場(chǎng)鏡的作用和工作原理是什么介紹

場(chǎng)鏡是光學(xué)系統(tǒng)中一種特殊的透鏡，主要工作在物鏡的焦平面附近，其作用和工作原理緊密關(guān)聯(lián)，具體如下：

一、主要作用

優(yōu)化光束利用率

提高邊緣光束入射到探測(cè)器(或后續(xù)光學(xué)元件)的能力，避免邊緣光線因角度過(guò)大而無(wú)法進(jìn)入系統(tǒng)，從而提升整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光能利用率。

減小探測(cè)器尺寸

在相同的主光學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)場(chǎng)鏡的光路調(diào)整，可使成像光束更集中，從而縮小所需探測(cè)器的感光面積;若使用固定尺寸的探測(cè)器，場(chǎng)鏡則能擴(kuò)大系統(tǒng)的視場(chǎng)范圍。

校正像差

尤其是平像場(chǎng)鏡，能有效補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲和畸變，使像面保持平整，確保視場(chǎng)范圍內(nèi)各點(diǎn)的成像質(zhì)量一致(如清晰度、畸變程度等)。

靈活調(diào)整像面位置

可讓出像面位置，方便在光路中插入調(diào)制盤(pán)、濾光片等元件，同時(shí)不影響主光路的成像效果，常見(jiàn)于激光掃描、光譜分析等系統(tǒng)中。

均勻化光照

部分場(chǎng)鏡能對(duì)探測(cè)器光敏面上的非均勻光照進(jìn)行勻化處理，使光照強(qiáng)度分布更均勻，提升探測(cè)或成像的穩(wěn)定性。

二、工作原理

場(chǎng)鏡的核心原理是通過(guò)調(diào)整光路中光束的傳播方向，使原本發(fā)散的邊緣光束改變角度，更 “貼合” 后續(xù)光學(xué)元件(如探測(cè)器、掃描振鏡等)的接收范圍。

具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)光束經(jīng)過(guò)物鏡聚焦后，會(huì)在焦平面形成一個(gè)像點(diǎn)，而場(chǎng)鏡就放置在該焦平面附近。此時(shí)，場(chǎng)鏡會(huì)將物鏡邊緣的發(fā)散光束 “彎折”，使其以更平緩的角度入射到探測(cè)器(或掃描系統(tǒng))上。

以激光掃描系統(tǒng)中的f-theta 場(chǎng)鏡為例，它能配合振鏡的偏轉(zhuǎn)，將激光束聚焦到一個(gè)平面上，且聚焦點(diǎn)的位置與振鏡的偏轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系(滿足 θ 與焦距 f 的乘積為線性位移)，從而保證掃描范圍內(nèi)的光斑位置精準(zhǔn)、畸變最小，這一特性使其成為激光打標(biāo)、焊接等工業(yè)場(chǎng)景的核心元件。

簡(jiǎn)言之，場(chǎng)鏡通過(guò)對(duì)光束方向和像面的優(yōu)化，在不影響主光學(xué)系統(tǒng)基本功能的前提下，提升了系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和適用性。