Optisko sistēmu definēšanas un testēšanas metožu fokusa attālums

1. Optisko sistēmu fokusa attālums

Fokusa attālums ir ļoti svarīgs optiskās sistēmas rādītājs, par fokusa attāluma jēdzienu mums vairāk vai mazāk ir izpratne, mēs to aplūkojam šeit.
Optiskās sistēmas fokusa attālums, kas definēts kā attālums no optiskās sistēmas optiskā centra līdz staru kūļa fokusam paralēli krītot gaismai, ir gaismas koncentrācijas vai novirzes mērs optiskajā sistēmā. Lai ilustrētu šo jēdzienu, mēs izmantojam šādu diagrammu.

Iepriekš redzamajā attēlā paralēlais stars, kas krīt no kreisā gala, pēc tam, kad ir izgājis cauri optiskajai sistēmai, saplūst ar attēla fokusu F', saplūstošā stara reversā pagarinājuma līnija krustojas ar krītošā paralēlā stara atbilstošo pagarinājuma līniju punktu, un virsmu, kas iet garām 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, to 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 aizmugures fokusa attālumu (BFL). Attiecīgi, ja paralēlais stars krīt no labās puses, pastāv arī efektīvā fokusa attāluma un priekšējā fokusa attāluma (FFL) jēdzieni.

2. Fokālā attāluma pārbaudes metodes

Praksē ir daudzas metodes, kuras var izmantot, lai pārbaudītu optisko sistēmu fokusa attālumu. Pamatojoties uz dažādiem principiem, fokusa attāluma pārbaudes metodes var iedalīt trīs kategorijās. Pirmā kategorija ir balstīta uz attēla plaknes pozīciju, otrā kategorija izmanto attiecību starp palielinājumu un fokusa attālumu, lai iegūtu fokusa attāluma vērtību, un trešā kategorija izmanto saplūstošā gaismas stara viļņu frontes izliekumu, lai iegūtu fokusa attāluma vērtību. .
Šajā sadaļā mēs iepazīstināsim ar parasti 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 modeļa augstums y un fokusa attālums f_c' ir zināmi kolimators. Pēc tam, kad kolimatora izstarotā paralēlā stara kūlis ir konverģēts ar pārbaudīto optisko sistēmu un attēlots attēla plaknē, optiskās sistēmas fokusa attālumu var aprēķināt, pamatojoties uz testa modeļa augstumu y' attēla plaknē. Pārbaudītās optiskās sistēmas fokusa attālumam var izmantot šādu formulu:

2.2 GausaMetods
Gausa metodes shematisks attēls optiskās sistēmas fokusa attāluma pārbaudei ir parādīts šādi:

Attēlā pārbaudāmās optiskās sistēmas priekšējā un aizmugurējā galvenā plakne ir attēlota attiecīgi kā P un P', un attālums starp abām galvenajām plaknēm ir d_P. Šajā metodē d vērtība_Ptiek uzskatīts par zināmu, vai arī tā vērtība ir maza un to var ignorēt. Priekšmets un uztveršanas ekrāns ir novietoti kreisajā un labajā galā, un attālums starp tiem tiek reģistrēts kā L, kur L ir jābūt lielākam par 4 reizēm par pārbaudāmās sistēmas fokusa attālumu. Pārbaudāmo sistēmu var novietot divās pozīcijās, attiecīgi apzīmētas kā 1. un 2. pozīcija. Kreisajā pusē esošo objektu var skaidri attēlot uztveršanas ekrānā. Attālumu starp šīm divām vietām (apzīmētas kā D) var izmērīt. Saskaņā ar konjugātajām attiecībām mēs varam iegūt:

Šajās divās pozīcijās objektu attālumi tiek reģistrēti attiecīgi kā s1 un s2, tad s2 - s1 = D. Izmantojot formulu atvasināšanu, mēs varam iegūt optiskās sistēmas fokusa attālumu, kā norādīts tālāk:

2.3Lensometrs
Lensometrs ir ļoti piemērots liela fokusa attāluma optisko sistēmu testēšanai. Tās shematiskais attēls ir šāds:

Pirmkārt, pārbaudāmais objektīvs nav novietots optiskajā ceļā. Novērotais mērķis kreisajā pusē iziet cauri kolimējošajam objektīvam un kļūst par paralēlu gaismu. Paralēlo gaismu saplūst konverģējoša lēca ar fokusa attālumu f₂un veido skaidru attēlu atsauces attēla plaknē. Pēc optiskā ceļa kalibrēšanas pārbaudāmo lēcu novieto optiskajā ceļā, un attālums starp testējamo objektīvu un konverģento lēcu ir f₂. Rezultātā pārbaudāmā objektīva 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 saplūstošo objektīvu tiek apzīmēts kā x. Pamatojoties uz objekta un attēla attiecību, pārbaudāmā objektīva fokusa attālumu var secināt šādi:

Praksē lēcu mērītājs ir plaši izmantots briļļu lēcu augšējā fokusa mērījumos, un tam ir vienkāršas darbības priekšrocības un uzticama precizitāte.

