Введение
В оптике выходной зрачок — это виртуальная апертура в оптической системе. Только лучи, проходящие через эту виртуальную апертуру, могут выйти из системы. Выходной зрачок является изображением диафрагмы в оптических элементах, расположенных после неё. В телескопе или сложном микроскопе это изображение представляет собой изображение объектива, сформированное окуляром. Размер и форма этого диска критически важны для характеристик прибора, поскольку наблюдатель видит свет только в том случае, если он проходит через эту апертуру. Термин «выходной зрачок» также иногда используется для обозначения диаметра виртуальной апертуры. В старой литературе по оптике выходной зрачок иногда называют диском Рамсдена, в честь английского мастера оптики Джесси Рамсдена.
Визуальные приборы
Для использования оптического прибора входной зрачок глаза наблюдателя должен быть выровнен и иметь размер, сопоставимый с выходным зрачком прибора. Это обеспечивает правильное согласование оптической системы с глазом и предотвращает виньетирование. (Входной зрачок глаза – это изображение анатомического зрачка, видимое через роговицу.) Таким образом, положение выходного зрачка определяет расстояние до выходного зрачка окуляра (eye relief). Хорошие конструкции окуляров создают выходной зрачок диаметром, приближающимся к видимому диаметру зрачка глаза, и расположенный примерно в 20 мм от последней поверхности окуляра для комфорта наблюдателя. Если диск больше зрачка глаза, свет будет теряться вместо того, чтобы попадать в глаз. Если диск находится слишком близко к последней поверхности окуляра, для наблюдения потребуется неудобно близкое расположение глаза; если он слишком далеко, наблюдателю будет сложно поддерживать выравнивание глаза с диском, поскольку не будет инструментальной поддержки для фиксации положения глаза. Средний диаметр зрачка глаза человека в зависимости от возраста: Возраст (лет) Днем (мм) Ночью (мм) 20 4,7 8 30 4,3 7 40 3,9 6 50 3,5 5 60 3,1 4,1 70 2,7 3,2 80 2,3 2,5. Поскольку диаметр зрачка глаза изменяется в зависимости от условий наблюдения, идеальный диаметр выходного зрачка зависит от области применения. Астрономический телескоп требует большого выходного зрачка, поскольку предназначен для наблюдения тусклых объектов ночью, в то время как микроскоп потребует гораздо меньшего выходного зрачка, так как наблюдаемый объект будет ярко освещен. У бинокля 7×50 выходной зрачок немного больше 7,14 мм, что соответствует среднему размеру зрачка молодого человека с темной адаптацией в условиях отсутствия постороннего света. Выходящий из окуляра свет затем заполняет зрачок глаза, что означает отсутствие потери яркости ночью при использовании такого бинокля (при условии идеальной светопропускаемости). При дневном свете, когда диаметр зрачка глаза составляет всего 4 мм, более половины света будет блокироваться радужной оболочкой и не достигнет сетчатки. Однако потеря света днем обычно не вызывает беспокойства, поскольку света изначально предостаточно. В отличие от этого, бинокль 8×30, часто продаваемый с акцентом на его компактность, имеет выходной зрачок всего 3,75 мм. Этого достаточно для заполнения типичного дневного зрачка глаза, что делает эти бинокли более подходящими для дневного, чем для ночного использования. Максимальный размер зрачка человеческого глаза обычно составляет 5–9 мм для людей младше 25 лет и медленно уменьшается с возрастом, как показано в приведенной таблице. Оптимальное расстояние до выходного зрачка также варьируется в зависимости от применения. Например, оптическому прицелу винтовки требуется очень большое расстояние до выходного зрачка, чтобы предотвратить удар по наблюдателю при отдаче. Чем ближе выходной зрачок к фокальной плоскости, тем выше углы падения на крайних границах поля зрения. Это может привести к виньетированию пикселей. По этой причине многие небольшие цифровые камеры (например, в мобильных телефонах) имеют телецентрическую конструкцию, чтобы главные лучи падали на датчик изображения под нормальным углом.
Since the eye's pupil varies in diameter with viewing conditions, the ideal exit pupil diameter depends on the application. An astronomical telescope requires a large exit pupil because it is designed to be used for looking at dim objects at night, while a microscope will require a much smaller exit pupil since an object being observed will be brightly illuminated. A set of 7×50 binoculars has an exit pupil just over 7.14 mm, which corresponds to the average pupil size of a youthful dark adapted human eye in circumstances with no extraneous light. The emergent light at the eyepiece then fills the eye's pupil, meaning no loss of brightness at night due to using such binoculars (assuming perfect transmission). In daylight, when the eye's pupil is only 4 mm in diameter, over half the light will be blocked by the iris and will not reach the retina. However, the loss of light in the daytime is generally not a concern since there is so much light to start with. By contrast, 8×30 binoculars, often sold with emphasis on their compactness, have an exit pupil of only 3.75 mm. That is sufficient to fill a typical daytime eye pupil, making these binoculars better suited to daytime than night time use. The maximum pupil size of a human eye is typically 5–9 mm for individuals below 25 years old and decreases slowly with age as shown as an approximate guide in the table here. The optimum eye relief distance also varies with application. For example, a rifle scope needs a very long eye relief to prevent recoil from causing it to strike the observer. The closer the exit pupil to the focal plane, the higher the angles of incidence at the extreme edges of the field. This can lead to pixel vignetting. For this reason, many small digital cameras (such as those found in cell phones) are image space telecentric, so that the chief rays strike the image sensor at normal incidence.