1. Фокусна відстань оптичних систем
Фокусна відстань є дуже важливим показником оптичної системи, для поняття фокусної відстані ми більш-менш маємо розуміння, ми розглядаємо тут.
Фокусна відстань оптичної системи, яка визначається як відстань від оптичного центру оптичної системи до фокусу променя при паралельному падінні світла, є мірою концентрації або розбіжності світла в оптичній системі. Ми використовуємо наступну діаграму, щоб проілюструвати цю концепцію.
На наведеному вище малюнку паралельний промінь, що падає з лівого кінця, після проходження через оптичну систему сходиться до фокусу зображення F', зворотна лінія продовження збіжного променя перетинається з відповідною лінією продовження падаючого паралельного променя на а поверхня, яка проходить через цю точку і перпендикулярна до оптичної осі, називається задньою головною площиною, задня головна площина перетинається з оптичною віссю в точці Р2, яка називається головною точкою (або оптичним центром), відстань між головною точкою та фокусом зображення, це те, що ми зазвичай називаємо фокусною відстанню, повна назва — ефективна фокусна відстань зображення.
З малюнка також видно, що відстань від останньої поверхні оптичної системи до фокальної точки F' зображення називається задньою фокусною відстанню (BFL). Відповідно, якщо паралельний промінь падає з правого боку, існують також поняття ефективної фокусної відстані та передньої фокусної відстані (FFL).
2. Методи визначення фокусної відстані
На практиці існує багато методів, які можна використовувати для перевірки фокусної відстані оптичних систем. На основі різних принципів методи перевірки фокусної відстані можна розділити на три категорії. Перша категорія базується на положенні площини зображення, друга категорія використовує співвідношення між збільшенням і фокусною відстанню для отримання значення фокусної відстані, а третя категорія використовує кривизну хвильового фронту збіжного променя світла для отримання значення фокусної відстані. .
У цьому розділі ми познайомимося з методами, які зазвичай використовуються для перевірки фокусної відстані оптичних систем:
2.1CМетод оліматора
Принцип використання коліматора для перевірки фокусної відстані оптичної системи показаний на схемі нижче:
На малюнку тестова модель розміщена у фокусі коліматора. Висота y тестової картини та фокусна відстань fc' коліматора відомі. Після того, як паралельний промінь, випромінюваний коліматором, збирається тестованою оптичною системою та відображається на площині зображення, фокусна відстань оптичної системи може бути розрахована на основі висоти y' тестового шаблону на площині зображення. Фокусна відстань тестованої оптичної системи може бути використана за такою формулою:
2.2 ГауссMетод
Схематичне зображення методу Гауса для перевірки фокусної відстані оптичної системи показано нижче:
На малюнку передня і задня головні площини оптичної системи, що тестується, представлені P і P' відповідно, а відстань між двома головними площинами дорівнює dP. У цьому методі значення dPвважається відомим, або його значення невелике і його можна знехтувати. Об’єкт і приймальний екран розташовуються ліворуч і праворуч, а відстань між ними записується як L, де L має бути більше, ніж у 4 рази більше фокусної відстані досліджуваної системи. Випробувану систему можна розмістити в двох положеннях, позначених як положення 1 і положення 2 відповідно. Об’єкт зліва можна чітко відобразити на екрані приймача. Відстань між цими двома місцями (позначеними як D) можна виміряти. Відповідно до спряженого відношення ми можемо отримати:
У цих двох положеннях відстані до об’єкта записуються як s1 і s2 відповідно, потім s2 – s1 = D. За допомогою виведення формули ми можемо отримати фокусну відстань оптичної системи, як показано нижче:
2.3Лензометр
Лінзометр дуже підходить для тестування оптичних систем з великою фокусною відстанню. Його схематичне зображення виглядає наступним чином:
По-перше, досліджувана лінза не розміщена на оптичному шляху. Спостережувана ціль зліва проходить через колімуючу лінзу і стає паралельним світлом. Паралельне світло збирається збиральною лінзою з фокусною відстанню f2і формує чітке зображення на площині опорного зображення. Після калібрування оптичного шляху досліджувану лінзу поміщають на оптичний шлях, а відстань між досліджуваною лінзою та збиральною лінзою становить f2. У результаті під дією досліджуваної лінзи світловий промінь буде перефокусовано, спричиняючи зміщення положення площини зображення, що призведе до чіткого зображення в положенні нової площини зображення на діаграмі. Відстань між новою площиною зображення та збиральною лінзою позначається як x. На основі зв’язку об’єкт-зображення фокусна відстань досліджуваної лінзи може бути визначена як:
На практиці лінзометр широко використовується для вимірювання верхнього фокуса окулярних лінз і має такі переваги, як проста робота та надійна точність.
