1. Фокусно разстояние на оптичните системи
Фокусното разстояние е много важен показател за оптичната система, за концепцията за фокусно разстояние, ние повече или по-малко имаме разбиране, разглеждаме тук.
Фокусното разстояние на оптична система, дефинирано като разстоянието от оптичния център на оптичната система до фокуса на лъча, когато паралелно пада светлина, е мярка за концентрацията или дивергенцията на светлината в оптичната система. Използваме следната диаграма, за да илюстрираме тази концепция.
В горната фигура паралелният лъч, падащ от левия край, след преминаване през оптичната система, се събира към фокуса на изображението F', обратната удължаваща линия на събиращия се лъч се пресича със съответната удължаваща линия на падащия успореден лъч при a точка, а повърхността, която минава през тази точка и е перпендикулярна на оптичната ос, се нарича задна главна равнина, задната главна равнина се пресича с оптичната ос в точка P2, която се нарича главна точка (или оптична централна точка), разстоянието между основната точка и фокуса на изображението, това е, което обикновено наричаме фокусно разстояние, пълното име е ефективното фокусно разстояние на изображението.
От фигурата също може да се види, че разстоянието от последната повърхност на оптичната система до фокусната точка F' на изображението се нарича задно фокусно разстояние (BFL). Съответно, ако паралелният лъч пада от дясната страна, има и концепции за ефективно фокусно разстояние и предно фокусно разстояние (FFL).
2. Методи за изследване на фокусното разстояние
На практика има много методи, които могат да се използват за тестване на фокусното разстояние на оптичните системи. Въз основа на различни принципи методите за тестване на фокусното разстояние могат да бъдат разделени на три категории. Първата категория се основава на позицията на равнината на изображението, втората категория използва връзката между увеличението и фокусното разстояние, за да получи стойността на фокусното разстояние, а третата категория използва кривината на вълновия фронт на събиращия се светлинен лъч, за да получи стойността на фокусното разстояние .
В този раздел ще представим често използваните методи за тестване на фокусното разстояние на оптични системи:
2.1Cметод на олиматора
Принципът на използване на колиматор за тестване на фокусното разстояние на оптична система е както е показано на диаграмата по-долу:
На фигурата тестовият шаблон е поставен във фокуса на колиматора. Височината y на тестовия шаблон и фокусното разстояние fc' на колиматора са известни. След като паралелният лъч, излъчван от колиматора, бъде събран от тестваната оптична система и изобразен върху равнината на изображението, фокусното разстояние на оптичната система може да бъде изчислено на базата на височината y' на тестовия шаблон върху равнината на изображението. Фокусното разстояние на тестваната оптична система може да използва следната формула:
2.2 ГаусMethod
Схематичната фигура на метода на Гаус за тестване на фокусното разстояние на оптична система е показана по-долу:
На фигурата предната и задната главни равнини на тестваната оптична система са представени съответно като P и P', а разстоянието между двете главни равнини е dP. При този метод стойността на dPсе счита за известен или стойността му е малка и може да бъде игнорирана. Обект и приемен екран се поставят в левия и десния край и разстоянието между тях се записва като L, където L трябва да бъде по-голямо от 4 пъти фокусното разстояние на тестваната система. Тестваната система може да бъде поставена в две позиции, означени съответно като позиция 1 и позиция 2. Обектът отляво може да бъде ясно изобразен на приемащия екран. Разстоянието между тези две места (означени като D) може да бъде измерено. Според спрегнатата връзка можем да получим:
При тези две позиции разстоянията на обекта се записват съответно като s1 и s2, след това s2 - s1 = D. Чрез извеждане на формула можем да получим фокусното разстояние на оптичната система, както е показано по-долу:
2.3Лензометър
Лезометърът е много подходящ за тестване на оптични системи с голямо фокусно разстояние. Схематичната му фигура е следната:
Първо, тестваният обектив не е поставен в оптичния път. Наблюдаваната цел отляво преминава през колимиращата леща и става паралелна светлина. Паралелната светлина се събира от събирателна леща с фокусно разстояние f2и формира ясно изображение в равнината на референтното изображение. След като оптичният път е калибриран, тестваният обектив се поставя в оптичния път, а разстоянието между тествания обектив и събирателната леща е f2. В резултат на това, поради действието на тествания обектив, светлинният лъч ще бъде префокусиран, което ще доведе до изместване на позицията на равнината на изображението, което ще доведе до ясно изображение в позицията на новата равнина на изображението в диаграмата. Разстоянието между новата равнина на изображението и събирателната леща се означава като x. Въз основа на връзката обект-изображение, фокусното разстояние на тествания обектив може да бъде изведено като:
На практика лещометърът се използва широко при измерване на най-високия фокус на лещи за очила и има предимствата на проста работа и надеждна прецизност.
