斜光线是指从物体顶点发射且传播方向不和光轴平行的光线。在薄透镜成像的作图法中,通 过透镜中心的斜光线不改变方向,指向第一焦点的斜光线折射后和光轴平行,但其它方向的 斜光线如何折射呢?比如,对于下图中的两个透镜,入射光线和光轴平行,但在通过透镜 L ₁折射后变成了透镜 L₂的斜光线,它将朝哪个方向折射呢?
为了确定斜光线的折射方向,我们可以假设它处于一束平行光线中(见图 2)。这种情况可参 考下方补充内容中的图 8,这些平行光线通过透镜折射后,折射光线可反向延长并相交于第 二焦平面上的一点,也就是通过透镜中心的光线和第二焦平面的交点。
因此,我们可在图 2 中画一条辅助光线,使其通过透镜中心并且和斜光线平行。折射光 线的反向延长线应和辅助光线相交在第二焦平面上。正透镜的辅助光线画法如图 3 所示。 简单而言,为了确定斜光线的折射方向,首先画出辅助光线(以红色显示),使其和第二 焦平面相交,然后连接上述交点和斜光线在透镜上的入射点,而这条连接线就是斜光线 的折射方向。下面是包含画图步骤的动态图。
示例:两个正透镜
考虑由两个薄透镜构成的光学系统,两个焦距 f₁和 f₂分别为 50 mm 和 35 mm,而 透镜间距为 20 mm。当高度为 11.80 mm 的物体位于第一个透镜左边 70 mm 处时, 请用作图法确定像的位置和大小,并通过计算验证结果。
作图法的结果和过程如下所示:
从物体顶点画两条光线,一条和光轴平行,另一条通过透镜 L₁的中心。这两条光线通 过透镜 L₁折射后都变成了 L₂的斜光线。图 11 动态展示了怎样确定这两条斜光线的方 向。两条光线的交点就是像的顶点。 下面根据牛顿公式分析结果。
对于第一个透镜,物体到第一焦点的距离(xo)为-20,因此像到第二焦点的距离以及横 向放大率分别为:
对于第二个透镜,根据图示可知 xo = 190,因此像到第二焦点的距离以及横向放大率 分别为:
因此,像到第二个透镜的距离为 35 - 6.45 = 28.55。总放大率为两个放大率之积,即 -0.46,因此像高为-0.46 x 11.8 = -5.43。 PS:参考位置左边的距离为负,而右边为正。 PPS:在实际的中继成像中,已安装的匹配消色差透镜对具有优异的性能。下面是对 Born To Serve 图标进行成像的结果对比,其中图 12 使用两个 LA1509-A 平凸透镜,而图 13 使用 MAP10100100-A 匹配消色差透镜对。在 Matched Achromatic doublet Pairs 结构中,双胶合透镜对能zui大程度地减少球差和色差,从而提升成像质量。