1、远心物镜的光束限制本章重点：了解三种典型的目视光学仪器中的光束限制、系统的景深、远心光路和相关的概念。§41 光阑在光学系统中的作用一、什么是光阑1、定义：1）指光学系统中设置的一些带有内孔的金属薄片。2）此外，光学系统中往往还有一些对光束起限制作用的孔径或框，也将之称为光阑。2、形状：光阑多为圆形、正方形、长方形，形状上的不同多因为是用途上的不同而导致的。3、光阑作用：是用光阑内孔限制成象光束大小的以提高成象质量。二、光阑种类1、孔径光阑（有效光阑）：指限制进入系统的成象光束口径的光阑。2、视场光阑：一般是指安置在物平面或象平面上，用以限制成象范围的光阑。视场光阑的形状多为正方形、
2、长方形。例如：显微系统中的分划板就是视场光阑，照相系统中的底片也是视场光阑。孔径光阑、视场光阑是二种最为常见的光阑，一般系统中都存在。§42 入瞳、出瞳一、定义：1、入瞳：孔径光阑经前面的透镜组（光学系统）在物空间所成的象。如图 4-1 所示：图 4-1这是一个双透镜 L1,L2 构成的系统，现在两透镜之间放入一个小孔 Q1QQ2，若此小孔为孔径光阑，且一物点 A 位于光轴上，则 A 点发出的参与成象的光的最大孔径角 U 可由图中画出，并成象于 A'。则根据定义，入瞳即为光孔经前所成之象 P1P2。2、出瞳：孔径光阑经后面的透镜组（光学系统）在象空间所成的象。所以我们常把出瞳
3、看作是入瞳经整个系统所成之象，入瞳与出瞳是相共轭的。3、判断入瞳、出瞳的方法：将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后）面的光学系统成象到系统的物（象）空间去，并根据各象的位置及大小求出它们对轴上物（象）点的张角，其中张角最小者为入瞳（出瞳）。二、主光线、相对孔径1、主光线：通过入瞳中心的光线叫主光线。主光线的特点：主光线是物平面上各点发出的成象光束的中心轴线，对于理想光学系统而言，由于入瞳与出瞳相共轭，所以主光线不仅通过入瞳中心也通过孔径光阑中心及出瞳中心。2、相对孔径（ ）：系统的入瞳直径与系统的焦距之比。 3、光瞳数（F 数）：相对孔径的倒数。4、数值孔径 NA： 是物方孔径角
4、的正弦与物方折射率之积。§43 视场光阑一般光学系统只能有一个视场光阑，视场光阑可用二种方式来加以度量：一为长度度量；一为角度度量。一、视场度量的二种方式1、线视场：物方线视场 2y；像方线视场 2y' 2、视场角：物方视场角 ；象方视场角 '二、入射窗、出射窗1、入射窗：视场光阑经前面的光组在物空间所成的象；2、出射窗：视场光阑经后面的光组在象空间所成的象；入射窗决定了物方视场角的大小，出射窗决定了象方视场角的大小，入、出射窗之间是共轭的，也可以将出射窗看作是入射窗经系统所成的象。3、判断入或出窗的方法将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后）面的光学系统
5、成象到系统的物（象）空间去，并根据各象的位置及大小求出它们对入（出）瞳中心的张角，其中张角最小者为入射窗（出射窗）。三、渐晕1、定义：轴外点发出的充满入瞳的光被透镜的通光口径所拦截的这种现象（见图 4-2）。图 4-2实际上，渐晕现象是普遍存在的，我们用不着片面的消除渐晕，这也是没必要的。一般系统允许有 50的渐晕（拦一半），甚至 30（拦一多半）的渐晕。2、消除渐晕的条件只要入射窗（决定了物方视场的大小）与物平面重合；出射窗与象平面重合就可消除渐晕。3、渐晕系数1）线渐晕系数：式中，2b 是轴外点发出光束的宽度；2h 是轴上点发出光束宽度；（它们都是在垂直于光轴的平面上度量）若 2b,2h
6、在入瞳面内度量，则上式变为：分子是斜光束在入瞳平面上垂直于光轴方向上的宽度；分母是入瞳直径。2）几何渐晕系数： 式中，A w 为斜光束在垂直于光轴方向度量的面积；A P 为轴上光在垂直于光轴方向上度量的面积。3）几何渐晕系数 KA 与 Kw 关系：§45 景深一、 景深：1、定义：在景象平面上所获得成清晰象的空间深度。2、产生原因：接收器件本身不完善性造成的。二、 公式1、远景、近景、远景平面、近景平面1）远景平面：能成清晰象的最远的平面；2）远景深度：远景对对准平面的距离叫远景深度（ 1）；3）近景平面：能成清晰象的最近的平面；4）近景深度：近景对对准平面的距离叫近景深度（ 2 ）
7、。2、公式：远景深度 近景深度 故有景深为：显然从公式中可见，景深与入瞳的大小或孔径角大小有关，入瞳直径越小，景深越大。所以为了获得大的景深，应令入瞳越小越好。三、讨论二种特殊情况的景深1、使对准平面以后整个空间都能成清晰像（即 ）结论：当把照相物镜调焦于 时，在景象平面上可得到自入瞳前 无限远整个空间内的物体都能成清晰象。2、把物镜调焦于无限远（对准平面位于无限远）根据已知条件有： 即对准平面位于无限远处，此时的近景平面位于结论：此时景深为自物镜前 无限远整个空间都能成清晰像。§4-5 远心光路远心光路是比较重要也是在实际应用中使用比较多的一类光路类型。它主要用于计量仪器之中。一、
8、物方远心光路1、定义：光学系统的物方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于物方无限远处。那么物方远心光路有什么特点？采用起来有什么样的好处呢？下面以工具显微镜为例进行说明。2、光路（见图 4-3）： 图 4-33、作用：消除或减少由于视差所引起的测量误差。二、象方远心光路1、定义：光学系统的象方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于象方无限远处。2、作用：消除或减少测距误差。3、光路（见图 4-4）图 4-4§4-6 典型系统的光束限制一、放大镜一般说来低倍的放大镜都是由平凸或双凸单透镜构成在讨论放大镜的光束限制时，应与人眼一起考虑，在人眼与放大镜组成的系统中，对光束限制主要由眼瞳实
9、现，眼瞳起到了非常重要的作用。二、望远镜1、 光瞳衔接原则前一个系统的出瞳与后一系统的入瞳相重合，否则就会出现光束拦截现象。对于人眼及望远系统来讲，所谓的衔接是指，望远系统的出瞳应该与人眼的入瞳（瞳孔）相重合。2、 光束限制在望远系统中，一般情况下，物镜镜框是它的孔径光阑，也是系统的入瞳。它经目镜所成的像就是系统的出瞳，它一般与人眼瞳相重合。而出瞳的位置与目镜最后一面之间的距离就是出瞳距。分划板是系统的视场光阑。它放置于实像平面上，主要用于限制视场的大小。三、显微系统对低倍显微系统而言，其孔径光阑一般是物镜框（入瞳），而出瞳也与人眼眼瞳相重合，其视场光阑则是分划板。对高倍显微系统而言，其孔径光阑是专门设置的。对显微系统而言，位于目镜 F2 附近。当然，对显微镜而言，它也必须满足光瞳衔接原则。四、照机系统可变光阑是系统的孔径光阑，其大小尺寸是可以调节变化的。底片是其视场光阑。
