| yazhuge |
2005-09-11 14:54 |
經(jīng)典之作：光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制
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(gè)系統(tǒng)同軸，有不同作用的如下幾種光闌： "BC;zH:
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(diǎn)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。 CE|rn8MB
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為視場(chǎng)光闌，它決定了光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)。 9bUFxSH
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。 }k @S mO8
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。 Eo0/cln|
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)光孔來考慮。并且一般都假定系統(tǒng)對(duì)光闌是理想成像的。 Wfsd$kN6{
圖中畫出了自物體中心（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（以下簡稱孔闌）。 d*LW32B@
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(duì)軸上物點(diǎn)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(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(duì)同一系統(tǒng)畫出了軸上點(diǎn)A和軸外點(diǎn)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(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。 ]}9[ys
光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳 n"Wlfd0
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)，畫成薄透鏡）及其之間的一個(gè)專設(shè)光闌Q所組成，共有三個(gè)光孔Q1、Q和Q2。 (JT
273
| |