1. Optisko sistēmu fokusa attālums
Fokusa attālums ir ļoti svarīgs optiskās sistēmas rādītājs, un mēs vairāk vai mazāk izprotam fokusa attāluma jēdzienu, ko mēs šeit pārskatām.
Optiskās sistēmas fokusa attālums, kas definēts kā attālums no optiskās sistēmas optiskā centra līdz stara fokusam, kad krīt paralēla gaisma, ir gaismas koncentrācijas vai diverģences mērs optiskajā sistēmā. Šī jēdziena ilustrēšanai mēs izmantojam šo diagrammu.
Iepriekš redzamajā attēlā paralēlais stars, kas krīt no kreisā gala, pēc optiskās sistēmas caurskates konverģē uz attēla fokusu F', konverģējošā stara apgrieztā pagarinājuma līnija krustojas ar atbilstošo krītošā paralēlā stara pagarinājuma līniju kādā punktā, un virsmu, kas iet cauri šim punktam un ir perpendikulāra optiskajai asij, sauc par aizmugurējo galveno plakni, aizmugurējā galvenā plakne krustojas ar optisko asi punktā P2, ko sauc par galveno punktu (vai optisko centra punktu), attālums starp galveno punktu un attēla fokusu, tas ir tas, ko mēs parasti saucam par fokusa attālumu, pilns nosaukums ir attēla efektīvais fokusa attālums.
No attēla var arī redzēt, ka attālumu no optiskās sistēmas pēdējās virsmas līdz attēla fokusa punktam F' sauc par aizmugurējo fokusa attālumu (AFL). Attiecīgi, ja paralēlais stars krīt no labās puses, pastāv arī efektīvais fokusa attālums un priekšējais fokusa attālums (FFL).
2. Fokusa attāluma testēšanas metodes
Praksē optisko sistēmu fokusa attāluma pārbaudei var izmantot daudzas metodes. Pamatojoties uz dažādiem principiem, fokusa attāluma pārbaudes metodes var iedalīt trīs kategorijās. Pirmā kategorija balstās uz attēla plaknes pozīciju, otrā kategorija izmanto palielinājuma un fokusa attāluma attiecību, lai iegūtu fokusa attāluma vērtību, un trešā kategorija izmanto konverģējošā gaismas stara viļņu frontes izliekumu, lai iegūtu fokusa attāluma vērtību.
Šajā sadaļā mēs iepazīstināsim ar visbiežāk izmantotajām metodēm optisko sistēmu fokusa attāluma pārbaudei:
2.1Colimatora metode
Kolimatora izmantošanas princips optiskās sistēmas fokusa attāluma pārbaudei ir parādīts zemāk esošajā diagrammā:
Attēlā testa paraugs ir novietots kolimatora fokusā. Testa paraugs ir augstumā y un fokusa attālumā f.cKolimatora 'ir zināmi. Pēc tam, kad kolimatora izstarotais paralēlais stars ir konverģēts testējamajā optiskajā sistēmā un attēlots attēla plaknē, optiskās sistēmas fokusa attālumu var aprēķināt, pamatojoties uz testa raksta augstumu y' attēla plaknē. Testējamās optiskās sistēmas fokusa attālumu var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:
2.2 GausaMmetode
Gausa metodes shematisks attēls optiskās sistēmas fokusa attāluma pārbaudei ir parādīts zemāk:
Attēlā testējamās optiskās sistēmas priekšējā un aizmugurējā galvenā plakne ir attēlota attiecīgi kā P un P', un attālums starp abām galvenajām plaknēm ir dPŠajā metodē d vērtībaPtiek uzskatīts par zināmu vai arī tā vērtība ir maza un to var ignorēt. Objekts un uztveršanas ekrāns tiek novietoti kreisajā un labajā galā, un attālums starp tiem tiek reģistrēts kā L, kur L ir jābūt lielākam par 4 reizēm testējamās sistēmas fokusa attālumu. Testējamo sistēmu var novietot divās pozīcijās, kas apzīmētas attiecīgi kā 1. pozīcija un 2. pozīcija. Objektu kreisajā pusē var skaidri attēlot uztveršanas ekrānā. Attālumu starp šīm divām vietām (apzīmēts ar D) var izmērīt. Saskaņā ar konjugēto sakarību var iegūt:
Šajās divās pozīcijās objektu attālumi tiek reģistrēti attiecīgi kā s1 un s2, tad s2 - s1 = D. Izmantojot formulu, mēs varam iegūt optiskās sistēmas fokusa attālumu šādi:
2.3Lensometrs
Lensometrs ir ļoti piemērots optisko sistēmu ar lielu fokusa attālumu testēšanai. Tā shematisks attēls ir šāds:
Pirmkārt, pārbaudāmā lēca netiek novietota optiskajā ceļā. Novērojamais mērķis kreisajā pusē iziet cauri kolimējošajai lēcai un kļūst par paralēlu gaismu. Paralēlo gaismu konverģē konverģējošā lēca ar fokusa attālumu f.2un veido skaidru attēlu atsauces attēla plaknē. Pēc optiskā ceļa kalibrēšanas testējamo lēcu novieto optiskajā ceļā, un attālums starp testējamo lēcu un konverģējošo lēcu ir f2Tā rezultātā testējamās lēcas darbības dēļ gaismas stars tiks pārfokusēts, izraisot attēla plaknes pozīcijas nobīdi, kā rezultātā diagrammā jaunās attēla plaknes pozīcijā būs skaidrs attēls. Attālums starp jauno attēla plakni un konverģējošo lēcu ir apzīmēts ar x. Pamatojoties uz objekta un attēla attiecību, testējamās lēcas fokusa attālumu var noteikt šādi:
Praksē lēcu mērītājs ir plaši izmantots briļļu lēcu augšējā fokusa mērīšanai, un tam ir vienkāršas darbības un uzticamas precizitātes priekšrocības.
