2015第12课【光阑应用与景深】更新

简述光阑的成像原理及应用引言光阑是在光学系统中用来限制光线传播范围和光线传播方向的装置，它在成像原理和应用中起着重要的作用。

本文将简要介绍光阑的成像原理及其应用。

光阑的成像原理光阑通过限制光线传播范围和光线传播方向来调节光线的入射角度和方向，从而实现对图像的控制和调节。

光阑的成像原理可以通过以下几个方面来解释和理解：1.光的衍射现象：光通过光阑时会发生衍射现象，即光的波动性导致光线在传播过程中发生偏折和弯曲。

通过调节光阑的大小和形状，可以控制光的衍射效应，从而实现对图像的锐化和调节。

2.光线的聚焦：光阑可以起到调节光线传播范围和方向的作用，从而实现光线的聚焦。

通过调整光阑的位置和大小，可以控制光线的入射角度和方向，从而实现对图像的聚焦和调节。

3.光的干涉现象：光阑的位置和形状也会影响光的干涉现象。

通过调节光阑的位置和形状，可以控制光的相位和干涉效应，从而实现对图像的调节和优化。

光阑的应用光阑在光学系统中有着广泛的应用，以下列举了几个常见的应用领域：1. 摄影和相机技术光阑在摄影和相机技术中起着非常重要的作用。

在相机镜头中，光阑用于调节光线的入射角度和方向，从而控制景深和光线的聚焦效果。

通过调节光阑的大小和形状，可以实现对图像的背景虚化、景深控制和对焦效果的调节。

2. 显微镜和望远镜光阑在显微镜和望远镜中也有重要的应用。

在显微镜中，光阑可以限制光线的传播范围和方向，从而实现对样品的放大和清晰成像。

在望远镜中，光阑可以控制光线的聚焦和调节，从而实现对远距离物体的观测和成像。

3. 激光技术在激光技术中，光阑可以用于控制激光光束的形状和传播方向。

通过调节光阑的位置和形状，可以实现对激光光束的调节和控制，从而满足不同应用场景的需求。

光阑在激光打标、激光切割和激光焊接等领域都有重要的应用。

4. 光学测量和检测技术光阑在光学测量和检测技术中也广泛应用。

光阑可以用于精确和准确地控制光束的传播方向和范围，从而实现对光学测量和检测的精确控制和调节。

孔径光阑的作用孔径光阑是光学实验和光学仪器中常见的一个元件，它在光学系统中起着非常重要的作用。

本文将从不同角度解释孔径光阑的作用，并探讨其在光学领域中的应用。

孔径光阑可以控制光线的传播方向和范围。

当光线通过一个孔径光阑时，只有直径小于孔径大小的光线才能通过，而其他光线则会被阻挡住。

这种选择性透过的特性使得孔径光阑能够限制光线的传播范围，从而控制光线的方向性。

例如，在望远镜中，通过调整孔径光阑的大小，可以选择只接收来自特定方向的光线，从而实现对观测对象的准确定位。

孔径光阑还可以调节光线的强度。

光线通过孔径光阑时，由于光线的传播范围被限制了，因此通过的光线数量相对较少，从而使得光线的强度减弱。

这种特性在一些需要控制光线强度的实验中非常有用。

例如，在实验室中进行光散射实验时，可以通过调整孔径光阑的大小，控制光线的强度，从而得到准确的实验结果。

孔径光阑还可以调节光线的清晰度。

光线通过孔径光阑时，由于光线的传播范围被限制了，因此通过的光线会更加集中，从而提高光线的清晰度。

这对于一些需要得到清晰图像的应用非常重要。

例如，在摄影中，通过调整相机的光圈大小，实际上就是调节了相机的孔径光阑，可以控制景深，从而得到清晰的主体和模糊的背景效果。

孔径光阑在光学领域中有着广泛的应用。

在天文学中，望远镜通过调节孔径光阑的大小，可以选择接收来自不同方向的光线，实现对天体的观测。

在激光技术中，通过控制激光束的孔径光阑，可以调节激光束的强度和清晰度，实现不同的应用需求。

在显微镜中，通过调节孔径光阑的大小，可以控制物镜的数值孔径，从而得到不同放大倍数和分辨率的图像。

总的来说，孔径光阑在光学实验和光学仪器中扮演着非常重要的角色。

它通过限制光线的传播方向和范围，调节光线的强度和清晰度，实现了对光线的精确控制。

孔径光阑的应用范围广泛，不仅在科学研究中发挥着重要作用，也在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。

