光阑的作用及在裂隙灯显微镜中的应用

文 陶会荣

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。

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，相机中的底片框。人在屋里通过窗户观察外面的世界，窗户就起到视场光阑的作用。一般将其设置在实像平面上，视场光阑在每个光学系统中不一定有，但是如果有，则只会有一个。

2.3 渐晕光阑

渐晕光阑起到参与限制轴外点成像光束宽度的作用，可以改变轴外物点的成像质量。其存在的形式多为透镜框，能导致像面亮度出现由中心到边缘逐渐变暗的现象。视场光阑在每个光学系统中不一定有，但是如果有，则可能含有多个，如图6所示。

图6 渐晕光阑作用原理

2.4 消杂光光阑

消杂光光阑的作用只是限制成像光束之外的杂散光。装在仪器物镜前面的遮光罩通常起到消杂光光阑的作用。对于一些镜筒很长、成像质量要求高的重要光学系统，通常要专门设计配套的消杂光光阑，如图7所示。

图7 平行光管中的消杂光光阑

3 光阑在裂隙灯显微镜中的应用

光阑是目视光学系统（显微镜、望远镜等）中的重要元件之一，要达到较好的观察效果，就不能忽视人眼瞳孔的光阑作用。例如在伽利略望远镜系统中，人眼瞳孔就起到孔径光阑的作用。

光阑的光束限制作用在裂隙灯显微镜中有较典型的应用，该种视光设备的主体结构包括3个部分：裂隙灯照明、显微镜观察和操纵系统，在照明和观察系统中均设置有光阑。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。

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