视场光阑
在实际光学系统中,不仅物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束宽度是有限的,而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。把能清晰成像的这个物面范围称为光学系统的物方视场,相应的像面范围称为像方视场,事实上,这个清晰成像的范围也是光学设计者根据仪器性能要求主动地限定的,限定的办法通常是在物面上或在像面上安放一个中间开孔的光阑。
光阑孔的大小就限定了物面或像面的大小,即限定了光学系统的成像范围。这个限定成像范围的光阑称为视场光阑。
例如,照相系统中的底片框就是视场光阑。
光源的视场光阑简称为视场光阑 (Field diaphragm), 它是显微镜照明光路系统中的重要部件之一。通常是装设在显微镜的底座面上,有保护外罩兼作视场光阑的调节转盘,为便于转动,转盘外围做得较厚大而且滚了花边并在周边上标有刻度作参考。视场光阑由10片或更多的页片组成一个接近于圆形的多边形通光光圈,从显微镜的样品视域中可以看到视场光阑经聚光镜所成的多边形像,但是视场光阑不可以任意开大或收小!它只能按照库勒照明系统的要求并依据所使用的物镜倍数来调节其适当的大小。
透射光显微镜的光源,不论是外接的灯室或内置的,都要经底座内的集光-聚光系统和反光镜,把原来水平传送的照明光折转90°而垂直向上经视场光阑出射到聚光镜系统中。
主要功能
①.控制照明光束的大小,使所观察的视域范围能获得均匀的照明;
②.控制杂散光在成像光路系统中的影响,特别是免除杂散光对于显微照像系统的干扰,使显微照相的底片不至于蒙上一层灰雾;
③.在反射光系统中的视场光阑的功能与透射光一样,但在落射光激发的
荧光显微镜系统中,它可以把激发光限制在所需激发样品的视域范围内,同时防止视域以外的样品过早地受到激发,等到需要观察时,样品上的荧光已消隐或猝灭了
视场光阑是在显微镜的照明光路系统的光轴上,并已固定在底座上,而物镜是在成像光路系统的光轴上,这两个部件的光轴在显微镜出厂时已作了精确的合轴调整,各种显微镜检方法所使用的聚光镜,都可以从聚光镜托架上随时换用,因此,使用显微镜的调整过程便集中在聚光镜的上下位置与合轴(调中)的调整。
如何确定光学系统中的视场光阑
将光学系统中除孔径光阑以外所有的光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。这些像中,孔径对入瞳中心张角最小的一个像所对应的光阑即位光学系统的视场光阑。
光组
一个光学系统可由一个或几个部件组成,每个部件可以由一个或几个透镜组成,这些部件被称为光组。
光组可以单独看成一个
理想光学系统,由焦距,焦点和主点的位置来描述。
判断入射窗的方法
将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前(后)面的光学系统成像到系统的物(像)空间去,并根据各像的位置及大小求出它们对入(出)瞳中心的张角,其中张角最小者为入射窗(出射窗)。
如何理解入射窗、出射窗
出射窗:视场光阑经后面的光组在像空间所成的像;入、出射窗之间是共轭的,也可以将出射窗看作是入射窗经系统所成的像。
(1)入射窗和出射窗是视场光阑在物方空间和像方空间的作用范围,控制的是最后成像范围内的光束口径,这里要和孔径光阑做个区别,孔径光阑限制的是进入系统的光束口径,但是这些光最后并不一定都100%参与成像!
(2)当我们把孔径光阑、入瞳和出瞳口径都设想为无穷小(理想模型),此时物面上只有各点的主光线能够通过这一口径(光束无限窄,可认为就是主光线),此时在通过入射窗的拦截,可以明确区分哪些光线参与了最后成像,哪些没有,也就是说最后到达像面上的光要么100%来自物面相应点,要么0%,如此说来,视场光阑的像就是入射窗。
(3)但是实际情况并非如此,孔径光阑、入瞳和出瞳总有一定口径,也就是说进入系统的光束总是有一定宽度的,那么这些光束中的某些就会被入射窗拦截掉部分,即在0%~100%之间,此时的情况称为渐晕,而实现渐晕功能的是渐晕光阑(以及它的像),所以此时意味着形成入射窗的是渐晕光阑了,这也是我们教材上称渐晕光阑的像是入射(出射)窗的原因。
(4)以照相系统为例,由于渐晕的存在,最后底片上图像的边缘实际是从亮到暗变化的区域,暗到一定程度时,我们认为该图像不可用(传递函数值太低),于是用底片外框拦掉它,以此来限制了有效的成像范围,并不是是说底片外就完全没有像了。典型的情况:某些镜头加了遮光罩之后,最后照片上会出现所谓“暗角”现象,就是不合理拦光的效果。
(5)目前大部分应用光学教材都直接称视场光阑的像是入(出)射窗,并没有详解其中理由。
渐晕光阑
定义
轴外点发出的充满入瞳的光被透镜的通光口径所拦截的现像,称为“
渐晕”;用以产生渐晕效果的光阑,称为“渐晕光阑”。
实际上,渐晕现像是普遍存在的,我们用不着绝对的消除渐晕。一般系统允许有50%的渐晕(拦一半),甚至30%的渐晕。
消除渐晕的条件
只要入射窗(决定了物方视场的大小)与物平面重合,出射窗与像平面重合就可消除渐晕。
一般的,多个透镜组成的结构复杂的光学系统,为了提高其轴外点成像质量,会设置渐晕光阑。但对于单组光学系统,如简单的望远镜,显微镜,可以没有渐晕光阑,分划板就是视场光阑,分划板的像大致成像于入窗和出窗面上,满足消除渐晕的条件。