1. Ohnisková vzdialenosť optických systémov
Ohnisková vzdialenosť je veľmi dôležitým ukazovateľom optického systému, pre koncept ohniskovej vzdialenosti viac-menej rozumieme, prečítame si ho tu.
Ohnisková vzdialenosť optického systému, definovaná ako vzdialenosť od optického stredu optického systému k ohnisku lúča pri paralelnom dopade svetla, je mierou koncentrácie alebo divergencie svetla v optickom systéme. Na ilustráciu tohto konceptu používame nasledujúci diagram.
Na obrázku vyššie sa rovnobežný lúč dopadajúci z ľavého konca po prechode optickou sústavou zbieha do obrazového ohniska F', spätná predlžovacia čiara zbiehajúceho sa lúča sa pretína so zodpovedajúcou predlžovacou čiarou dopadajúceho rovnobežného lúča v bode a. bod a povrch, ktorý prechádza týmto bodom a je kolmý na optickú os, sa nazýva zadná hlavná rovina, zadná hlavná rovina sa pretína s optickou osou v bode P2, ktorý sa nazýva hlavný bod (alebo optický stred), vzdialenosť medzi hlavným bodom a ohniskom obrazu, to je to, čo zvyčajne nazývame ohnisková vzdialenosť, celý názov je efektívna ohnisková vzdialenosť obrazu.
Z obrázku je tiež vidieť, že vzdialenosť od posledného povrchu optického systému k ohnisku F' obrazu sa nazýva zadná ohnisková vzdialenosť (BFL). Podobne, ak paralelný lúč dopadá z pravej strany, existujú aj koncepty efektívnej ohniskovej vzdialenosti a prednej ohniskovej vzdialenosti (FFL).
2. Metódy testovania ohniskovej vzdialenosti
V praxi existuje veľa metód, ktoré sa dajú použiť na testovanie ohniskovej vzdialenosti optických systémov. Na základe rôznych princípov možno metódy testovania ohniskovej vzdialenosti rozdeliť do troch kategórií. Prvá kategória je založená na polohe roviny obrazu, druhá kategória využíva vzťah medzi zväčšením a ohniskovou vzdialenosťou na získanie hodnoty ohniskovej vzdialenosti a tretia kategória využíva zakrivenie čela vlny konvergujúceho svetelného lúča na získanie hodnoty ohniskovej vzdialenosti. .
V tejto časti predstavíme bežne používané metódy na testovanie ohniskovej vzdialenosti optických systémov:：
2.1Colimátorová metóda
Princíp použitia kolimátora na testovanie ohniskovej vzdialenosti optického systému je znázornený na obrázku nižšie:
Na obrázku je testovací obrazec umiestnený v ohnisku kolimátora. Výška y testovacieho obrazca a ohnisková vzdialenosť fc' kolimátora sú známe. Potom, čo sa paralelný lúč emitovaný kolimátorom zblíži testovaným optickým systémom a zobrazí sa v rovine obrazu, možno vypočítať ohniskovú vzdialenosť optického systému na základe výšky y' testovacieho obrazca v rovine obrazu. Ohnisková vzdialenosť testovaného optického systému môže používať nasledujúci vzorec:
2.2 GaussovMmetóda
Schematický obrázok Gaussovej metódy na testovanie ohniskovej vzdialenosti optického systému je znázornený nižšie:
Na obrázku sú predná a zadná hlavná rovina testovaného optického systému znázornená ako P a P' a vzdialenosť medzi dvoma hlavnými rovinami je dP. Pri tejto metóde je hodnota dPsa považuje za známu, alebo je jej hodnota malá a možno ju ignorovať. Objekt a prijímacia obrazovka sú umiestnené na ľavom a pravom konci a vzdialenosť medzi nimi je zaznamenaná ako L, kde L musí byť väčšie ako 4-násobok ohniskovej vzdialenosti testovaného systému. Testovaný systém možno umiestniť do dvoch polôh, označených ako poloha 1 a poloha 2. Objekt vľavo je možné jasne zobraziť na prijímacej obrazovke. Vzdialenosť medzi týmito dvoma miestami (označená ako D) môže byť meraná. Podľa konjugovaného vzťahu môžeme získať:
V týchto dvoch polohách sa vzdialenosti objektu zaznamenávajú ako s1 a s2, potom s2 - s1 = D. Odvodením vzorca môžeme získať ohniskovú vzdialenosť optického systému, ako je uvedené nižšie:
2.3Lenzometer
Lensometer je veľmi vhodný na testovanie optických systémov s dlhou ohniskovou vzdialenosťou. Jeho schematický obrázok je nasledujúci:
Po prvé, testovaná šošovka nie je umiestnená v optickej dráhe. Pozorovaný cieľ vľavo prechádza cez kolimačnú šošovku a stáva sa paralelným svetlom. Paralelné svetlo sa zbieha zbiehavou šošovkou s ohniskovou vzdialenosťou f2a vytvára jasný obraz v rovine referenčného obrazu. Po kalibrácii optickej dráhy sa testovaná šošovka umiestni do optickej dráhy a vzdialenosť medzi testovanou šošovkou a zbiehavou šošovkou je f2. Výsledkom je, že vplyvom pôsobenia testovanej šošovky dôjde k preostreniu svetelného lúča, čo spôsobí posun v polohe obrazovej roviny, výsledkom čoho je jasný obraz v polohe novej obrazovej roviny v diagrame. Vzdialenosť medzi novou obrazovou rovinou a zbiehavou šošovkou je označená ako x. Na základe vzťahu objektu a obrazu možno ohniskovú vzdialenosť testovanej šošovky odvodiť ako:
V praxi sa lensometer široko používa pri špičkovom meraní ohniskovej vzdialenosti okuliarových šošoviek a má výhody jednoduchej obsluhy a spoľahlivej presnosti.
