场镜的作用和工作原理是什么介绍

场镜是光学系统中一种特殊的透镜，主要工作在物镜的焦平面附近，其作用和工作原理紧密关联，具体如下：

一、主要作用

优化光束利用率

提高边缘光束入射到探测器(或后续光学元件)的能力，避免边缘光线因角度过大而无法进入系统，从而提升整个光学系统的光能利用率。

减小探测器尺寸

在相同的主光学系统中，通过场镜的光路调整，可使成像光束更集中，从而缩小所需探测器的感光面积;若使用固定尺寸的探测器，场镜则能扩大系统的视场范围。

校正像差

尤其是平像场镜，能有效补偿光学系统的场曲和畸变，使像面保持平整，确保视场范围内各点的成像质量一致(如清晰度、畸变程度等)。

灵活调整像面位置

可让出像面位置，方便在光路中插入调制盘、滤光片等元件，同时不影响主光路的成像效果，常见于激光扫描、光谱分析等系统中。

均匀化光照

部分场镜能对探测器光敏面上的非均匀光照进行匀化处理，使光照强度分布更均匀，提升探测或成像的稳定性。

二、工作原理

场镜的核心原理是通过调整光路中光束的传播方向，使原本发散的边缘光束改变角度，更 “贴合” 后续光学元件(如探测器、扫描振镜等)的接收范围。

具体来说，当光束经过物镜聚焦后，会在焦平面形成一个像点，而场镜就放置在该焦平面附近。此时，场镜会将物镜边缘的发散光束 “弯折”，使其以更平缓的角度入射到探测器(或扫描系统)上。

以激光扫描系统中的f-theta 场镜为例，它能配合振镜的偏转，将激光束聚焦到一个平面上，且聚焦点的位置与振镜的偏转角成线性关系(满足 θ 与焦距 f 的乘积为线性位移)，从而保证扫描范围内的光斑位置精准、畸变最小，这一特性使其成为激光打标、焊接等工业场景的核心元件。

简言之，场镜通过对光束方向和像面的优化，在不影响主光学系统基本功能的前提下，提升了系统的效率、稳定性和适用性。