光阑的概念、孔径光阑及其判断

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理想光学系统不仅可以实现点对点成像，而且可以对任意物以任意宽的光束给出某一定倍率的像。当共轭距一定时，物的大小与像的大小成比例。但实际光学系统的成像光束将会受到限制。透镜的大小和像面的大小有限，从而限制了成像光束的宽度和成像范围。

透镜的大小限制A点发出的成像光束的孔径角，像面的大小限制成像范围，它们都是对光束的限制，称为光阑。

·  光阑的概念　

　　光阑：起限制成像光束作用的透光孔。

孔径光阑	限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾角（孔径角）
视场光阑	限制物平面或物空间能被系统成像的最大范围（视场）
渐晕光阑	限制物空间轴外点发出的、本来能通过上述两种光孔的成像光束
消杂光光阑	限制杂散光（从视场外射入系统，或由镜头内部的光学表面、金属表面及镜座内壁的反射和散射所产生）

·  光阑的位置

孔径光阑	随系统而异，目视光学系统要求孔阑或孔阑的像一定要在外面，以与眼瞳重合；远心光学系统要求孔阑在焦面上。其他无特殊要求的可以选择。
视场光阑	一般是在实像面或中间实像面上，也可以没有
渐晕光阑	位置可选择，以改善成像质量，与视场光阑二者必有其一
消杂光光阑	位置可选择，以达到限制杂散光的目的，也可以没有

·  孔径光阑　　

  　一个光学系统有若干个透光孔，其中哪一个是孔径光阑？是最前面的一个吗？是最小的一个吗？请看动画：

何为孔阑要依当时的条件而定。物体位置变了，孔阑可能会变。

当物体位置一定时，有一个光孔最限制成像光束的宽（角）度——孔阑

要找到孔阑，首先应使所有的光孔处于同一空间。请看找孔阑的过程：

  入射光瞳和出射光瞳

　　所有光孔投射到第一光孔的物空间，对轴上物点A张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑，该光孔“像”称入射光瞳，这个张角称物方孔径角2U。

　　所有光孔投射到最后一个光孔的像空间，对轴上像点A’张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑，该光孔“像”称出射光瞳，这个张角称像方孔径角2U’。

   入瞳直径与焦距之比称为相对孔径。

　　通过入瞳中心的光线必通过孔阑中心，并过出瞳中心。

　　通过入瞳边缘的光线必通过孔阑边缘，并过出瞳边缘。

孔阑、入瞳和出瞳之间的共轭关系可用下图表示：

入瞳和出瞳的作用：

　　入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口；出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系统以后从最后一个光孔出射的共同出口。
物点和入瞳中心的连线称为主光线，主光线也通过孔阑和出瞳的中心。
入瞳中心是所有主光线的交点。

来源： 网络