В оптике выходной зрачок — это виртуальная апертура оптической системы. Только лучи , прошедшие через эту виртуальную апертуру, могут выйти из системы. Выходной зрачок – это изображение диафрагменного диафрагмы в следующей за ним оптике. В телескопе или сложном микроскопе это изображение представляет собой изображение объективного элемента (ов), создаваемое окуляром . Размер и форма этого диска имеют решающее значение для работы инструмента, поскольку глаз наблюдателя может видеть свет, только если он проходит через апертуру. Термин «выходной зрачок» также иногда используется для обозначения диаметра виртуальной апертуры. В более старой литературе по оптике выходной зрачок иногда называют диском Рамсдена , названным в честь английского производителя инструментов Джесси Рамсдена .
Чтобы использовать оптический инструмент, входной зрачок глаза зрителя должен быть совмещен с выходным зрачком инструмента и иметь такой же размер. Это позволит правильно соединить оптическую систему с глазом и избежать виньетирования . (Входной зрачок глаза — это изображение анатомического зрачка , видимого через роговицу .) Таким образом, расположение выходного зрачка определяет вынос зрачка окуляра. Хорошие конструкции окуляров имеют выходной зрачок диаметром, примерно равным кажущемуся диаметру зрачка глаза, и расположенный на расстоянии примерно 20 мм от последней поверхности окуляра для удобства зрителя. Если диск больше зрачка, свет будет потерян, а не попадет в глаз. Если диск находится слишком близко к последней поверхности окуляра, глазу придется находиться слишком близко для наблюдения; если он находится слишком далеко, наблюдателю будет трудно поддерживать выравнивание глаза с диском, поскольку нет никакой инструментальной помощи, позволяющей физически удерживать положение глаза.
Поскольку диаметр зрачка глаза варьируется в зависимости от условий просмотра, идеальный диаметр выходного зрачка зависит от приложения. [1] Астрономическому телескопу требуется большой выходной зрачок, поскольку он предназначен для наблюдения за тусклыми объектами в ночное время, тогда как для микроскопа потребуется гораздо меньший выходной зрачок, поскольку наблюдаемый объект будет ярко освещен. Комплект бинокля 7х50 имеет выходной зрачок чуть более 7,14 мм, что соответствует среднему размеру зрачка молодого, адаптированного к темноте человеческого глаза в условиях отсутствия постороннего света. Затем свет, появляющийся в окуляре, заполняет зрачок глаза, что означает отсутствие потери яркости в ночное время из-за использования такого бинокля (при условии идеального пропускания ). При дневном свете, когда диаметр зрачка составляет всего 4 мм, более половины света блокируется радужной оболочкой и не достигает сетчатки . Однако потеря света в дневное время обычно не является проблемой, поскольку света изначально очень много. Напротив, бинокли 8×30, которые часто продаются с упором на их компактность, имеют выходной зрачок всего 3,75 мм. Этого достаточно, чтобы заполнить типичный дневной зрачок глаза, что делает этот бинокль более подходящим для использования в дневное время, чем в ночное. Максимальный размер зрачка человеческого глаза обычно составляет 5–9 мм для людей младше 25 лет и медленно уменьшается с возрастом, как показано в таблице в качестве приблизительного ориентира. [2] [3] [4] [5]
Оптимальное расстояние от глаз также зависит от применения. Например, оптический прицел требует очень большого выноса выходного зрачка, чтобы отдача не задела наблюдателя. [1]
Выходной зрачок можно визуализировать, сфокусировав прибор на ярком невзрачном поле и поднеся к окуляру белую карточку. При этом на карту проецируется световой диск. При перемещении карты ближе или дальше от окуляра световой диск будет минимизирован, когда карта окажется у выходного зрачка, а затем яркий диск покажет диаметр зрачка. Прозрачный флакон с жидкостью молочного цвета можно использовать для рассеивания лучей света, выходящих из окуляра, и делая их путь видимым. Эти лучи выглядят как песочные часы , сходящиеся и расходящиеся на выходе из окуляра, при этом наименьшее поперечное сечение (талия песочных часов) представляет собой выходной зрачок.
Для телескопа диаметр выходного зрачка можно рассчитать, разделив фокусное расстояние окуляра на светосилу ( f-число) телескопа. Во всех телескопах, кроме самых дешевых, окуляры взаимозаменяемы, и по этой причине на телескопе не указано увеличение, поскольку оно будет меняться в зависимости от окуляра. Вместо этого на прицеле обычно указывается диафрагменное число f = L/D телескопа, а также диаметр объектива D и фокусное расстояние L. На отдельных окулярах также написаны фокусные расстояния.
Однако в случае бинокля два окуляра обычно прикреплены постоянно, а увеличение и диаметр объектива (в мм) обычно указываются на бинокле в форме, например, 7×50. В этом случае выходной зрачок можно легко рассчитать как диаметр объектива, разделенный на увеличение . Эти две формулы, конечно, эквивалентны, и вопрос лишь в том, с какой информации начинать и какую формулу использовать.
Расстояние выходного зрачка от плоскости датчика определяет диапазон углов падения света на датчик. Цифровые датчики изображения часто имеют ограниченный диапазон углов, под которыми они эффективно принимают свет, особенно те, которые используют микролинзы для повышения своей чувствительности. [6] Чем ближе выходной зрачок к фокальной плоскости, тем выше углы падения на крайних краях поля. Это может привести к виньетированию пикселей . По этой причине многие небольшие цифровые камеры (например, в сотовых телефонах) являются телецентрическими в пространстве изображения , так что основные лучи попадают на датчик изображения при нормальном падении. [ нужна цитата ]