光学系统概述

视场光阑是光学系统中决定其成像范围的一个光孔。在有中间实像平面的系统（例如开普勒望远镜和显微镜）和有实像平面的系统（例如摄影系统）中，视场光阑都设置在这种像平面上。视场光阑被其前面的光学零件在物空间中所成的像称为入射窗，它对入射光瞳中心所张的角度是所有光孔像中最小者，这个角度称为视场角。同样，视场光阑被其后面的光学零件在像空间所成的像称为出射窗。入射窗、视场光阑和出射窗也是共轭的。当视场光阑设置在实像平面或中间实像平面上时，入射窗和出射窗分别与物平面和像平面重合，此时视场有明晰的边界。在无实像或中间实像平面的场合，例如眼睛通过放大镜或伽利略望远镜观察时，系统中也总有一个零件，它的通光孔径起着限制视场的作用，上述二情况中，放大镜本身孔径和望远镜物镜的孔径就是决定可见视场范围的视场光阑。显然，此时入射窗不与物平面重合，无明晰的视场边界。

相对孔径

成像仪器中物镜直径D与焦距f的比值。用来描述物镜集光能力的物理量，因为像面上的光通量密度与(D/f)2成正比。相对孔径的倒数称光圈系数，或称F数。摄影镜头都设有可调光阑（俗称光圈），用来调节相对孔径的大小，从而调节感光片上的光通量密度。镜头上刻有一系列的F数，F数每减小原值的2－1/2倍，光通量密度增大2倍。通用的F数系列值为

1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22,…

上述各档数值由下式算得（经四舍五入）：11

光圈系数(F数)=(21/2)x

x为正整数，称光圈系数的指数，也叫AV值。上述F数系列中相邻两档的数值相差2倍，相应光通量密度相差2倍，AV值相差一级。

渐晕现象

在理想情况下，轴上点和轴外点的光束都受孔径光阑的限制，有基本相同的光束孔径角，如果视场不太大，整个视场的像面照度基本均匀。然而在实际光学系统中，轴外点成像光束往往受其他光学零件通光孔的限制，结果是轴外点的光束孔径角比轴上点的小得多。这是因为要使轴外点也以充满入射光瞳的光束成像时，那些远离孔径光阑的透镜需要有相当大的直径，并且对全孔径轴外光束校正好像差也非常困难。因此，为了改善轴外点的成像质量、也为了光学零件的横向尺寸不特别大，常用适当减小某几个透镜直径的方法来对轴外光束作必要的限制。这种轴外点发出充满入射光瞳的光束被某些光学零件部分拦截而不能全部通过光学系统的现象，称为光束渐晕。轴外点离光轴越远，拦截现象（即渐晕）越严重，结果是视场外围的像面照度大大降低。当然，绝大部分光学系统都允许存在一定程度的渐晕。

成像光束

物点的成像光束是一个以物点为顶点，以入射光瞳为底的空间光锥。此光束经过光学系统以后，其结构会发生变化，对于轴对称光学系统（绝大多数系统属这一类），轴上点光束总具有对称性质，但轴外点光束经系统后失去对称。为便于了解这种光束的结构，通常取其二个特征面上的平面光束来进行描述。

包含轴外物点和光轴的平面称为子午平面。由于光学系统的轴对称性质，轴外物点总可取在作图平面上，即纸平面就是子午平面。位于子午平面上的光束称为子午光束。显然，主光线一定是子午光束中的一条光线。

包含主光线并与子午平面垂直的平面称为弧矢平面。位于弧矢平面上的光束称为弧矢光束。显然，主光线就是子午平面与弧矢平面的交线。由于主光线要经系统各个表面的折射、反射而改变其方向，所以，弧矢平面也逐面发生变化而不是一个统一的平面。

由于光学系统的轴对称性，轴上点光束无需区分子午光束与弧矢光束，轴外点光束则一定是对子午平面对称的。