1. Ohnisková vzdálenost optických systémů
Ohnisková vzdálenost je velmi důležitým ukazatelem optické soustavy, pro pojem ohnisková vzdálenost víceméně rozumíme, zde si ji probereme.
Ohnisková vzdálenost optického systému, definovaná jako vzdálenost od optického středu optického systému k ohnisku paprsku při paralelním dopadu světla, je mírou koncentrace nebo divergence světla v optickém systému. Pro ilustraci tohoto konceptu používáme následující diagram.
Na výše uvedeném obrázku rovnoběžný paprsek dopadající z levého konce po průchodu optickým systémem konverguje do obrazového ohniska F', reverzní extenzní přímka sbíhajícího se paprsku se protíná s odpovídající prodlužovací linií dopadajícího rovnoběžného paprsku v a bod a plocha, která prochází tímto bodem a je kolmá k optické ose, se nazývá zadní hlavní rovina, zadní hlavní rovina se protíná s optickou osou v bodě P2, který se nazývá hlavní bod (nebo optický střed), vzdálenost mezi hlavním bodem a ohniskem obrazu, to je to, co obvykle nazýváme ohnisková vzdálenost, celý název je efektivní ohnisková vzdálenost obrazu.
Z obrázku je také vidět, že vzdálenost od posledního povrchu optického systému k ohnisku F' obrazu se nazývá zadní ohnisková vzdálenost (BFL). Obdobně, pokud paralelní paprsek dopadá z pravé strany, existují také koncepty efektivní ohniskové vzdálenosti a přední ohniskové vzdálenosti (FFL).
2. Metody testování ohniskové vzdálenosti
V praxi existuje mnoho metod, které lze použít k testování ohniskové vzdálenosti optických soustav. Na základě různých principů lze metody testování ohniskové vzdálenosti rozdělit do tří kategorií. První kategorie je založena na poloze obrazové roviny, druhá kategorie využívá k získání hodnoty ohniskové vzdálenosti vztah mezi zvětšením a ohniskovou vzdáleností a třetí kategorie využívá zakřivení čela vlny konvergujícího světelného paprsku k získání hodnoty ohniskové vzdálenosti. .
V této části představíme běžně používané metody pro testování ohniskové vzdálenosti optických systémů:：
2.1Colimátorová metoda
Princip použití kolimátoru k testování ohniskové vzdálenosti optického systému je znázorněn na obrázku níže:
Na obrázku je testovací obrazec umístěn v ohnisku kolimátoru. Výška y zkušebního obrazce a ohnisková vzdálenost fc' kolimátoru jsou známy. Poté, co je paralelní paprsek emitovaný kolimátorem konvergován testovaným optickým systémem a zobrazen na rovině obrazu, lze ohniskovou vzdálenost optického systému vypočítat na základě výšky y' testovacího obrazce v rovině obrazu. Ohnisková vzdálenost testovaného optického systému může používat následující vzorec:
2.2 GaussůvMmetoda
Schematický obrázek Gaussovy metody pro testování ohniskové vzdálenosti optického systému je uveden níže:
Na obrázku jsou přední a zadní hlavní roviny zkoušeného optického systému znázorněny jako P a P' a vzdálenost mezi dvěma hlavními rovinami je dP. V této metodě je hodnota dPje považován za známý, nebo je jeho hodnota malá a může být ignorována. Objekt a přijímací obrazovka jsou umístěny na levém a pravém konci a vzdálenost mezi nimi je zaznamenána jako L, kde L musí být větší než 4násobek ohniskové vzdálenosti testovaného systému. Testovaný systém lze umístit do dvou poloh, označených jako pozice 1 a pozice 2 v tomto pořadí. Objekt vlevo lze jasně zobrazit na přijímací obrazovce. Vzdálenost mezi těmito dvěma místy (označená jako D) může být změřena. Podle konjugovaného vztahu můžeme získat:
Na těchto dvou pozicích jsou vzdálenosti objektů zaznamenány jako s1 a s2, poté s2 - s1 = D. Odvozením vzorce můžeme získat ohniskovou vzdálenost optického systému, jak je uvedeno níže:
2.3Lenzometr
Lensometr je velmi vhodný pro testování optických systémů s dlouhou ohniskovou vzdáleností. Jeho schematický obrázek je následující:
Za prvé, testovaná čočka není umístěna v optické dráze. Pozorovaný cíl vlevo prochází kolimační čočkou a stává se paralelním světlem. Paralelní světlo je konvergované spojnou čočkou s ohniskovou vzdáleností f2a vytváří jasný obraz v rovině referenčního obrazu. Po zkalibrování optické dráhy se testovaná čočka umístí do optické dráhy a vzdálenost mezi testovanou čočkou a spojnou čočkou je f2. Výsledkem je, že vlivem působení testované čočky dojde k přeostření světelného paprsku, což způsobí posun v poloze obrazové roviny, což má za následek čistý obraz na pozici nové obrazové roviny v diagramu. Vzdálenost mezi novou obrazovou rovinou a konvergující čočkou je označena jako x. Na základě vztahu objektu a obrazu lze ohniskovou vzdálenost testovaného objektivu odvodit jako:
V praxi se čočkoměr široce používá při špičkovém měření ohnisek brýlových čoček a má výhody jednoduchého ovládání a spolehlivé přesnosti.