2.4 АббатRефрактометр
Рефрактометр Аббе є ще одним методом перевірки фокусної відстані оптичних систем. Його схематичний малюнок виглядає наступним чином:
Помістіть дві лінійки з різною висотою на стороні поверхні досліджуваної лінзи, а саме шкалу 1 і шкалу 2. Висота відповідної шкали дорівнює y1 і y2. Відстань між двома шкалами дорівнює e, а кут між верхньою лінією лінійки та оптичною віссю дорівнює u. Масштаб зображений досліджуваним об'єктивом з фокусною відстанню f. На торці поверхні зображення встановлено мікроскоп. Зміщуючи положення мікроскопа, знаходять верхні зображення двох шкал. У цей час відстань між мікроскопом і оптичною віссю позначається як y. Відповідно до зв’язку об’єкт-зображення ми можемо отримати фокусну відстань як:
2.5 Муарова дефлектометріяметод
Метод дефлектометрії Муару використовує два набори ліній Рончі в паралельних променях світла. Лінійка Ронкі — це сітка з плівки металевого хрому, нанесеної на скляну підкладку, яка зазвичай використовується для тестування продуктивності оптичних систем. У цьому методі використовується зміна смуг муару, утворених двома ґратками, для перевірки фокусної відстані оптичної системи. Принципова схема виглядає наступним чином:
На малюнку вище спостережуваний об'єкт, пройшовши через коліматор, стає паралельним пучком. На оптичному шляху, без попереднього додавання перевіреної лінзи, паралельний промінь проходить через дві решітки з кутом зміщення θ і відстанню d, утворюючи набір муарових смуг на площині зображення. Потім досліджувану лінзу поміщають на оптичний шлях. Оригінальний колімований світло після заломлення лінзою створюватиме певну фокусну відстань. Радіус кривизни світлового променя можна отримати за такою формулою:
Зазвичай досліджувану лінзу розміщують дуже близько до першої решітки, тому значення R у наведеній вище формулі відповідає фокусній відстані лінзи. Перевага цього методу полягає в тому, що він може перевіряти фокусну відстань систем позитивної та негативної фокусної відстані.
2.6 ОптичнийFiberAавтоколімаціяMетод
Принцип використання методу автоколімації оптичного волокна для перевірки фокусної відстані об’єктива показаний на малюнку нижче. Він використовує волоконну оптику для випромінювання розбіжного променя, який проходить через тестовану лінзу, а потім на плоске дзеркало. Три оптичні шляхи на малюнку представляють умови оптичного волокна у фокусі, у фокусі та поза фокусом відповідно. Переміщаючи положення тестованої лінзи вперед і назад, ви можете визначити положення головки волокна у фокусі. У цей час промінь самоколімується, і після відбиття плоским дзеркалом більша частина енергії повернеться в положення головки волокна. Спосіб простий в принципі і простий у реалізації.
3.Висновок
Фокусна відстань є важливим параметром оптичної системи. У цій статті ми докладно розглянемо концепцію фокусної відстані оптичної системи та методи її тестування. У поєднанні зі схематичною діаграмою ми пояснюємо визначення фокусної відстані, включаючи поняття фокусної відстані з боку зображення, фокусної відстані з боку об’єкта та фокусної відстані спереду назад. На практиці існує багато методів перевірки фокусної відстані оптичної системи. У цій статті представлені принципи тестування методу коліматора, методу Гаусса, методу вимірювання фокусної відстані, методу вимірювання фокусної відстані Аббе, методу відхилення муару та методу автоколімації оптичного волокна. Думаю, прочитавши цю статтю, ви краще зрозумієте параметри фокусної відстані в оптичних системах.
Час публікації: 9 серпня 2024 р
