光學(xué)零件的通光口徑?jīng)Q定了能通過(guò)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(chēng)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(gè)系統(tǒng)同軸，有不同作用的如下幾種光闌：
i[BR(D&l_p 1、孔徑光闌：限制成象光束立體角的光闌稱(chēng)為孔徑光闌，它決定了軸上點(diǎn)成象光束中最邊緣光線的傾斜角，稱(chēng)其為光束的孔徑角。這種光闌在任何系統(tǒng)中都存在。
^xk ppN2 2、視場(chǎng)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(chēng)為視場(chǎng)光闌，它決定了光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)。
[ E
:`jY 3、漸暈光闌：光闌以減小軸外相差為目的，使物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來(lái)能通過(guò)上述兩種光孔的成象光束只能部分通過(guò)，稱(chēng)漸暈光闌。
K1wN9D{t' 4、消雜光光闌：只對(duì)那些從視場(chǎng)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(guò)系統(tǒng)，將在相面上產(chǎn)生一個(gè)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(yuǎn)鏡系統(tǒng)和折反射系統(tǒng)等必須專(zhuān)門(mén)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(chē)成螺紋，并涂以黑色無(wú)光漆或發(fā)黑來(lái)減少雜光的影響。
FsPDWy&x 在光學(xué)系統(tǒng)中，視場(chǎng)光闌的位置是固定的，它總是設(shè)置在系統(tǒng)的實(shí)象平面或中間實(shí)象平面上。若系統(tǒng)沒(méi)有這種實(shí)象平面，則不存在視場(chǎng)光闌，此時(shí)必須有漸暈光闌。當(dāng)然有視場(chǎng)光闌時(shí)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(duì)其位置有特定的要求，如目視光學(xué)系統(tǒng)和遠(yuǎn)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(diǎn)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(diǎn)的成象質(zhì)量，可阻攔偏離于理想成象要求較遠(yuǎn)的光束。此外，對(duì)于目視光學(xué)系統(tǒng)，必須將眼瞳也作為系統(tǒng)中的一個(gè)光孔來(lái)考慮。并且一般都假定系統(tǒng)對(duì)光闌是理想成像的。
A>1 p]# 圖中畫(huà)出了自物體中心（即軸上點(diǎn)A）發(fā)出的與光軸成不同角度的三條光線，分別經(jīng)過(guò)三個(gè)光孔的邊緣，其中經(jīng)Q邊緣Q1點(diǎn)的光線與光軸的夾角最小，這表明，由A點(diǎn)發(fā)出的光束中，只有比此角小的光線才能通過(guò)系統(tǒng)參與成像。所以在這個(gè)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(jiǎn)稱(chēng)孔闌）。
\e Sk7C 在圖A中，我們畫(huà)出了孔闌被其前面的鏡組O1所成想的像P1PP2，同樣也易于畫(huà)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(duì)軸上物點(diǎn)A的張角仍為最小�？梢�(jiàn)，只要找出所有光孔被其前面的鏡組在物空間的像，并求出它們對(duì)軸上物點(diǎn)的張角就能作出判斷。即，與對(duì)軸上物點(diǎn)A張角最小的那個(gè)像相對(duì)應(yīng)的光孔就是孔闌。那個(gè)光孔像，即孔闌被其前面的鏡組在物空間中所成的像稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳（以下簡(jiǎn)稱(chēng)入瞳）。在圖A中，入瞳就是P1PP2。圖B對(duì)同一系統(tǒng)畫(huà)出了軸上點(diǎn)A和軸外點(diǎn)B的成像光束經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的情況，可以看出，入瞳決定了物點(diǎn)成像光束的最大孔徑，并且是物面上各點(diǎn)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(duì)軸上點(diǎn)的像A`張角最小的一個(gè)。這個(gè)像稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳。出瞳是物面上各點(diǎn)的成像光束自系統(tǒng)出射時(shí)的公共出口，并且是入瞳經(jīng)整個(gè)系統(tǒng)所成的像。
