孔径光阑视场光阑之间有什么联系？如何确定一个光学系统的视场光阑？

Question

孔径光阑 视场光阑 之间有什么联系？ 如何确定一个光学系统的视场光阑？

Answer 1

根据提问，首先要先明确两个光阑的定义： 孔径光阑——在光学系统中，描述成像光束大小的参量为孔径，当物体在有限远时其孔径的大小用孔径角U表示，若物体在无限远时孔径的大小用孔径高度h来加以表示。我们称光学系统中限制轴上物电成像光束大小的光阑为孔径光阑，该光阑实际上限制的是成像光束立体角的大小。如果在子午面内（轴外点与光轴所构成的平面）进行分析，孔径光阑决定了轴上点发出的最大孔径角U的大小，例如，人眼的瞳孔就是孔径光阑。 视场光阑——视场通常描述的是成像光学系统物、像平面上（或物、像空间中）成像范围。在光学系统中一般将安置在物平面或者像平面上用以限制成像范围的光阑成为视场光阑，它可能是光学系统中的某个或者某组透镜边框，也可能是专设的光孔。例如，测量显微镜的分划板、照相机的底片边框都起到视场光阑的作用，其形状多为圆形、矩形或方形。 那么孔径光阑和视场光阑的比较和联系为： 1、孔径光阑限制成像光束的孔径，即决定成像的照度、分辨率； 2、视场光阑决定视场，及物体成像的范围； 3、孔径光阑缩小时，每一物点成像光束孔径角变小，像面照度减小，但成像范围不变； 4、视场光阑缩小时，成像范围变小，但成像物点的孔径角变小，及像的照度不变。 如何判定视场光阑： 假设入瞳为无限小，则判断光学系统的视场光阑的方法为，将光学系统中所有的光学元件的通光孔径（镜框）分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间，根据各像的位置和大小求出对入瞳中心的张角，张角最小的像即为光学系统的入射窗，与入射窗相共轭的元件（或镜框）即为视场光阑。