1. Фокусно разстояние на оптичните системи
Фокусното разстояние е много важен показател за оптичната система. Понятието фокусно разстояние, което горе-долу разбираме, ще разгледаме тук.
Фокусното разстояние на оптична система, дефинирано като разстоянието от оптичния център на оптичната система до фокуса на лъча при паралелен светлинен поток, е мярка за концентрацията или разсейването на светлината в оптичната система. Използваме следната диаграма, за да илюстрираме тази концепция.
На горната фигура, паралелният лъч, падащ от левия край, след преминаване през оптичната система, се сближава към фокуса на изображението F', обратната удължаваща линия на сходящия се лъч се пресича със съответната удължаваща линия на падащия паралелен лъч в точка, а повърхността, която преминава 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 оптичен център), разстоянието между главната точка и фокуса на изображението, това е, което обикновено наричаме фокусно разстояние, пълното наименование е ефективното фокусно разстояние на изображението.
От фигурата може да се види също, че разстоянието от последната повърхност на оптичната система до фокалната точка F' на изображението се нарича задно фокусно разстояние (ЗФР). Съответно, ако успоредният лъч пада от дясната страна, съществуват и понятия за ефективно фокусно разстояние и предно фокусно разстояние (ПФР).
2. Методи за тестване на фокусно 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 сходящия се светлинен лъч, за да получи стойността на фокусното разстояние.
В този раздел ще представим често използваните методи за тестване на фокусното разстояние на оптичните системи:：
2.1CМетод на олиматора
Принципът на използване на колиматор за тестване на фокусното разстояние на оптична система е показан 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, се сведе от тестваната оптична система и се изобрази върху равнината на изображението, фокусното разстояние на оптичната система може да се изчисли въз основа на височината y' на тестовия шаблон върху равнината на изображението. Фокусното разстояние на тестваната оптична система може да се определи по следната формула:
2.2 ГаусовоMметод
Схематичното изображение на Гаусовия метод за тестване на фокусното разстояние на оптична система е показано 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 d.PПри този метод стойността на dPсе счита за известно или стойността му е малка и може да бъде игнорирана. Обект и приемен екран се поставят в левия и десния край, а 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, обозначени съответно като позиция 1 и позиция 2. Обектът отляво може да бъде ясно изобразен на приемния екран. Разстоянието между тези две места (обозначени като D) може да бъде измерено. Съгласно спрегнатата зависимост можем да получим:
На тези две позиции разстоянията до обекта се записват съответно като s1 и s2, след което s2 - s1 = D. Чрез извеждане на формула можем да получим фокусното разстояние на оптичната система, както е показано по-долу:
2.3Лензометър
Лензометърът е много подходящ за тестване на оптични системи с голямо фокусно разстояние. Схематичното му изображение е следното:
Първо, тестваната леща не е поставена в оптичния път. Наблюдаваната цел отляво преминава през колимиращата леща и се превръща в паралелна светлина. Паралелната светлина се събира от събирателна леща с фокусно разстояние f.2и формира ясно изображение в референтната равнина на изображението. След калибриране на оптичния път, тестваната леща се поставя в оптичния път, а разстоянието между тестваната леща и събирателната леща е f2В резултат на това, поради действието на тестваната леща, 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 на диаграмата. Разстоянието между новата равнина на изображението и събирателната леща е обозначено като x. Въз основа на връзката обект-изображение, фокусното разстояние на тестваната леща може да се определи като:
На практика, лензометърът е широко използван за измерване на фокусното разстояние на очила и има предимствата на лесна работа и надеждна прецизност.
2.4 АбеRефрактометър
Рефрактометърът Abbe е друг метод за тестване на фокусното разстояние на оптичните системи. Схематичното му изображение е следното:
Поставете две линийки с различна височина от страната на обекта на тестваната леща, а именно скална плоча 1 и скална плоча 2. Съответните височини на скалните плочи са y1 и y2. Разстоянието между двете скални плочи е e, а ъгълът между горната линия на линийката и оптичната ос е u. Скалата се изобразява от тестваната леща с фокусно разстояние f. Микроскоп е инсталиран на края на повърхността за изображение. Чрез преместване на позицията на микроскопа се намират горните изображения на двете скални плочи. В този момент разстоянието между микроскопа и оптичната ос се обозначава като y. Съгласно връзката обект-изображение, можем да получим фокусното разстояние като:
2.5 Моар дефлектометрияМетод
Методът на Моаре дефлектометрия използва два комплекта ресни на Ронки в успоредни светлинни лъчи. Ресни на Ронки представлява мрежовиден модел от метален хромов филм, отложен върху стъклена подложка, който обикновено се използва за тестване на производителността на оптични системи. Методът използва промяната в ресни на Моаре, образувани от двете решетки, за да се тества фокусното разстояние на оптичната система. Схематичната диаграма на принципа е следната:
На фигурата по-горе наблюдаваният обект, след преминаване през колиматора, се превръща в успореден лъч. В оптичния път, без първо да се добавя тестваната леща, успоредният лъч преминава през две решетки с ъгъл на изместване θ и разстояние между решетките d, образувайки набор от моареови ресни върху равнината на изображението. След това тестваната леща се поставя в оптичния път. Първоначалната колимирана светлина, след пречупване от лещата, ще създаде определено фокусно разстояние. Радиусът на кривината на светлинния лъч може да се получи от следната формула:
Обикновено тестваната 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 ОптиченFиберAавтоколимацияMметод
Принципът на използване на метода за автоколимация на оптични влакна за тестване на фокусното разстояние на лещата е показан на фигурата по-долу. Той използва оптични влакна за излъчване на разминаващ се лъч, който преминава през тестваната леща и след това върху плоско огледало. Трите оптични пътя на фигурата представляват съответно условията на оптичното влакно във фокуса, във фокуса и извън фокуса. Чрез преместване на позицията на тестваната леща напред-назад можете да намерите позицията на главата на влакното във фокуса. В този момент 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 ще разгледаме подробно концепцията за фокусно разстояние на оптичната система и методите за нейното тестване. В комбинация със схематична диаграма ще обясним определението за фокусно разстояние, включително понятията за фокусно разстояние от страната на изображението, фокусно разстояние от страната на обекта и фокусно разстояние отпред до задна част. На практика има много методи за тестване на фокусното разстояние на оптична система. Тази статия представя принципите на тестване на колиматорния метод, Гаусовия метод, метода за измерване на фокусно разстояние, метода за измерване на фокусно разстояние на Абе, метода на отклонение на Моаре и метода за автоколимация на оптични влакна. Вярвам, че като прочетете тази статия, ще разберете по-добре параметрите на фокусното разстояние в оптичните системи.
Време на публикуване: 09.08.2024 г.
