有相当多的光学仪器是用来测量物体长度的,这种仪器一般会在实像平面上放置一个带刻度的分划板,考虑光学系统的放大率以及像的
长度,从而得到物体的实际长度。但是由于存在景深,普通的光路无法调焦到精确位置从而会产生明显的测量误差。因此这种测量仪器
一般会使用远心光路来减小景深带来的测量误差。下面介绍下普通光路如何带来误差,远心光路如何消除这些误差,如何在zemax中
设计远心光路。
如下图,该光路是用来测量物体B1B2的长度的,如果要正确测得物体B1B2的长度,那么必须将B1B2的像正好重合于带刻度的分划板
上,从而读出数据。但是事实上,由于存在景深,无法精确地将物体的像与分划板正好重合,在下图中,由于分划板位置是固定的,所
以表现为无法精确地定位物体B1B2的正确位置。在下图中,假设正确位置是位置A1,在分划板上读到的长度为M1M2,此为准确值。
假如由于景深的影响,物体B1B2放置于位置A2进行测量,在分划板上读到的长度即为N1N2,N1N2的长度为像点B1’B2’的主光线
与分划板的交点距离,显然它比M1M2要长。像面与分划板不重合的现象称为视差,视差越大,光束与光轴的倾斜角越大,测量误差
越大。这种由于视差而引起的测量误差,可以通过适当控制主光线方向加以消除或者减小。
一、物方远心光路
如下图,将孔阑放置在光学系统的像方焦面。此时不管物体B1B2位于正确位置或者其他位置,物面上各物点的主光线在物方都平行于
主光轴并经过像方焦点,最终与分划板都相交于同一位置,因此,不管物体B1B2是否调焦于正确位置,最终在分划板上得到的长度值
都是M1M2,从而调焦不影响测量结果。这种光学系统,由于物方主光线平行于光轴,相当于其会聚中心在物方无穷远处,故称为物
方远心光路。
二、像方远心光路
如下图,将孔阑放置在光学系统的物方焦面。此时不管物体B1B2位于正确位置或者其他位置,物面上各点经过物方焦点的光线即为主
光线,各物点的主光线在像方都平行于主光轴,因此,不管物体B1B2是否调焦于正确位置,最终在分划板上得到的长度值都是
M1M2,从而调焦不影响测量结果。这种光学系统,由于像方主光线平行于光轴,故称为像方远心光路。
三、双远心光路及在zemax中设计远心光路
双远心其实就是物方远心加像方远心,与单个像方远心或者物方远心有很大区别。在zemax中,物方远心可以通过直接在入瞳设置的
时候设置为物方远心,而像方远心,可以通过物方远心逆向设计。对于双远心光路,一般是将其拆开成两个远心分别设计,然后对接进
行系统优化。
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