文档介绍：实验三孔径光阑、视场光阑和景深实验
此为一个设计性实验。
引言
孔径光阑、视场光阑和景深是几何光学中很重要的概念,也是光学设计,光学装调必
须考虑的问题,它们关系到光学系统像面的照度,成像范围,系统的像差,分辨率和成像
质量等。同时,这些概念又是几何光学学习的难点。因此,安排此实验是很有必要的。
一、实验目的
1、深入理解孔径光阑(入、出瞳),视场光阑(入、出窗)及景深的概念
2、学会确定孔径光阑,视场光阑及测量景深的方法
二、实验原理
理想光学系统可以对任意大的物体范围以任意宽的光束进行完善成像,实际光学系统
不可能为无限大,进入系统的光线将受到光学元件有限的通光口径的限制。任何一个光学
系统对光束都包含两个基本限制:对入射的光束大小的限制和对成像范围的限制。如照相
系统中常采用的光圈(F)这一术语,指的就是对光束的一种限制,改变光圈的大小可以
控制进入系统的光能,配合速度来满足接收器所需的曝光量。又如,照相机中的接收器的
边界框(如 135 胶片,1/D 等)也是对光束的一种限制,D 靶面
外的像点将不能获得图像。光束的限制不仅决定了光学系统的光束宽度和像的大小,而且
还决定了光学系统对物体细节的分辨力和系统的景深,同时对系统的像差也有很大影响。
光阑的分类
在光学系统中,对光束起限制作用的光学元件称为光阑。它们可能出自某一透镜的边
框,也可能是专门设计的任一形状的光孔器件。根据各种光阑限制光束的目的,它们大体
分为几种:
1 孔径光阑
光学系统中用于限制轴上点成像光束大小的光阑称为孔径光阑,如照相机中的可调光
圈就是该系统的孔径光阑。孔径光阑的大小决定成像面上的照度。在光学系统中,描述成
像光束大小的参量称为孔径,系统对近距离物体成像时,其孔径大小用孔径角 U 表示,对
无限远物体成像时,孔径大小用孔径高度 h 表示。
2 视场光阑
光学系统中用于限制成像范围大小的光阑称为视场光阑,如照相机中的底片框就是系
统的视场光阑。光学系统中描述成像范围大小的参量称为视场,系统对近距离物体成像时,
视场的大小一般用物体的高度 y 表示,对远距离物体成像时,视场大小用视场角表示。
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3 渐晕光阑
为了改善轴外点的成像质量或减小部分光学元件的横向尺寸,对轴外点的成像光束刻
意产生部分限制作用的光阑叫渐晕光阑。
4 消杂光光阑
消杂光光阑用来限制一些非成像光线,如镜头表面、金属表面以及镜筒内壁反射或散
射所产生的杂散光,它们通过系统后将在像面上产生杂光背景,破坏像的对比度和清晰度。
尽管有上述多种目的的光束限制,但孔径光阑和视场光阑是必不可少的。
孔径光阑的确定方法、入瞳和出瞳
L
D
D
F F
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D
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图 1 孔径光阑的确定方法
孔径光阑的确定原则为:将系统中各光阑分别经其前面的光学元件成像于系统的物空
间,其中对轴上点张角最小的那个像所对应的光阑即为孔径光阑。要说明的两点: (1)光学
系统孔径光阑与系统和物平面位置有关。(2)当物(像)位于无穷远时,在物(像)空间
比较张角变为比较光阑的像的大小。
孔径光阑通过其前面光学系统所成的像称为入瞳,它决定进入系统光束的大小,入瞳
是物面