光阑设置的原则

7.4.1　光阑设置的原则

光学系统中光阑的设置，通常考虑的几个原则是：

（1）限制成像范围的视场光阑，在大多数光学仪器中，均与系统的实像平面重合（或者接近实像平面），以保证入射窗与物平面重合，使系统有一清晰的视场边界，消除如图7.5所示的渐晕现象。

（2）限制成像光束口径的孔径光阑，不仅限制轴上点成像光束的口径，而且影响轴外点成像光束的口径。对某些类型的光学系统，孔径光阑的位置应满足其特定的要求。例如：目视光学仪器要求其出瞳位于目镜的后方，以利于和眼睛配合工作；有些计量光学仪器，为实现精确测量，常将孔径光阑置于物镜焦面上，形成所谓“远心光路”（有关内容将在7.5介绍）。除上述特殊要求外，孔径光阑位置的变化（在保持轴上点成像光束孔径角不变的条件下），还意味着对轴外点发出的宽光束中不同部位的选择，因而将直接影响轴外点的像质以及系统中各光学零件的口径。对结构尺寸与重量要求比较严格的军用光学仪器，常将减小系统中各光学零件的口径（垂轴尺寸）作为选择参与成像的轴外光束部分、确定孔径光阑位置的主要出发点。例如，在一些比较简单的光学系统中，如普通望远镜、低倍显微镜等，常将孔径光阑置于单组分物镜的镜框上；在一些较复杂的系统中，通常都将孔径光阑置于轴向光束口径最大的光学零件上，即使轴外光束的中心光线通过轴向光束口径最大的光学零件或光阑的中心（例如周视瞄准镜中，即将道威棱镜的中点，取作孔径光阑位置）。图7.8中，以单组物镜为例，表示了当入瞳（孔径光阑）处于不同位置时，在保持轴上点成像光束孔径角不变的条件下，对参与成像的轴外光束部位的选择情况；以及当物面上各点具有相同孔径角时，入瞳位置对物镜口径的影响情况。显然，图7.8（a）中入瞳与物镜重合时，物镜口径最小；图7.8（b）与图（c）中，阴影区部分为在物镜口径不变的条件下，B点光束被选择通过物镜的部分；而虚线部分为欲使B点充满入瞳的光束通过，物镜需要增大的口径。上述分析表明了在一些较简单系统中，孔径光阑（入瞳）通常设置在物镜框上或其附近的原因。

在照相和投影物镜的设计中，通常将孔径光阑位置作为一消像差的参数加以利用。

（3）在一些较复杂的系统中，为了减小仪器的径向尺寸以及改善轴外点的成像质量，拦掉那些像质不好的光线，常加入第二窗，使轴外光束产生一定的渐晕。

图7.8　入瞳（孔径光阑）不同设置对轴外光束选择的影响