2.4 АбеRефрактометър
Рефрактометърът на Abbe е друг метод за тестване на фокусното разстояние на оптичните системи. Схематичната му фигура е следната:
Поставете две линийки с различни височини от страната на повърхността на обекта на тестваната леща, а именно скална плоча 1 и мащабна плоча 2. Височините на съответните мащабни плочи са y1 и y2. Разстоянието между двете мащабни плочи е e, а ъгълът между горната линия на линийката и оптичната ос е u. Мащабът е изобразен от тествания обектив с фокусно разстояние f. В края на повърхността на изображението е монтиран микроскоп. Чрез преместване на позицията на микроскопа се намират горните изображения на двете мащабни плочи. По това време разстоянието между микроскопа и оптичната ос се означава като y. Според връзката обект-изображение, можем да получим фокусното разстояние като:
2.5 Моарова дефлектометрияМетод
Дефлектометричният метод на Moiré ще използва два комплекта линии на Рончи в успоредни светлинни лъчи. Линията на Ronchi е подобна на решетка шарка от филм от метален хром, нанесен върху стъклен субстрат, обикновено използван за тестване на производителността на оптични системи. Методът използва промяната в ивиците на моаре, образувани от двете решетки, за да тества фокусното разстояние на оптичната система. Схематичната диаграма на принципа е както следва:
На фигурата по-горе наблюдаваният обект след преминаване през колиматора се превръща в паралелен лъч. В оптичния път, без първо да се добави тестваната леща, паралелният лъч преминава през две решетки с ъгъл на изместване θ и разстояние между решетките d, образувайки набор от ивици на Moiré в равнината на изображението. След това тестваният обектив се поставя в оптичния път. Оригиналната колимирана светлина, след пречупване от лещата, ще произведе определено фокусно разстояние. Радиусът на кривината на светлинния лъч може да се получи от следната формула:
Обикновено изпитваната леща се поставя много близо до първата решетка, така че стойността на R в горната формула съответства на фокусното разстояние на лещата. Предимството на този метод е, че може да тества фокусното разстояние на системи с положително и отрицателно фокусно разстояние.
2.6 ОптиченFiberAутоколимацияMethod
Принципът на използване на метода за автоколимация на оптични влакна за тестване на фокусното разстояние на обектива е показан на фигурата по-долу. Той използва оптични влакна, за да излъчва различен лъч, който преминава през тествания обектив и след това върху плоско огледало. Трите оптични пътя на фигурата представляват съответно условията на оптичното влакно във фокуса, във фокуса и извън фокуса. Като местите позицията на тестваната леща напред и назад, можете да намерите позицията на главата на влакното във фокуса. По това време лъчът се самоколимира и след отражение от плоското огледало по-голямата част от енергията ще се върне в позицията на главата на влакното. Методът е прост по принцип и лесен за изпълнение.
3. Заключение
Фокусното разстояние е важен параметър на оптичната система. В тази статия ние подробно описваме концепцията за фокусното разстояние на оптичната система и нейните методи за тестване. В комбинация със схематичната диаграма обясняваме определението за фокусно разстояние, включително концепциите за фокусно разстояние от страната на изображението, фокусно разстояние от страната на обекта и фокусно разстояние отпред назад. На практика има много методи за тестване на фокусното разстояние на оптична система. Тази статия въвежда принципите на тестване на метода на колиматора, метода на Гаус, метода за измерване на фокусното разстояние, метода за измерване на фокусното разстояние на Abbe, метода на отклонение на Moiré и метода на автоколимация на оптични влакна. Вярвам, че като прочетете тази статия, ще разберете по-добре параметрите на фокусното разстояние в оптичните системи.
Време на публикуване: 09 август 2024 г
