光闌的作用及在裂隙燈顯微鏡中的應用

文 陶會榮

1 光闌

光闌是指在光學系統(tǒng)中對成像光束起限制作用的透光孔，存在多種形式：帶孔屏、光孔、透鏡邊緣或框架等，只要是對成像光束口徑起到了限制作用，或者是對成像范圍起到了限制作用，均可稱作“光闌”。透光孔的形狀可以根據(jù)需要來選擇，有圓形、方形、矩形等，常見的光闌光學元件如圖1和圖2所示，透光孔大小均是可調的。

圖1 圓形光闌

圖2 可變方形光闌

2 光闌的種類和作用

光闌按照其作用可被分為4種：孔徑光闌、視場光闌、漸暈光闌和消雜光光闌。

2.1 孔徑光闌

孔徑光闌可以限制軸上點成像光束中邊緣光線的最大傾角（孔徑角），通過限制或選擇成像光束，達到調節(jié)像面質量的目的。在有多種光闌的光學系統(tǒng)中，被稱作“有效光闌”的是限制光束作用最大的孔徑光闌。其存在于每個光學系統(tǒng)中。按照光孔與光學元件、給定物點之間的前后關系，可有以下3種情況如圖3、圖4、圖5。

圖3 透鏡邊框決定孔徑角

圖4 光孔決定孔徑角（置前）

圖5 光孔決定孔徑角（置后）

2.2 視場光闌

視場光闌起到限制物平面上成像范圍的作用，例如，相機中的底片框。人在屋里通過窗戶觀察外面的世界，窗戶就起到視場光闌的作用。一般將其設置在實像平面上，視場光闌在每個光學系統(tǒng)中不一定有，但是如果有，則只會有一個。

2.3 漸暈光闌

漸暈光闌起到參與限制軸外點成像光束寬度的作用，可以改變軸外物點的成像質量。其存在的形式多為透鏡框，能導致像面亮度出現(xiàn)由中心到邊緣逐漸變暗的現(xiàn)象。視場光闌在每個光學系統(tǒng)中不一定有，但是如果有，則可能含有多個，如圖6所示。

圖6 漸暈光闌作用原理

2.4 消雜光光闌

消雜光光闌的作用只是限制成像光束之外的雜散光。裝在儀器物鏡前面的遮光罩通常起到消雜光光闌的作用。對于一些鏡筒很長、成像質量要求高的重要光學系統(tǒng)，通常要專門設計配套的消雜光光闌，如圖7所示。

圖7 平行光管中的消雜光光闌

3 光闌在裂隙燈顯微鏡中的應用

光闌是目視光學系統(tǒng)（顯微鏡、望遠鏡等）中的重要元件之一，要達到較好的觀察效果，就不能忽視人眼瞳孔的光闌作用。例如在伽利略望遠鏡系統(tǒng)中，人眼瞳孔就起到孔徑光闌的作用。

光闌的光束限制作用在裂隙燈顯微鏡中有較典型的應用，該種視光設備的主體結構包括3個部分：裂隙燈照明、顯微鏡觀察和操縱系統(tǒng)，在照明和觀察系統(tǒng)中均設置有光闌。裂隙燈照明系統(tǒng)普遍采用的是柯拉照明系統(tǒng)，如圖8所示，主要是利用了光闌限制光束口徑的作用，使得光源在焦平面上能形成清晰的光闌像。圖9為裂隙燈顯微鏡的照明系統(tǒng)光路圖，裂隙燈下面設有光闌，用來根據(jù)測量需要控制裂隙的高度，其孔徑大小是可以調節(jié)的，在外部結構上做成了撥動光闌裝置，如圖10所示。裂隙燈顯微鏡觀察系統(tǒng)中也具有光闌的典型應用，如圖11所示，起到視場光闌的作用。

圖8 柯拉照明系統(tǒng)

圖9 裂隙燈照明系統(tǒng)光路圖

圖10 裂隙燈撥動光闌裝置

圖11 裂隙燈雙目立體顯微鏡光學系統(tǒng)