遠(yuǎn)心鏡頭中的光闌

定義及分類(lèi)

通常在光學(xué)系統(tǒng)中，總會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)圓孔的金屬件，這些圓孔合理地限制了成像光線(xiàn)的光束寬度和視野范圍，這類(lèi)光學(xué)零件稱(chēng)為光闌。光闌主要分為兩類(lèi)：限制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的成像光束寬度的光闌稱(chēng)為孔徑光闌；限制光學(xué)系統(tǒng)成像視野范圍的，常安置在物平面或像平面的光闌稱(chēng)為視場(chǎng)光闌。另外，除此之外還有一些用于優(yōu)化成像的特殊光闌：消雜光光闌及漸暈光闌，作用是消除漸暈現(xiàn)象及消除雜散光。

作用一

首先孔徑光闌的作用是限制光束口徑，由于光學(xué)系統(tǒng)不可能對(duì)某一點(diǎn)或物發(fā)出的光都可以在鏡頭中完善成像，所以需要孔徑光闌控制光束寬度，但參與成像的光束寬度過(guò)小，又會(huì)使系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力與成像亮度直接下降，所以選取一個(gè)合適的孔徑光闌的大小影響一個(gè)鏡頭的好壞。值得注意的是，此時(shí)是對(duì)某一個(gè)物體成像。當(dāng)物體位置發(fā)生改變，孔徑光闌的限制作用也會(huì)發(fā)生變化，或失去限制作用。

此外，隨著孔徑光闌位置的不同，軸外發(fā)出的光束，進(jìn)入系統(tǒng)參與成像的光束也不同。如圖1所示，當(dāng)光闌在A、B、C三個(gè)不同位置時(shí)，成像所進(jìn)入系統(tǒng)的光線(xiàn)是方向和寬度不同的。

作用二

孔徑光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的另一個(gè)作用，就是關(guān)于出瞳和入瞳。光闌經(jīng)其前面的光學(xué)系統(tǒng)所成的像稱(chēng)為入射光瞳，光闌經(jīng)其后面的光學(xué)系統(tǒng)所成的像稱(chēng)為出射光瞳。很顯然，孔徑光闌，出瞳，入瞳為物像關(guān)系。如圖2所示，光闌經(jīng)過(guò)透鏡成像，反向延長(zhǎng)得到的像即為光瞳。

出入瞳在不同類(lèi)型光學(xué)系統(tǒng)中，安放原則是不同的。比如在多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)銜接時(shí)，有一個(gè)重要原則：前一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的出瞳與后一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的入瞳重合。如，在目視光學(xué)儀器中，出瞳位置必須在系統(tǒng)以外的一個(gè)地方，以便與人眼入瞳重合。再比如回到遠(yuǎn)心鏡頭中，遠(yuǎn)心鏡頭的成像原理就是利用設(shè)定孔徑光闌位置與前或后鏡組的焦平面重合，這樣使其經(jīng)前或后光學(xué)系統(tǒng)所成像的光闌位于無(wú)窮遠(yuǎn)的位置，這時(shí)，物體進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)，就要經(jīng)過(guò)無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的入瞳，實(shí)現(xiàn)了如圖3所示的遠(yuǎn)心光路圖。

控制成像視野的光闌稱(chēng)為視場(chǎng)光闌。視場(chǎng)光闌通過(guò)前光學(xué)系統(tǒng)所成的像稱(chēng)為入射窗，經(jīng)后光學(xué)系統(tǒng)所城的像稱(chēng)為出射窗。視場(chǎng)光闌的作用和影響力要遠(yuǎn)小于孔徑光闌。