几何光学学习笔记(25)- 5.8 几种典型系统的光束限制

2024-02-18 07:50

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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
    • 2.望远镜系统
      • 2.1伽利略望远镜系统
      • 2.2开普勒望远镜系统
    • 2.3 显微镜系统
    • 2.3 照相物镜

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。
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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。

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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。

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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。

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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。
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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。
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