光学与电子科技学院
College of Optical and Electronic Technology
浙江省精品课程
光学原理
第三章光阑与像差
沈常宇
1
§3.3 渐晕光阑
2020/3/202
-y
P
P 1
P 2
y'Q 1
Q 2
Q
入射光瞳
孔径光阑
L 1
L 2
1、渐晕现象—轴外物点
轴外物点B 的下光线被L 1阻挡,上光线被L 2阻挡。B 点的实际成像光束要小。
A
B
轴外物点发出的充满入瞳的光被部分遮挡的现象叫渐晕,引起渐晕的光阑称为渐晕光阑。---光孔离孔阑越远越容易引起渐晕。
2、渐晕系数k
实际设计时起拦光作用的光阑是渐晕光阑。
为什么叫渐晕?因为它所限制的视场边界是不
清晰的。
光孔离孔阑越远越容易引起渐晕。
面渐晕系数=轴外点光束在入瞳上的截面积/入
瞳面积
线渐晕系数=轴外点光束在入瞳上的高度/入瞳
直径
K=1表示无渐晕,K=0表示极限情况,可得到极
限视场。
2、求渐晕系数k
方法1:直接计算渐晕光阑上的光束宽度,进
行比较
方法2:将光束光度折算到入瞳平面上进行比
较
2020/3/205
光路中有一个透镜L,其焦距为f’,半径为R
L ;有一
个开孔屏QQ’,相对透镜L的距离l
Q ,内孔半径R
Q
;有一
个观察屏(或底片框)PP’,窗口半径为R
P ;问:渐晕系
数分别为1,0.5和0时对应的线视场是多少?
3、渐晕与视场联用相关求解
提示:系统中有三个
光阑:透镜边框,孔
屏,观察屏。一般设
计是要使孔屏为孔径
光阑,观察屏为视场
光阑,所以观察屏应
放在透镜后方的像面
位置,而孔屏可在透
镜前方或后方。
6
第1种情况,K
=1
D
第3种情况,K
=0
D
第2种情况,K
=0.5
D
举例:第2种情况,K
=0.5,计算物方线视场
D
-R
l
-l Q
-l
讨论3种特殊情况:
(1)无渐晕视场。y 值较小,通过孔阑的光束也能通过透镜,则就不存在渐晕。当y 增加到临界情况,即光线通过透镜边缘也通过孔阑的边缘,对应渐晕系数等于1,由K D =1代入(3.1.
5)式,得无渐晕线视场。
(2)50%渐晕视场。继续增大y 值,则实际能通过系统的光束宽度将减小,渐晕系数等于0.5时,由K D =0.5代入(3.1.5)式,得线视场
(3)极限视场。当y 值增加渐晕系数等于0,这是能看到物点的极限情况,由K D =0确定y 极限值
三种视场分别对应图3.1.1中的M点位于孔阑下端、中心、上端,如图3.1.2所示。
例题:一个薄透镜安装在圆筒正中间,圆筒长200mm,内径50mm,透镜焦距50mm。(1)如果物面设在圆筒端面上,则像面在何处?系统的孔径光阑在何处?最大孔径角多大?视场光阑在何处?线视场多大?是否存在渐晕?如果有渐晕,渐晕系数多大?(2)若透镜焦距改为75mm,则上述结论又如何?
物面
L
f’
f’解答:
1.

2. 很显然透镜边框是孔径光阑。
f’解答:
3. 圆筒最右端是视场光阑。
4. 无渐晕。L
f’
(2)若透镜焦距改为75mm ,则上述结论又如何?L f’

物面1.2.
很显然透镜边框是孔径光阑。
L
f’物面y
3. 圆筒最左端是视场光阑。
4. 有渐晕k=0.5。
L
f’
只要入射窗(决定了物方视场的大小)与
物平面重合,出射窗与像平面重合就可消除渐晕。
一般的,多个透镜组成的结构复杂的光学系统,为了提高其轴外点成像质量,会设置渐晕光阑。但对于单组光学系统,如简单的望远镜,显微镜,可以没有渐晕光阑,分划板就是视场光阑,分划板的像大致成像于入窗和出窗面上,满足消除渐晕的条件。
注意:
•视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的,当孔径光阑位置改变时,原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。•孔径光阑限制成像光束的孔径,即决定成像的照度、分辨率;
•视场光阑决定视场,即物体成像的范围;
•孔径光阑缩小时,每一物点成像光束孔径角变小,像面照度减小,但成像范围不变;
•视场光阑缩小时,成像范围变小,但像的照度不变。
•轴外物点发出的充满入瞳的光被部分遮挡的现象叫渐晕,引起渐晕的光阑称为渐晕光阑。---光孔离孔阑越远越容易引起渐晕。
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4、消杂光光阑
这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束,只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等,这些光阑称为消杂光光阑。
物镜消杂光光阑
分划板2020/3/2019
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3.1光阑-渐晕光阑
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第三章光阑与像差
沈常宇
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§3.3 渐晕光阑
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P 2
y'Q 1
Q 2
Q
入射光瞳
孔径光阑
L 1
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