成像系统中的照明假设——成像镜头一定有光阑吗？

让我们先以这样一个问题开启本文：

我们知道成像系统中会有一个孔径光阑，限定了能够通过系统的光线——但所有成像系统一定必须有光阑吗？

既然这样问了，答案显然是否定的。

我们还是先来看常规情况吧，这是一个远心系统（每个光束的中心光线是平行的）：

如果把光阑位置前后移动一下，虽然物像关系保持不变，但我们立刻发现它就不远心了：

这件事情的本质其实是这样的：

我们在后台假设了一件事情，那就是光源（物面）发出的光是向着四面八方各个方向都有的。由于孔径光阑的位置和大小的缘故，被限定了只有一部分光线可以通过系统。光学软件或者说我们日常的光学设计考虑中，只考虑了能通过孔径的那部分光线，所以形成了光阑筛选光线的现象。如果发光体在有限远外，光阑的作用便是筛选了入射光的角度。

说得严格一些的话，我们在光学设计中，常会预设一个不去触碰不去多做考虑默认存在的前提——物方是朗伯发光体（漫发光）。

如果这个假设不存在呢？如果物方发出的光线本身就限定在一定的有限的角度呢？那限定光线走向的就是光源本身，而非光阑了！比如我的物方入射的是一束平行激光，或者是光纤出射面，那么可以造成的结果是，不论光阑在哪里（足够大的话），光阑对入射光的角度是没有筛选作用的。

没错，这玩意儿就叫做物方远心Telecentric Object Space。

Zemax中有这么一个TelecentricObject Space的按钮，勾完之后光阑的作用就被忽略了，所有视场都强制远心入射。软件的后台做法呢，就是把入瞳位置强制放到物方无穷远处（可以想一下为什么？）

这种情况下，这个光学系统不需要光阑，或者说不论光阑放在哪里，不改变光路。这对于角分布受限于发光体本身的情况是正确的，比如激光入射。

好了，我们回过头来，也可以说对于物方朗伯的物体，光阑位置的选择是至关重要的。光阑直接决定了光线的走向，很多几何像差直接和光阑位置相关。

更进一步地，在分析成像系统的相对照度问题时，我们也是默认了一个前提假设——那就是物方发光体，在位置空间上是均匀的，而在角空间是朗伯的。

（关于相对照度问题，可以阅读原文）

有些问题中的前提假设就像空气一样，就在那里，太令人习惯了而被忽视了其存在。从本源澄清问题的假设是很有必要的。