关于入瞳、出瞳的疑问

hngxyzc

教科书上普遍的说法：光阑对入射方向的镜片成像得到的是入瞳，对出射方向所成的像得到的是出瞳，但极少说明这个入瞳与出瞳的本质作用。以下我的理解，仅供参考：1、光阑是光学系统的最小通光口，整个光学系统的通光瓶颈，咽喉之处，决定了通光量的大小。当光阑处在入射透镜之前，这种情况当然很简单，我们直观就看看出系统的通光能力是由入射光阑的尺寸决定的；当光线通过光阑后，继续传播，在中间的各个透镜之间，时而汇聚，时而发散，最后出射成像。假如，光阑的位置是在透镜组的中间某位置，请问你怎么判断通光能量由那个孔径决定？这时，光阑的通光能量并不完全由它的尺寸决定，因为他前面的透镜组可以把很大的光束汇聚之后通过很小的光阑再发散，继续前进，这时候小光阑的通光能力也是很强的；又或者，光阑很大，但是他前面的透镜组把很小的入射光束扩散成很大之后再通过这个大光阑，这时候尽管光阑尺寸很大但通光能力并不强。于是乎，入瞳这个概念的作用就出来了。
2、光阑对它前面的透镜成像得到的是一个和光阑共轭的像，此所谓入瞳。所谓共轭，也就是通过入瞳的某个点的光线，也必然通过光阑的同比例位置的一个点。比如，通过入瞳中心的光线也必然通过光阑中心，通过入瞳边缘的光线也必然通过光阑边缘，一一对应。那么结论就是：光阑的通光能量与入瞳的通光能量是一致的。我们可以用入瞳的尺寸来表征系统的通光能量。从物体发射的光线，测算他通过入瞳的光束孔径，就知道他的通光能力了（当然，严格来讲还和焦距有关，也就是由数值孔径，F数决定的）。
3、出瞳的概念与入瞳类似。出瞳是光阑对后面的透镜所成的像，从光阑出射的光线必然与从出瞳出射的光线一一对应。有啥用？假如，你现在要把当前的镜头出射的光线接入下一个镜头，两个镜头之间怎么衔接，有相对位置要求吧。第一个镜头的出瞳与第二个透镜的入瞳重合，就实现了全部一一对应的关系，这叫光瞳衔接。
4、光瞳位置怎么计算，为啥书本没有提供计算公式？因为这是个成像问题，概念已经告诉你把光阑对前面的镜头组成像得到的就是入瞳，公式就是经典的物像公式：1/f=1/u+1/v，如果光阑前面只有一个透镜，那么这就是公式，就这么简单。可是，我知道你想要的是个更简单的万能计算入瞳的公式，不好意思，没有那么简单，因为前面的透镜组有千万种情况，光阑前面可以有n种不同的透镜，n种不同的距离布局，这需要根据具体的情况，按照光线追迹公式，逐面计算，计算量是很大的。当然，你只要计算出这个镜头模组的焦距，主面位置，那就可以直接使用1/f=1/u+1/v这个公式来计算入瞳的位置了，问题是这么多透镜，你计算他的焦距，主面位置也是没有简单的公式的。因此，通过软件来帮你计算光瞳的位置，zemax上直接就算出来了。知道他的物理意义，怎么来的，怎么用的就可以。

11294

个人的理解，不知道对不对：
入瞳和出瞳，既然是光阑对前后组镜片成的像，一样也起对光束限制的作用；了解如同和出瞳的位置有何意义呢？是不是可以认为，在多个镜头进行拼接时，前一个镜头的出瞳与后一个镜头的入瞳尺寸匹配，位置重合，即可大致认为对接成功呢？所以我认为这个参数像是一个”接口参数“，对系统自身的意义不大？

silence唯爱

hngxyzc 发表于 2023-3-28 11:20
教科书上普遍的说法：光阑对入射方向的镜片成像得到的是入瞳，对出射方向所成的像得到的是出瞳，但极少说明 ...

有回答的第四项就足够了，这个基本就是我想要的公式了。谢谢大佬

silence唯爱

11294 发表于 2023-3-28 12:22
个人的理解，不知道对不对：
入瞳和出瞳，既然是光阑对前后组镜片成的像，一样也起对光束限制的作用；了解 ...

你说的基本差不多了，最近在看显微照明的内容，看到了科勒照明中，瞳和窗的问题，当时看了看，不知道如何对接前后组，所以才想到瞳与瞳对接时位置的计算。

ZZZGX

孔径光阑的位置确定了，其前面的镜组确定了，就可以根据成像公式计算，这是孔阑是像，入瞳是物

Fa1z

楼上的老师说的很细。在设计的过程中，因为有软件，所以很少涉及具体的计算，入瞳位置和出瞳位置是拼接前后组的重要参数，可以通过报告读出，我个人习惯expp操作数，有了前组出瞳位置和后组的入瞳位置就可以精确拼接进行下一步优化了

天使

入射光瞳：孔阑通过其前面的透镜成像到物空间，这个像称为入射光瞳，简称入瞳。

出射光瞳：孔阑通过其后面的透镜成像到像空间，这个像称为出射光瞳，简称出瞳。

lkhik

hngxyzc 发表于 2023-3-28 11:20
教科书上普遍的说法：光阑对入射方向的镜片成像得到的是入瞳，对出射方向所成的像得到的是出瞳，但极少说明 ...

大师，解开了我多年的疑惑，好想讲声iloveu

对丶白

Fa1z 发表于 2023-5-15 17:55
楼上的老师说的很细。在设计的过程中，因为有软件，所以很少涉及具体的计算，入瞳位置和出瞳位置是拼接前后 ...

那是你没做拼接系统，做过就知道这个用不上了

陆佰_

入瞳和出瞳在不考虑像差的时候，可由两根一阶光线边缘光线和主光线确定。
主光线经过光阑中心，由入瞳、光阑和出瞳的共轭关系，主光线必定经过入瞳和出瞳中心。因此追迹主光线可以确定入瞳和出瞳的位置，从2D图中，延长物空间中主光线与光轴的交点便是入瞳的位置，延长像空间中主光线与光轴的交点便是出瞳的位置。同理，边缘光线经过光阑边缘，然后可由边缘光线确定出瞳和入瞳的大小。