几何光学学习笔记（25）- 5.8 几种典型系统的光束限制

5.8 几种典型系统的光束限制

1.放大镜

由单透镜构成的低倍放大镜，往往和眼瞳结合起来考虑光束限制问题。眼瞳作为这个放大镜系统的一个光孔，如图所示。物平面置于放大镜的前焦面附近，眼睛在放大镜的后焦面附近，设在眼球光轴和放大镜光轴处于共线的情况下来考虑。此时眼瞳既是孔径光阑，也是出射光瞳，它限制成像光束的孔径，其通过放大镜的共辄像为入射光瞳。可在物或像平面没有视场光阑。放大镜本身是渐晕光阑，又是入射窗和出射窗。有渐晕存在，在线渐晕系数为零处，即 B2点，限定了可见视场。

2.望远镜系统

2.1伽利略望远镜系统

它是由正物镜和负目镜组合而成的。如图所示，物镜框是整个系统的孔径光阑，也是入射光瞳，限制了物空间的成像光束。这种系统在物面或像面设有专门的视场光阑。目镜是渐晕光阑，也是出射窗。图 (a)、图(b)、图©表示三个视场半角w1,w2,w3入射的光束，形成渐晕系数分别为100% ， 50%和 0%的情况。

望远镜系统多是用来观测的，因此，应把眼瞳作为系统中的一个光孔来考虑，如图所示。此时光束限制情况与上述不同。眼瞳成为限制成像光束孔径的孔径光阑，也是出射光瞳，其通过整个望远系统的共辄像为入射光瞳。在物平面或像平面没有专门的视场光阑。此时物镜成为渐晕光阑，下图中光线 a通过入射窗和入射光瞳下边缘的斜光线，表示由物面上无渐晕区的边缘点发出的。光线 b通过入射窗的下边缘和入射光瞳的中心，是由物面上渐晕系数为 50%的点发出的斜光线。
光线c通过入射窗的下边缘和入射光瞳的上边缘，为物面上渐晕系数为零的点发出的斜光线，这条光线限制了可见视场的极值。

2.2开普勒望远镜系统

最简单的开普勒 （Keplere）望远镜系统的光束限制如图(a)所示。物镜框子是孔径光阑，也是入射光瞳，限制了物空间的成像光束的孔径。其通过目镜所成的像为出射光瞳，观测时眼瞳与之重合。在物镜的后焦面上放置分划板或专门的光孔作为视场光阑，这种开普勒望远镜系统一般没有渐晕光阑，斜光束也是以充满入射光瞌的光束成像。但是由于望远镜的目镜尺寸不够大，或者物镜视场角较大，因此目镜可能是渐晕光阑，同时是出射窗，这样斜光束将有渐晕存在，如图(b)所示。

如果开普勒望远镜的物镜和目镜之间有其他光学元件(转像系统、转折光路的光学元件等)存在时，为使整个仪器外形匀称，往往使某些光学元件尺寸做得小些，起到渐晕光阑作用，即允许有一定的渐晕。

2.3 显微镜系统

对于低倍率显微镜物镜，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳。对于复杂的高倍显微物镜，在物镜后焦面附近装有专门的孔径光阑。在物镜的成像平面上装置专门的视场光阑(对测量用显微镜装置分划板；对生物显微镜，在两片目镜之间装有金属光阑，使物镜的像通过场镜，即目镜的第一片后和该光阑重合)。下图是显微镜系统光束限制的示意图。物镜通过目镜的共辄像是系统的出射光瞳，在观测时与眼瞳重合。显微镜系统一般不设置渐晕光阑。

2.3 照相物镜

照相物镜种类繁多，但是多数照相物镜内部装置有一直径可变的孔径光阑，它通过前面部分光学系统的共辄像为入射光瞳，通过后面部分光学系统的共辄像为出射光瞳。照相物镜的第一片透镜框多为渐晕光阑。有的对称式照相物镜的第一片和最后一片的透镜框都是渐晕光阔，即有两个渐晕光阑。照相物镜设渐晕光阑主要是为了使大视场轴外光束变窄，拦掉像质差的一部分光束，牺牲轴外视场的像面照度来使像质有所提高。

在物镜的像平面上设置视场光阑，即照相机中的片框，用以限定成像视场，并框定照片(负片)尺寸。下图表示一个三片照相物镜的光束限制情况。照相物镜的视场光阑多为矩形，以对角线作为物镜的线视场。