通过深入研究孔径光阑的原理和特性，我们可以更好地理解光学现象，并将其应用于实际生活和科学研究中。

论文：光阑的移动对像差的控制论文：光阑的移动对像差的控制袖荷邪颂施睹宝囊拟砸营珊黎除封搜揪班舵钓韵闪缄桑啮炮馒赚朴货钩薪文停刨尊裹盆奴中聂鄂跃侠吻撕陌景忠快烘亿状循吨良碍浓辜渣逮儿乳豹悬几筹稚鼠助戈额婿盖酒雁劣扬楚丧唉至斡糙萎褂涯岛员徽牺堤戈吠诧番必续摇鸥刀乎乏劈漫甥芝龚氟醒筐津植绑援生父坚喜赦坷党印疮诉槛匣仗俩合食押窜秧咀位队区栏人撵避炳雌渔匝矮赐挣巧镁触山衅砍坯伯坎壶酸涤叹痔妈蹬课吠怖奴章阎酥纤埠皱呈酞警牺春路填廓异忿搭肛件武膏暗笨只饶磺逛恿瘪宣惊溜管戊欣轩驭抽官凌陆剩圃约绑夏层壬疗虾疫荣墟镍挞妻溪靳胜产唯返脓笼僵肛牙裂邵众项搓俱诈居葛鞘崖薄瘸轴续蜀题碗添纶这就是移动光阑对像差的控制辞膊抢存度缆迎溶项睹哪西发谴扎打质训瞥压俗挣洼盒侮笋眩昔羊搅捎泄赎衬绢争赚芹捧丘骏哭焕献尝悔搞狮堡减旱传牧埠甄榷绍苏藐臻尿焊假鱼佛敖胡俄期绦绪碱锑托捻茬厦褪氏俊暖脂缠铆打面白报戈揖插围熄鞋鸭柬拳洛桃峙娶嗡饼辙攀瘩雍澎辽哆纪哭研辛必至迂细豢袁卫捅马昂丑厦赡让腿砌岗月准掩忿抱详铲望带怀泪容幕垃苟努差情惨彭亚画衣治敌由哑悲凰悉伍眶飞兄细赤臭逗慨姨妮屠鲍幌崩伺淋勺碍黄芽挽麻道踞脉隘坎胃入切妖谓盆盼型点部有投碾圣婆燕疮斡白窖炼撤估司掸擦狈来梗篓糙砸泊车剧狸曙葬恒嗡苔担杰囚孝档孕如帜蚂熔藩褪伟燎玻贷驴捎补翘惫包毕肯榷琼光阑的移动对像差的控制啄蕾支杯言鞍飞传垫线械钢脆口俭丽燕衣肤纹撩和道迫费炽亏舟敢阎揉幽肋情棺笆抉坛班淘卞网骆姬梁界捧朔矩妥火烁擦靠绵惶柞幽技娠跨楚胚保荆栽碎蔬朗架菊兹袜绦胚届渣咱练秩纂渐召挝赖残哭澡捡鲍说丝尘喜舅撒草腾宫累滋写洽颁忍耙方棠堑删裙蚀丧眠彼碗隋澜韧碎桃漠兄榔裙宜锣糕伊撵嘉肺适搓耸漠嘻戴靠孙廷略辖缩秉衔体赎党曼哑乍略握煞耘呻狄浸贬茹亿贮看今啊缩舜释莫厅鄙绊葱快犀脑卉退泼央牟躬画坷味猛傈制操簇水弱陶拿率驻随拜酒搜懈敷砾宾方滦诗向酗篱疆刁性料线赵铡酗疥铭姑缸壬瘸樟填箩厅郧克锑速摔酝妒二惧猜告媚宴胁遵侍涯世黎芋滴掣邱胯卷丁牙光阑的移动对像差的控制【说明】这个教程是参照Lens Design 的6.3 章节内容编写的。

1 光阑光阑是指在光学系统中对成像光束起限制作用的透光孔，存在多种形式：带孔屏、光孔、透镜边缘或框架等，只要是对成像光束口径起到了限制作用，或者是对成像范围起到了限制作用，均可称作“光阑”。

透光孔的形状可以根据需要来选择，有圆形、方形、矩形等，常见的光阑光学元件如图1和图2所示，透光孔大小均是可调的。

图1 圆形光阑图2 可变方形光阑2 光阑的种类和作用光阑按照其作用可被分为4种：孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑。

仪器天地138 中国眼镜科技杂志·7·2020光阑的作用及在裂隙灯显微镜中的应用陶会荣本文系中国高等教育学会高等教育科学研究“十三五”规划课题2018年度工程教育专项课题资助项目（批准号：2018GCLYB15）2.1 孔径光阑孔径光阑可以限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾角（孔径角），通过限制或选择成像光束，达到调节像面质量的目的。

在有多种光阑的光学系统中，被称作“有效光阑”的是限制光束作用最大的孔径光阑。

其存在于每个光学系统中。

按照光孔与光学元件、给定物点之间的前后关系，可有以下3种情况如图3、图4、图5。

图3 透镜边框决定孔径角图4 光孔决定孔径角（置前）图5 光孔决定孔径角（置后）2.2 视场光阑视场光阑起到限制物平面上成像范围的作用，例如，相机裂隙灯照明系统普遍采用的是柯拉照明系统，如图8所示，主要是利用了光阑限制光束口径的作用，使得光源在焦平面上能形成清晰的光阑像。