2.4 AbatsRefraktometrs
Abes refraktometrs ir vēl viena metode optisko sistēmu fokusa attāluma pārbaudei. Tā shematisks attēls ir šāds:
Testējamās lēcas objekta virsmas pusē novietojiet divus dažāda augstuma lineālus, proti, 1. un 2. mēroga plāksni. Atbilstošo mēroga plāksnīšu augstumi ir y1 un y2. Attālums starp abām mēroga plāksnēm ir e, un leņķis starp lineāla augšējo līniju un optisko asi ir u. Mērogplāksni attēlo testējamā lēca ar fokusa attālumu f. Attēla virsmas galā ir uzstādīts mikroskops. Pārvietojot mikroskopa pozīciju, tiek atrasti abu mēroga plākšņu augšējie attēli. Šajā laikā attālums starp mikroskopu un optisko asi tiek apzīmēts ar y. Atbilstoši objekta un attēla attiecībai fokusa attālumu var iegūt šādi:
2.5 Muara deflektometrijaMetode
Muarē deflektometrijas metode izmantos divus Ronči līniju komplektus paralēlos gaismas staros. Ronči līnija ir režģveida metāla hroma plēves raksts, kas uzklāts uz stikla substrāta, un to parasti izmanto optisko sistēmu veiktspējas pārbaudei. Metode izmanto abu režģu veidoto Muarē bārkstiņu izmaiņas, lai pārbaudītu optiskās sistēmas fokusa attālumu. Principa shematiska diagramma ir šāda:
Iepriekš redzamajā attēlā novērotais objekts pēc kolimatora caurlaišanas kļūst par paralēlu staru kūli. Optiskajā ceļā, nepievienojot vispirms testējamo lēcu, paralēlais stars iziet cauri diviem režģiem ar nobīdes leņķi θ un režģa atstarpi d, veidojot Muarē bārkstiņu kopu attēla plaknē. Pēc tam testējamā lēca tiek novietota optiskajā ceļā. Sākotnējā kolimētā gaisma pēc laušanas caur lēcu radīs noteiktu fokusa attālumu. Gaismas stara izliekuma rādiusu var aprēķināt pēc šādas formulas:
Parasti testējamā lēca tiek novietota ļoti tuvu pirmajam režģim, tāpēc iepriekšminētajā formulā R vērtība atbilst lēcas fokusa attālumam. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā var pārbaudīt pozitīva un negatīva fokusa attāluma sistēmu fokusa attālumu.
2.6 OptisksFiberAautokolimācijaMmetode
Optiskās šķiedras autokolimācijas metodes izmantošanas princips lēcas fokusa attāluma pārbaudei ir parādīts attēlā zemāk. Tā izmanto optisko šķiedru, lai izstarotu atšķirīgu staru kūli, kas iet caur testējamo lēcu un pēc tam uz plakana spoguļa. Trīs optiskie ceļi attēlā attēlo optiskās šķiedras stāvokli attiecīgi fokusā, fokusa iekšpusē un ārpus fokusa. Pārvietojot testējamās lēcas pozīciju uz priekšu un atpakaļ, var atrast šķiedras galviņas pozīciju fokusā. Šajā laikā stars ir paškolimēts, un pēc atstarošanās no plakana spoguļa lielākā daļa enerģijas atgriezīsies šķiedras galviņas pozīcijā. Metode principā ir vienkārša un viegli ieviešama.
3. Secinājums
Fokusa attālums ir svarīgs optiskās sistēmas parametrs. Šajā rakstā mēs detalizēti aplūkojam optiskās sistēmas fokusa attāluma jēdzienu un tā testēšanas metodes. Apvienojumā ar shematisko diagrammu mēs izskaidrojam fokusa attāluma definīciju, tostarp attēla puses fokusa attāluma, objekta puses fokusa attāluma un priekšējās-aizmugurējās puses fokusa attāluma jēdzienus. Praksē ir daudz metožu optiskās sistēmas fokusa attāluma testēšanai. Šajā rakstā ir aprakstīti kolimatora metodes, Gausa metodes, fokusa attāluma mērīšanas metodes, Abesa fokusa attāluma mērīšanas metodes, Muarē novirzes metodes un optiskās šķiedras autokolimācijas metodes testēšanas principi. Es uzskatu, ka, izlasot šo rakstu, jūs labāk izpratīsiet fokusa attāluma parametrus optiskajās sistēmās.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 9. augusts
