下是圓形的,并與整個系統(tǒng)同軸,有不同作用的如下幾種光闌:
m"o ;L3 1、孔徑光闌:限制成象光束立體角的光闌稱為孔徑光闌,它決定了軸上點成象光束中最邊緣光線的傾斜角,稱其為光束的孔徑角。這種光闌在任何系統(tǒng)中都存在。
qU#BJON]BR 2、視場光闌:限制物平面或物空間能被系統(tǒng)成象的最大范圍的光闌稱為視場光闌,它決定了光學(xué)系統(tǒng)的視場。
QoG cWJ 3、漸暈光闌:光闌以減小軸外相差為目的,使物空間軸外點發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成象光束只能部分通過,稱漸暈光闌。
@O[}QB?/fi 4、消雜光光闌:只對那些從視場外射入系統(tǒng)的光能和由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面,金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生的雜光起部分限制作用。雜散光如果通過系統(tǒng),將在相面上產(chǎn)生一個雜光背景,危害象質(zhì)。大型光學(xué)儀器,尤其是天文儀器中的望遠鏡系統(tǒng)和折反射系統(tǒng)等必須專門設(shè)置消雜光光闌。一般的光學(xué)儀器通常只將鏡筒內(nèi)壁車成螺紋,并涂以黑色無光漆或發(fā)黑來減少雜光的影響。
ho0@ l 在光學(xué)系統(tǒng)中,視場光闌的位置是固定的,它總是設(shè)置在系統(tǒng)的實象平面或中間實象平面上。若系統(tǒng)沒有這種實象平面,則不存在視場光闌,此時必須有漸暈光闌。當然有視場光闌時也可能有漸暈光闌。而孔徑光闌的位置則隨系統(tǒng)而不同,有些系統(tǒng)對其位置有特定的要求,如目視光學(xué)系統(tǒng)和遠心光學(xué)系統(tǒng)等。除此之外,孔徑光闌的位置是可選擇的。不同的孔徑光闌位置就等于從物點發(fā)出的寬光束中挑選不同部分的光束參與成象。故合理選擇孔徑光闌的位置有助于改善軸外點的成象質(zhì)量,可阻攔偏離于理想成象要求較遠的光束。此外,對于目視光學(xué)系統(tǒng),必須將眼瞳也作為系統(tǒng)中的一個光孔來考慮。并且一般都假定系統(tǒng)對光闌是理想成像的。
D,g1<:< 圖中畫出了自物體中心(即軸上點A)發(fā)出的與光軸成不同角度的三條光線,分別經(jīng)過三個光孔的邊緣,其中經(jīng)Q邊緣Q1點的光線與光軸的夾角最小,這表明,由A點發(fā)出的光束中,只有比此角小的光線才能通過系統(tǒng)參與成像。所以在這個系統(tǒng)中,光闌Q起著限制成像光束的作用,是系統(tǒng)的孔徑光闌(以下簡稱孔闌)。
OnK~3j 在圖A中,我們畫出了孔闌被其前面的鏡組O1所成想的像P1PP2,同樣也易于畫出光孔O2被其前面的鏡組所成的像。顯然,在所有光孔被其前面的鏡組在物空間所成的像中,孔徑光闌的像P1PP2對軸上物點A的張角仍為最小?梢姡灰页鏊泄饪妆黄淝懊娴溺R組在物空間的像,并求出它們對軸上物點的張角就能作出判斷。即,與對軸上物點A張角最小的那個像相對應(yīng)的光孔就是孔闌。那個光孔像,即孔闌被其前面的鏡組在物空間中所成的像稱為光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳(以下簡稱入瞳)。在圖A中,入瞳就是P1PP2。圖B對同一系統(tǒng)畫出了軸上點A和軸外點B的成像光束經(jīng)過系統(tǒng)的情況,可以看出,入瞳決定了物點成像光束的最大孔徑,并且是物面上各點成像光束的公共入口。同樣,孔闌被其后面的鏡組在系統(tǒng)成像空間中所成的像P`1 P`P`2 ,也是所有光孔在像空間的像中對軸上點的像A`張角最小的一個。這個像稱為光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳。出瞳是物面上各點的成像光束自系統(tǒng)出射時的公共出口,并且是入瞳經(jīng)整個系統(tǒng)所成的像。
!kE-_dY6) 光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳
lhw ,J]0* 在一個光學(xué)系統(tǒng)的若干通光孔中,一定有一個光孔起著限制成象光束的作用。如圖A所表示的系統(tǒng),它由兩個透鏡組(為方便計,畫成薄透鏡)及其之間的一個專設(shè)光闌Q所組成,共有三個光孔Q1、Q和Q2。
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