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遠心光路的原理是什麽?

日期:2021-01-27 來源:币游国际

關於遠心鏡頭的原理,你了解多少?
      遠心鏡頭通常被分為三類:分別為物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭以及雙側遠心鏡頭,在實際的不同應用場景及需求中會麵臨對不同遠心鏡頭的選擇。

下麵,先對兩個參數進行解析:

孔徑光闌與主光線

孔徑光闌:在光學係統中,用一些中心開口的薄金屬片對成像光束的寬度和位置進行合理的限製,這些中心開口的薄金屬片便稱為孔徑光闌。
      主光線:物點發出的通過孔徑光闌中心的光線。

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圖1

如圖1中的多處標記所代表的含義:L為透鏡,A,B,C分別為孔徑光闌的不同位置,紅、黃、藍代表為成像的光束,粗線為主光線。觀察圖1可發現,當孔徑光闌處在位置A時,由物點Q發出的各個方向的光,隻有藍色光束參與成像;當孔徑光闌放置在位置B時,隻有黃色光束參與成像;當孔徑光闌在位置C時,隻有紅色光束參與成像。雖然物點Q經透鏡成像後,像點在Q’處,但因為孔徑光闌的位置不同,導致了參與成像的光束是不一樣的。了解了這兩個參數之後,我們就能更好地理解遠心光路。

遠心光路

對比普通光路來看遠心光路:假設測量物體長度,普通光路情況下,鏡頭本身充當孔徑光闌的情況(圖2(a)),當物體位於AB時,其像在成像平麵上是A’B’,當物體移至A1B1時,其像是A1’B1’,由於其主光線通過透鏡中心,所以在成像平麵上的投影點A1’’B1’’< A’B’,這就是所謂的近大遠小現象,造成了測量的不準確。   為了解決這個問題,我們把孔徑光闌放置在透鏡像方的焦平麵上,如圖2(b),此時由於孔徑光闌選擇成像光束的作用,隻有物體發出的主光線平行於光軸的很細的一束光參與成像,所以,無論物體位於位置AB還是A1B1,他們的主光線是重合的,其在成像平麵上的投影中心點是相同的,因此,雖然物體位於A1B1時,其像仍然是A1’ B1’,但在成像平麵上的彌散斑的中心間距A1’’ B1’’=A’B’,這樣就解決了上述因近大遠小,導致測量不準的問題。這個光路的特點是入瞳位於無窮遠,物方參與成像光束的主光線平行於光軸,故稱此光路為“物方遠心光路”,而用“物方遠心光路”設計的鏡頭稱“物方遠心鏡頭”。

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圖2(a)

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圖2(b).

對物方遠心光路的原理有一個大概的了解後,也能理解選擇物方遠心鏡頭的原因了。最根本的目的既是為了消除由於物體位置變化進而導致的對像大小變化的潛在後果。比如:1、實際工業應用中由於環境導致調焦不準; 2、需要測量有厚度的物體;3、要檢測的物體不在同一平麵內物方遠心的缺點是放大倍率與成像平麵的位置有關。要解決這個問題,就設計了“像方遠心”。將孔徑光闌放在物方的焦平麵上,僅允許像方主光線平行於光軸的光束成像,此時的光路稱為“像方遠心光路”,鏡頭則是“像方遠心鏡頭”。“像方遠心光路”解決了由於相機位置的不確定帶來的放大倍率不同的問題。而物方遠心和像方遠心結合在一起的,就是“雙側遠心”。
 


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