UC
LjR<} 光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳
UEYM;$_@4o 在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的若干通光孔中，一定有一個(gè)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(gè)透鏡組（為方便計(jì)，畫(huà)成薄透鏡）及其之間的一個(gè)專(zhuān)設(shè)光闌Q所組成，共有三個(gè)光孔Q1、Q和Q2。
{uQ )p= 圖B如下
&#my #u^O; 
{@F["YPxy 前面所述，孔闌位于系統(tǒng)之間，因而是與入瞳和出瞳各不重合的一般情況。當(dāng)然，孔闌也常位于系統(tǒng)之前、系統(tǒng)之后，有時(shí)也與鏡組重合。相應(yīng)的，孔闌或與入瞳重合，或與出瞳重合，或與入瞳、出瞳皆重合。你能自己畫(huà)出這三種情況下的光學(xué)系統(tǒng)圖嗎？
r(2'0JQ 軸上物點(diǎn)發(fā)出的過(guò)入瞳邊緣的光線與光軸的夾角u稱(chēng)為物方孔徑角；由出瞳邊緣射至軸上像點(diǎn)的光線與光軸的夾角u` 稱(chēng)為像方孔徑角。過(guò)入瞳中心的光線稱(chēng)為主光線。由于共軛關(guān)系，主光線也通過(guò)孔闌和出瞳的中心。主光線是物面上各點(diǎn)成像光束的中心光線，它們構(gòu)成了以入瞳中心為頂點(diǎn)的同心光束，這一光束的立體角決定了光學(xué)系統(tǒng)的成像范圍。同時(shí)，過(guò)入瞳邊緣的光線也必過(guò)孔闌的邊緣和出瞳的邊緣。
j?KB8oY`TP 大大多數(shù)情況下，軸外點(diǎn)發(fā)出并充滿入瞳的光束會(huì)受到遠(yuǎn)離孔闌的透鏡的通光孔徑的限制，被部分遮攔而不能全部通過(guò)系統(tǒng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為軸外光束的漸暈，我們將在下一節(jié)討論。
i11GW 必須指出，光學(xué)系統(tǒng)中的孔闌只是對(duì)一定的物體位置而言的。如果物體位置發(fā)生了變化，原來(lái)的孔闌將可能會(huì)失去限制光束的作用，成像光束被其他光孔所限制。這是因?yàn)楣饪自谖锟臻g的像對(duì)軸上物點(diǎn)的張角與物體位置有關(guān)。如果一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)物體成像，則要看系統(tǒng)中的所有光孔被其前面的鏡組在物空間所成的像中何者直徑最小，這個(gè)像就是入瞳，它所共軛的光孔就是孔徑光闌。
~1]2A[`s! 以上是對(duì)已有的光學(xué)系統(tǒng)就如何尋找出孔闌以及相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行分析和討論。至于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，孔闌究竟該如何設(shè)置，這是一個(gè)需要在設(shè)計(jì)階段解決的問(wèn)題。一般而言，孔闌的位置是根據(jù)是否有利于縮小系統(tǒng)外形尺寸、鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用方便，尤其是是否有利于改善軸外點(diǎn)成像質(zhì)量等因素來(lái)考慮決定的，它的大小（即通光孔半徑）則由軸上點(diǎn)A所要求的孔徑角u的邊緣光線無(wú)阻攔的通過(guò)的原則，來(lái)確定系統(tǒng)中各個(gè)透鏡和其他光學(xué)零件的通光直徑�？梢�(jiàn)，孔闌位置不同，會(huì)引起軸外光束的變化和系統(tǒng)各透鏡通光直徑的變化，而對(duì)軸上點(diǎn)光束卻無(wú)影響。因此，孔徑光闌的意義，實(shí)質(zhì)上是被軸外光束所決定的。
R&|)y:bg| 
