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§6光学系统中的光阑 （本节仅讨论圆形对称光阑) 一．光阑的作用 光阑：对成像光束起限制作用的光学元件 如，开孔挡光屏，元件边框 作用：1．改善成像质量，减少某些像差 2．控制通过系统的光能量 3．限制成像的范围（视场大小） 4．拦截有害的杂散光 分类: 孔径光阑,视场光阑,消杂散光光阑阑 6．1 孔径光阑 例1说明：物点一定，孔径光阑的确定取决 于系统中各光阑的相对位置和大小 问题：如何比较各光阑对光束的限制？ 例2可以直接比较各光阑对物点光束的限制 例1则不行。 确定系统孔径光阑的方法 1．将各个光阑对所有前方系统成像，得到 物方光阑像。 2．将所有物方光阑像对轴上物点作张角，张 角最小的像就是系统的入射光瞳。 3．与入射光瞳共轭的光阑就是孔径光阑。 例4 DO是孔径光阑，D 为入射光光瞳 D’ 为出射光瞳 ， D,DO ,D’三者共轭 入瞳、孔径光阑、出瞳三者共轭 主光线：过物点和入瞳中心的光线。 边缘光线：过物点和入瞳边缘的光线。 过入瞳中心的光线必过孔径光阑中心、出瞳中心 过入瞳边缘的光线必过孔径光阑边缘、出瞳边缘 6.2 视场光阑 入射窗和出射窗 视场光阑的确定 （假设入瞳很小） 入窗、视场光阑、出窗三者共轭。 入窗：限制了物方视场的大小。 出窗：限制了像方视场的大小。 物方视场角：入窗半径对入瞳中心的张角?o。 像方视场角：出窗半径对出瞳中心的张角?o’。 6．3 光阑与景深 孔径光阑起限制成像光束口径大小的作 用，它影响到空间成像的景深。 光阑孔径愈小，景深愈长。但孔径太小，像的分辨率会降低。 §7 单色像差 问题的提出： 对光学成像系统的要求 ①光学特性好。 ②成像质量高。 近轴光学成像公式中要求: sini ? i 既要求成像光束的口径小,仪器的视场小。 ※ 实际中往往会突破近轴条件的限制。 现象:像点处是一祢散圆斑,点物不能成点像 产生原因:光轴上的物点以大孔径光束成像. 球差大小用?s表示，?s=s’-sh’ 正负透镜有相反符号的球差。 校正球差的方法 1.加光阑限制远轴光线(如果允许)。 2.正负透镜组合,对某一非近轴光线消球差. 3.配曲法,选择透镜两曲面曲率半径,以获得最小球差. 4.对于单球面,若物位于球面曲率中心或物位于不晕点时,点物成点像,无球差产生. 7.3 慧差 现象: 点物在像面上不成点像,而是慧形光斑 产生原因：近轴物点以大孔径光束成像。 慧差球差混在一起, 当轴上物点消除了球差才能观察到慧差, 慧差对望远镜影响大。 1．加光阑限制宽光束。 2．配曲法，消除单透镜的慧差。 对无穷远物半球形透镜慧差最小。 3．用粘合透镜。 球、慧差要求条件不一,不易同时消除.若一 个透镜能消球差,则慧差也小. 4．满足阿贝正弦条件nysinu=n’y’sinu’。 既消慧差也消球差。不晕点满足阿贝正弦条件 7．4 像散 现象：点物窄光束经透镜后出射光束不交于一 点，而成为像散光束。 横截面一般是椭圆，在两处退化为直线— 散焦 线，两线相互垂直,两线之间某处横截面呈圆 形—明晰圆。 散焦线：子午焦线（垂直子午面，即⊥图面） 弧矢焦线（垂直弧矢面，即∥图面） 子午面的光线比弧矢面的光线相对于透镜更倾 斜，因而偏折的更厉害，形成两条散焦线。 7．5 像场弯曲 现 象：对于较大的物平面经透镜后所成的 清晰像面不是平面而是一个抛物面。 产生原因：远轴物平面成像不满足傍轴条件 * 远离光轴的物点用宽光束成像，不仅  有像散还有慧差、球差。 慧差像是沿垂直光轴的方向扩展。 像散像是沿光轴方向扩展。 校正像散、像场弯曲的方法： 1．校正像散、场曲需要使用复杂的透镜组。 2．选配单透镜的两个表面曲率，或者在透 镜前适当位置加光阑，能在一定程度 上减小场曲。 7．6 畸变 现 象：像和物不能保持几何相似。 产生原因：远轴物体大角度光线成像时，物 点离主光轴的高度不同，其垂轴 放大率