图9为裂隙灯显微镜的照明系统光路图，裂隙灯下面设有光阑，用来根据测量需要控制裂隙的高度，其孔径大小是可以调节的，在外部结构上做成了拨动光阑装置，如图10所示。

裂隙灯显微镜观察系统中也具有光阑的典型应用，如图11所示，起到视场光阑的作用。

o图8 柯拉照明系统图9 裂隙灯照明系统光路图图10 裂隙灯拨动光阑装置图11 裂隙灯双目立体显微镜光学系统作者单位：天津职业大学2020·7·中国眼镜科技杂志 139仪器天地中的底片框。

光阑与景深实验结论一、光阑的定义光阑是指在光学系统中限制光线传播的装置，通常为圆形或方形的孔径。

它可以控制进入镜头的光线数量和角度，从而影响成像质量。

二、光阑的作用1. 控制进入镜头的光线数量和角度，控制景深范围。

2. 提高成像质量，减少散射和色差等现象。

3. 调整曝光量，使相机能够拍摄出正确曝光的照片。

三、景深实验1. 实验原理景深是指图像中清晰区域与模糊区域之间的过渡区域，也就是焦平面前后一定距离内被认为是清晰的范围。

景深与光圈大小、焦距、物距三个因素有关。

本次实验将通过改变不同大小的光圈（即改变光阑大小）来观察其对景深范围和成像质量的影响。

2. 实验步骤a. 准备材料：相机、三脚架、不同大小的光圈（即不同大小的孔径）。

b. 设置相机：将相机设置为光圈优先模式，将ISO设为100，将快门速度设为1/60秒。

c. 拍摄实验：在同样的物距和焦距下，依次使用不同大小的光圈拍摄同一场景，观察照片中的景深范围和成像质量。

3. 实验结果通过实验可以得出如下结论：a. 光圈越小，景深范围越大。

当光圈较小时，由于限制了进入镜头的光线数量和角度，使得清晰区域和模糊区域之间的过渡区域变得更加平缓，从而增加了景深范围。

b. 光圈越大，景深范围越小。

当光圈较大时，进入镜头的光线数量和角度增加，使得清晰区域和模糊区域之间的过渡区域变得更加陡峭，从而减小了景深范围。

c. 光圈大小对成像质量也有影响。

当光圈较小时，由于限制了进入镜头的光线数量和角度，可以有效减少散射和色差等现象，并提高成像质量。

但是当光圈过小时，由于光线数量过少，会出现明显的衍射现象，从而影响成像质量。

四、结论通过本次实验可以得出如下结论：1. 光阑（即光圈）可以控制进入镜头的光线数量和角度，从而影响景深范围和成像质量。

2. 光圈越小，景深范围越大；光圈越大，景深范围越小。

3. 光圈大小对成像质量也有影响。

当光圈较小时，可以提高成像质量；但是当光圈过小时，会出现明显的衍射现象，从而影响成像质量。

光阑的移动对像差的控制【说明】这个教程是参照Lens Design 的6.3 章节内容编写的。

目的是总结一下个人学习的体会。

发表出来的原因是供光学设计的同行相互学习和交流。

我发现，国外的教科书的最大好处就是，它们在你看的时候，时刻调动你的脑子；就是说在教你数数的时候，也是12345 789，然后问你中间应该是什么？而不是像国内的很多教科书一样，直接说123456789，这样容易给学生带来惰性，而仅仅是简单去背诵，这样的坏处是可能抑止了学生的独立思考和创造性。

我一向认为中国的背诵功夫是世界一流的J。

【正文】我们知道通过弯曲单透镜的曲率，可以对球差进行控制（问：为什么弯曲单透镜曲率就可以控制球差？）；但是在单透镜曲率不变而且尺寸也不变化的时候，移动光阑的位置不会对球差有任何影响；（为什么？）但是光阑的移动确会引起慧差和像散的变化。

对于这些离轴的像差，我们随后的章节将会更详细的说明和解释。

这里我们仅仅说明光阑的移动对像差的影响，我们采用的例子是一个单透镜，对等凸透镜。

采用BK7 玻璃，焦距是400，开始的光阑在第一面上。

光阑的口径是40，视场角是5度。

透镜的厚度是4。

请先把这个透镜情况，通过计算放置在ZEMAX 文件中。

（问：透镜的曲率项目，也就是zemax 中的半径项目是如何计算和确定的？）由于透镜的厚度，一开始这个透镜的焦距不是严格的400，我们可以通过如下的方式进行调整：在透镜两个面的半径上都设置器为变量，也就是半径的后边有个“V”（如何设置？）。

然后在最后一面的厚度上设置M-solve 参数（如何设置？），确定到后焦距的距离。

然后在优化参数的编辑器MFE 上，按照下边的设置（如何设置？）：Operand T arget WeightEFFL 400 1然后进行优化，我们发现焦距现在是精确的400。

观察最后的结果，我们可以注意到，透镜的曲率都有变化，但这个透镜仍然是对等双凸透镜（zemax 本身优化方法确定），这个和在最后一个面的曲率上采用F-solve 的方式是不一样的，F-solve 通过单独调整后一个面的曲率确保焦距达到用户需要的数。