2.4 AbbeRefraktometrs

Abbe refraktometrs ir vēl viena metode optisko sistēmu fokusa attāluma pārbaudei. Tās shematiskais attēls ir šāds:

Novietojiet divus lineālus ar dažādu augstumu pārbaudāmā objektīva objekta virsmas pusē, proti, 1. un 2. mēroga plāksnīti. Atbilstošie mērogu plāksnīšu augstums ir y1 un y2. Attālums starp abām mēroga plāksnēm ir e, un leņķis starp lineāla augšējo līniju un optisko asi ir u. Mērogots tiek attēlots ar pārbaudīto objektīvu ar fokusa attālumu f. Attēla virsmas galā ir uzstādīts mikroskops. Pārvietojot mikroskopa pozīciju, tiek atrasti divu mērogu plāksnīšu augšējie attēli. Šajā laikā attālums starp mikroskopu un optisko asi tiek apzīmēts kā y. Atbilstoši objekta un attēla attiecībām mēs varam iegūt fokusa attālumu kā:

2.5 Muarē deflektometrijaMetode
Moiré deflectometry metode izmantos divus Ronchi noteikumus paralēlos gaismas staros. Ronchi spriedums ir režģim līdzīgs metāla hroma plēves raksts, kas uzklāts uz stikla pamatnes, ko parasti izmanto optisko sistēmu veiktspējas pārbaudei. Metode izmanto izmaiņas Moiré bārkstīs, ko veido divi režģi, lai pārbaudītu optiskās sistēmas fokusa attālumu. Principa shematiskā diagramma ir šāda:

Augšējā attēlā novērotais objekts pēc tam, kad tas iziet cauri kolimatoram, kļūst par paralēlu staru kūli. Optiskajā ceļā, vispirms nepievienojot pārbaudīto objektīvu, paralēlais stars iziet cauri diviem režģiem ar nobīdes leņķi θ un režģa atstarpi d, veidojot Muarē bārkstis attēla plaknē. Pēc tam pārbaudītais objektīvs tiek novietots optiskajā ceļā. Sākotnējā kolimētā gaisma pēc objektīva refrakcijas radīs noteiktu fokusa attālumu. Gaismas stara izliekuma rādiusu var iegūt no šādas formulas:

Parasti pārbaudāmais objektīvs tiek novietots ļoti tuvu pirmajam režģim, tāpēc R vērtība augstāk minētajā formulā atbilst objektīva fokusa attālumam. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā var pārbaudīt pozitīvā un negatīvā fokusa attāluma sistēmu fokusa attālumu.

2.6 OptiskaisFiberAutokolimācijaMetods
Optiskās šķiedras autokolimācijas metodes izmantošanas princips objektīva fokusa attāluma pārbaudei ir parādīts attēlā zemāk. Tas izmanto optisko šķiedru, lai izstarotu atšķirīgu staru kūli, kas iziet cauri pārbaudāmajam objektīvam un pēc tam uz plakana spoguļa. Trīs optiskie ceļi attēlā attēlo optiskās šķiedras apstākļus attiecīgi fokusā, fokusā un ārpus tā. Pārvietojot pārbaudāmā objektīva pozīciju uz priekšu un atpakaļ, jūs varat atrast šķiedras galvas pozīciju fokusā. Šajā laikā stars tiek paškolimēts, un pēc plaknes spoguļa atstarošanas lielākā daļa enerģijas atgriezīsies šķiedras galvas pozīcijā. Metode principā ir vienkārša un viegli īstenojama.

3.Secinājums

Fokusa attālums ir svarīgs optiskās sistēmas parametrs. Šajā rakstā mēs detalizēti aprakstām 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 priekšpuses uz aizmuguri fokusa attāluma jēdzienus. Praksē ir daudzas metodes optiskās sistēmas fokusa attāluma pārbaudei. Šajā rakstā ir aprakstīti kolimatora metodes, Gausa metodes, fokusa attāluma mērīšanas metodes, Abbe fokusa attāluma mērīšanas metodes, Muarē novirzes metodes un optiskās šķiedras autokolimācijas metodes testēšanas principi. Es uzskatu, ka, izlasot šo rakstu, jums būs labāka izpratne par fokusa attāluma parametriem optiskajās sistēmās.