2.4 AbbeRefaktometr
Abbe refraktometr je další metodou pro testování ohniskové vzdálenosti optických systémů. Jeho schematický obrázek je následující:
Umístěte dvě pravítka s různými výškami na stranu s povrchem předmětu testované čočky, jmenovitě měřítko 1 a měřítko 2. Výška odpovídajících měřítek je y1 a y2. Vzdálenost mezi dvěma stupnicemi je e a úhel mezi horní čarou pravítka a optickou osou je u. Měřítko je snímáno testovaným objektivem s ohniskovou vzdáleností f. Na konci povrchu obrazu je instalován mikroskop. Posouváním polohy mikroskopu se nalézají horní snímky dvou měřítek. V tomto okamžiku je vzdálenost mezi mikroskopem a optickou osou označena jako y. Podle vztahu objekt-obraz můžeme získat ohniskovou vzdálenost jako：
2.5 Deflektometrie moaréMetoda
Metoda Moiré deflectometrie bude používat dvě sady Ronchiho pravítka v paralelních světelných svazcích. Ronchiho pravítko je mřížkový vzor kovového chromového filmu naneseného na skleněném substrátu, běžně používaný pro testování výkonu optických systémů. Metoda využívá změnu v Moiré proužcích tvořených dvěma mřížkami k testování ohniskové vzdálenosti optického systému. Schéma principu je následující:
Na obrázku výše se pozorovaný objekt po průchodu kolimátorem stává rovnoběžným paprskem. V optické dráze, bez předchozího přidání testované čočky, prochází paralelní paprsek dvěma mřížkami s úhlem posunutí θ a roztečí mřížky d, čímž se v rovině obrazu vytvoří sada proužků Moiré. Poté se testovaná čočka umístí do optické dráhy. Původní kolimované světlo po lomu čočkou vytvoří určitou ohniskovou vzdálenost. Poloměr zakřivení světelného paprsku lze získat z následujícího vzorce:
Obvykle je testovaná čočka umístěna velmi blízko k první mřížce, takže hodnota R ve výše uvedeném vzorci odpovídá ohniskové vzdálenosti čočky. Výhodou této metody je, že dokáže testovat ohniskovou vzdálenost kladných a záporných systémů ohniskové vzdálenosti.
2.6 OptickéFiberAutokolimaceMmetoda
Princip použití metody autokolimace optických vláken pro testování ohniskové vzdálenosti objektivu je znázorněn na obrázku níže. Využívá vláknovou optiku k vyzařování divergentního paprsku, který prochází testovanou čočkou a poté na rovinné zrcadlo. Tři optické dráhy na obrázku představují podmínky optického vlákna uvnitř ohniska, uvnitř ohniska a mimo ohnisko. Posouváním pozice testované čočky tam a zpět můžete najít polohu hlavy vlákna v ohnisku. V této době se paprsek sám kolimuje a po odrazu rovinným zrcadlem se většina energie vrátí do polohy hlavy vlákna. Metoda je v principu jednoduchá a snadno proveditelná.
3.Závěr
Ohnisková vzdálenost je důležitým parametrem optické soustavy. V tomto článku podrobně popisujeme koncept ohniskové vzdálenosti optického systému a jeho testovací metody. V kombinaci se schematickým diagramem vysvětlujeme definici ohniskové vzdálenosti, včetně pojmů ohnisková vzdálenost na straně obrazu, ohnisková vzdálenost na straně objektu a ohnisková vzdálenost zepředu dozadu. V praxi existuje mnoho metod pro testování ohniskové vzdálenosti optické soustavy. Tento článek představuje principy testování kolimátorové metody, Gaussovy metody, metody měření ohniskové vzdálenosti, metody měření ohniskové vzdálenosti Abbe, metody vychýlení Moiré a metody autokolimace optických vláken. Věřím, že přečtením tohoto článku lépe pochopíte parametry ohniskové vzdálenosti v optických systémech.
Čas odeslání: srpen-09-2024
