【顯微智造】遠心鏡頭的分類是基於什麼原理?

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孔徑光闌與主光線

孔徑光闌：在光學系統中，用一些中心開口的薄金屬片來合理的限制成像光束的寬度和位置，我們把這些中心開口的薄金屬片稱為孔徑光闌。

圖1

首先來看圖1中各處代表的含義：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，其中粗線代表主光線。從圖1中可以看出，當孔徑光闌放置在位置A時，由物點Q發出的各個方向的光，只有藍色光束參與成像; 當孔徑光闌放置在位置B時，只有黃色光束參與成像; 當孔徑光闌在位置C時，只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

我們通過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，其像在成像平面上是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，所以在成像平面上的投影點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面上，如圖2(b)，此時由於孔徑光闌選擇成像光束的作用，只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，其在成像平面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』，但在成像平面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」。

圖2(a)

圖2(b)

明白了物方遠心光路的原理後，相信大家也能判斷為什麼選擇物方遠心鏡頭了。其主要就是為了消除由於物體位置的變化而帶來的像大小的變化，比如：物方遠心的缺點是放大倍率與成像平面的位置有關。要解決這個問題，就設計了「像方遠心」。把孔徑光闌放在物方的焦平面上，只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」就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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