2.4 AbbeRefaktometer
Abbe refraktometer je ďalšou metódou na testovanie ohniskovej vzdialenosti optických systémov. Jeho schematický obrázok je nasledujúci:
Umiestnite dve pravítka s rôznymi výškami na stranu testovanej šošovky s povrchom objektu, menovite stupnicu 1 a stupnicu 2. Výška zodpovedajúcich mierok je y1 a y2. Vzdialenosť medzi dvoma mierkami je e a uhol medzi hornou čiarou pravítka a optickou osou je u. Scaleplated je zobrazovaný testovaným objektívom s ohniskovou vzdialenosťou f. Na konci povrchu obrazu je nainštalovaný mikroskop. Posunutím polohy mikroskopu sa nájdu horné obrázky dvoch mierok. V tomto čase je vzdialenosť medzi mikroskopom a optickou osou označená ako y. Podľa vzťahu objekt-obrázok môžeme získať ohniskovú vzdialenosť ako：
2.5 Moaré vychýlenieMetóda
Metóda Moiré deflectometrie bude využívať dve sady Ronchiho pravítka v paralelných svetelných lúčoch. Pravidlo Ronchi je mriežkový vzor kovového chrómového filmu naneseného na sklenený substrát, ktorý sa bežne používa na testovanie výkonu optických systémov. Metóda využíva zmenu Moiré prúžkov vytvorených dvomi mriežkami na testovanie ohniskovej vzdialenosti optického systému. Schematický diagram princípu je nasledujúci:
Na obrázku vyššie sa pozorovaný objekt po prechode cez kolimátor stáva paralelným lúčom. V optickej dráhe, bez toho, aby ste najprv pridali testovanú šošovku, paralelný lúč prechádza cez dve mriežky s uhlom posunu θ a rozstupom mriežok d, čím sa v rovine obrazu vytvorí súbor moaré prúžkov. Potom sa testovaná šošovka umiestni do optickej dráhy. Pôvodné kolimované svetlo po refrakcii šošovkou vytvorí určitú ohniskovú vzdialenosť. Polomer zakrivenia svetelného lúča možno získať z nasledujúceho vzorca:
Zvyčajne je testovaná šošovka umiestnená veľmi blízko k prvej mriežke, takže hodnota R vo vyššie uvedenom vzorci zodpovedá ohniskovej vzdialenosti šošovky. Výhodou tejto metódy je, že dokáže testovať ohniskovú vzdialenosť kladných a záporných systémov ohniskovej vzdialenosti.
2.6 OptickéFiberAutokolimáciaMmetóda
Princíp použitia metódy autokolimácie optických vlákien na testovanie ohniskovej vzdialenosti šošovky je znázornený na obrázku nižšie. Využíva vláknovú optiku na vyžarovanie divergentného lúča, ktorý prechádza cez testovanú šošovku a potom na rovinné zrkadlo. Tri optické dráhy na obrázku predstavujú podmienky optického vlákna v ohnisku, v ohnisku a mimo ohniska. Posúvaním polohy testovanej šošovky tam a späť môžete nájsť polohu hlavy vlákna v ohnisku. V tomto čase sa lúč sám kolimuje a po odraze rovinným zrkadlom sa väčšina energie vráti do polohy hlavy vlákna. Metóda je v princípe jednoduchá a ľahko realizovateľná.
3.Záver
Ohnisková vzdialenosť je dôležitým parametrom optického systému. V tomto článku podrobne popisujeme koncept ohniskovej vzdialenosti optického systému a jeho testovacie metódy. V kombinácii so schematickým diagramom vysvetľujeme definíciu ohniskovej vzdialenosti vrátane pojmov ohnisková vzdialenosť na strane obrazu, ohnisková vzdialenosť na strane objektu a ohnisková vzdialenosť spredu dozadu. V praxi existuje veľa metód na testovanie ohniskovej vzdialenosti optického systému. Tento článok predstavuje princípy testovania metódy kolimátora, Gaussovej metódy, metódy merania ohniskovej vzdialenosti, metódy merania ohniskovej vzdialenosti Abbe, metódy Moiré vychýlenia a metódy autokolimácie optických vlákien. Verím, že prečítaním tohto článku lepšie pochopíte parametre ohniskovej vzdialenosti v optických sústavách.
Čas odoslania: august-09-2024
