什么叫有效光阑？入射光瞳和出射光瞳？

1.什么叫有效光阑？

摄影镜头通常都是复杂的透镜组，其中每一个透镜的边框都对轴上或轴外点光束的大小起不同程度的限制作用，故它们都是光阑，但起决定性限制作用的叫有效光阑。在普通照相机和电影摄像机上，通常专门设计有一个孔径光阑，即光圈，一般是由一组光圈片构成，该组光圈叶片共同形成一个通光孔，光孔与镜头主轴垂直，其中心位于主轴上。调节镜头光圈调节环，可以改变其光孔的大小，所以光圈又可称为可变光阑。

2.什么叫入射光瞳和出射光瞳？

一般孔径光阑都设在镜头的透镜组中间，它通过前面透镜组在物空间形成的像叫入射光瞳，故孔径光阑与入射光瞳（简称入瞳）对其前边光组而言是共轭的；孔径光阑对其后边的透镜组的共轭叫做出射光瞳，简称出瞳。入瞳和出瞳对整个镜头是共轭的。

3.不同条件下，入瞳和出瞳的位置有什么不同？

例一：图2-56是一个凸透镜构成的光学系统。在此种情况下，透镜的边框就是孔径光阑，它前后又都设有光组，所以这个边框既是入瞳又是出瞳。入瞳的边缘对物点P的张角u叫做最大入射孔径角；出瞳的边缘对像点P′的张角叫最大出射孔径角并以u′表示之。从图中可以看出，一定位置一定大小的孔径光阑，对轴上不同点所张的最大孔径角将是不同的。

例二：在凸透镜前或后分别另设一孔径光阑。图2-57(a)所示为在
凸透镜前设置孔径光阑的示意图。在摄影镜头的发展史上，第一个摄影镜头就是由一个凹凸（凹面朝前的新月形的）透镜及位于前边的光圈组成。为简单起见，图中画为薄透镜。图中DD前边没有透镜，也就不能对它成像，可以说像就是它本身，因此它即是孔径光阑同时又是入瞳；它对后边透镜在像空间成的像D′D′就是该摄影镜头的出瞳。入瞳和出瞳的边缘对物点与像点的张角便是入射孔径角和出射孔径角。

图(b)所示则为富士一次性相机的镜头（塑料镜片）示意图，实际它是由一个凸面朝前的（凸凹）会聚透镜及后边的光圈组成。为简单起见，图中以薄透镜表示。光圈D′D′对前边透镜在物空间成的像DD便是入瞳，入瞳对物点的纸角为入射孔径角（或叫物方孔径角）；D′D′本身就是孔径光阑跟出瞳二合一。它对像点张的角为出射孔径角或像方孔径角。

例三：如图2-58所示，是一种对称摄影镜头。为减小像差，大多数现代摄影镜头大都采用对称或亚对称型结构。为简单图中只以一对对称透镜表示。孔径光阑就放在中间。DD和D′D′分别是孔径光阑D₀D₀的入瞳和出瞳。DD是以D₀D₀为物对它前边透镜l₁在物空间成的像，这个像DD

对物点P的张角或者说PD跟物方光轴的交角u就是入射孔径角；D′D′则是以D₀D₀为物对它后边透镜l₂成的像，P′D′跟像方主光轴的交角u′就是出射角。因为DD和D₀D₀是对D₀D₀之前的l₁共轭，而D₀D₀和D′D′是对D₀D₀之后的透镜l₂共轭。所以这就保证了通过DD边缘的入射线经l₁折射后，一定通过D₀D₀的边缘；再经过l₂折射后，出射线一定通过

DD的边缘。入瞳和出瞳对整个镜头是共轭的。4.孔径光阑及其瞳对轴外点有什么作用？

从以上几个例子可知，孔径光阑及其瞳，它们决定着轴上点的入射

孔径角和出射孔径角的大小，也就是决定着轴上点通过镜头的光通量的多少。它们是通光孔，是光的必由之路，因此对轴外点的光束也起一定的限制作用，换句话说，轴外点的光束必须通过它们后才能到达像面或成像。具体作用后边再介绍。

5.为什么要引入瞳的概念？

孔径光阑跟瞳在限制光束的作用方面是等效的，为何不直接用孔径光阑作孔径角呢？

由图2-58所示可见，虽然u及u′的大小是由孔径光阑D₀D₀决定的，但却不是D₀D₀对P与P′的直接张角。因为D₀D₀与P不在同一空间。D₀D₀对发自P点光束的限制须通过在它前边的光组l₁的折射起作用，即直接确定物方孔径角u是以孔径光阑D₀D₀为物，通过在它前面的光学系统l₁，

在物空间所形成的像DD（入瞳）直接对物点P的张角。同样出射孔径角是孔径光阑对它后边的光具组l₂在像空间的像（出瞳）直接对像点P′

的张角。

6.对称型摄影镜头的瞳有什么特点？
如图2-58所示，如果l₁与l₂完全对称于孔径光阑时，则入瞳和出瞳的大小，倒正及虚实都完全一样。即入瞳和出瞳所在的面为放大率为正一的面，也就是入瞳面跟摄影镜头物方主平面重合，入瞳中心跟物方
主点重合；出瞳面跟像方主平面重合，出瞳中心跟像方主点重合。如摄影镜头置于空气中，则物方与像方的主点、节点，光瞳中心三者重合。

7.入瞳和出瞳有什么作用？

在讨论实际通过光具组的光束顶角大小时，根本不用作出孔径光阑，只要作出入瞳和出瞳，正确地表示它们的位置和大小，把它们边缘所有的点分别和物点及像点用直线连接起来，就得到所求光束顶角的大小，如图2-59所示。有了光瞳，实际的有效光阑就变得次要了，在作图时可以不用它。至于要确定像点P′的位置，如要用联合光组作图求像时，光束的角度不受最大孔径角的限制。一般在设计摄影镜头时，基点、基面、光瞳的位置都是已知的，但也都是抽象的。简便方法不需画出摄影镜头的实际结构，就能在一定条件下基本解决复杂镜头所成像的位置、光束顶角的大小问题。而且光组最前和最后两个界面以外的光束将完全跟实际相符合。