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应用光学084---场镜的特性及其应用

2023-5-25 18:23| 发布者:寻梦敦煌| 查看:19309| 评论:0

摘要:本文介绍了应用光学中场镜的特性及其在连续成像光学系统中的应用。通过添加场镜,可以改变成像光束的位置,从而减小透镜口径而不影响系统的光学特性。文章还提供了求解场镜焦距的方法。
作者:小小光08
在一些复杂的光学系统中,系统各个部件的外形尺寸可能对成像光束的位置或者说对入瞳、出瞳位置提出一定的要求。



图1:双目望远镜的光路

例如在双目望远镜中,假定物镜和目镜的焦距按照系统的光学特性已经被确定,成像光束在系统中的光路也就确定了,如图1所示。



图2:加入场镜后双目望远镜的光路

如果希望系统光学特性不变,即在物镜和目镜焦距不变的条件下,把出射光束在目镜上的投射高度降低一些,使目镜组的口径减小,由图2可以看到,在像平面F物上加一个正透镜就可以达到此目的,而不会影响系统的光学特性。

这时因为它和物镜所成的像重合,即物镜所成的像正好位于它的主平面上,通过它以后所成的像和原来像的大小相等,从而不会影响系统的成像特性。这样一种和像平面重合,或者和像平面很靠近的透镜称为“场镜”。

由此可知,场镜能够改变成像光束的位置,而不影响系统的光学特性。

场镜在一些连续成像的组合系统中经常被采用。当两个系统组合在一起成像时,为了使前一个系统的出射光束都能进入后一个系统,而又不使后一个系统的通光口径过大,这就需要在中间像平面上加入一个场镜,如图3所示。



图3:在连续成像光学系统中使用场镜的示意图

物体AB先经前组透镜成像在A'B'。为了减小前组透镜的口径,把入瞳和前组透镜的镜框重合。A'B'将继续通过后组透镜成像,为了使成像光束能进入后组透镜,则后组透镜的口径将大到不堪设想的地步。如果在中间像平面A'B′处加入一个场镜,把成像光束向光轴折转,使主光线正好通过后组透镜中心,则后组透镜的口径便大大减小。

确定场镜焦距的方法,可以根据某一条光线通过场镜前后所要求的位置,用成

像关系公式或组合系统的光路计算公式求得。

例如在图3中,假定前组透镜到它的像平面的距离l1'=150mm,后组透镜离开中间像平面的距离l2=-100mm,要求主光线既通过前组透镜的中心又通过后组透镜的中心,即要求前组透镜经过场镜以后正好成像在后组透镜上。

由物像关系式



对于场镜,其l'=- l2=100mm,l=- l'1=-150mm,把l'和l带入上式得



解得





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