1. Distanța focală a sistemelor optice
Distanța focală este un indicator foarte important al sistemului optic, pentru conceptul de distanță focală avem mai mult sau mai puțin o înțelegere, trecem în revistă aici.
Distanța focală a unui sistem optic, definită ca distanța de la centrul optic al sistemului optic la focalizarea fasciculului atunci când lumina paralelă incide, este o măsură a concentrației sau divergenței luminii într-un sistem optic. Folosim următoarea diagramă pentru a ilustra acest concept.
În figura de mai sus, fasciculul paralel incident de la capătul din stânga, după ce trece prin sistemul optic, converge către focalizarea imaginii F', linia de extensie inversă a razei convergente se intersectează cu linia de extensie corespunzătoare a razei paralele incidente la un punct, iar suprafața care trece de acest punct și este perpendiculară pe axa optică se numește planul principal din spate, planul principal din spate se intersectează cu axa optică în punctul P2, care se numește punctul principal (sau punctul central optic), distanța dintre punctul principal și focalizarea imaginii, este ceea ce numim de obicei distanța focală, numele complet este distanța focală efectivă a imaginii.
De asemenea, se poate observa din figură că distanța de la ultima suprafață a sistemului optic până la punctul focal F’ al imaginii se numește distanța focală din spate (BFL). În mod corespunzător, dacă fasciculul paralel este incident din partea dreaptă, există și concepte de distanță focală efectivă și distanță focală frontală (FFL).
2. Metode de testare a distanței focale
În practică, există multe metode care pot fi folosite pentru a testa distanța focală a sistemelor optice. Pe baza diferitelor principii, metodele de testare a distanței focale pot fi împărțite în trei categorii. Prima categorie se bazează pe poziția planului imaginii, a doua categorie utilizează relația dintre mărire și distanța focală pentru a obține valoarea distanței focale, iar a treia categorie utilizează curbura frontului de undă a fasciculului de lumină convergent pentru a obține valoarea distanței focale. .
În această secțiune, vom introduce metodele utilizate în mod obișnuit pentru testarea distanței focale a sistemelor optice:：
2.1CMetoda olimatorului
Principiul utilizării unui colimator pentru a testa distanța focală a unui sistem optic este prezentat în diagrama de mai jos:
În figură, modelul de testare este plasat în focarul colimatorului. Înălțimea y a modelului de testare și distanța focală fc' ale colimatorului sunt cunoscute. După ce fasciculul paralel emis de colimator este convergent de sistemul optic testat și imaginează în planul imaginii, distanța focală a sistemului optic poate fi calculată pe baza înălțimii y' a modelului de testare pe planul imaginii. Distanța focală a sistemului optic testat poate folosi următoarea formulă:
2.2 GaussianMetod
Figura schematică a metodei Gaussiene pentru testarea distanței focale a unui sistem optic este prezentată mai jos:
În figură, planurile principale din față și din spate ale sistemului optic testat sunt reprezentate ca P și respectiv P', iar distanța dintre cele două plane principale este dP. În această metodă, valoarea lui dPeste considerat a fi cunoscut sau valoarea sa este mică și poate fi ignorată. Un obiect și un ecran de recepție sunt plasate la capetele din stânga și din dreapta, iar distanța dintre ele este înregistrată ca L, unde L trebuie să fie mai mare de 4 ori distanța focală a sistemului testat. Sistemul testat poate fi plasat în două poziții, notate ca poziție 1 și, respectiv, poziție 2. Obiectul din stânga poate fi ilustrat clar pe ecranul de recepție. Distanța dintre aceste două locații (notate cu D) poate fi măsurată. Conform relației conjugate, putem obține:
La aceste două poziții, distanțele obiectelor sunt înregistrate ca s1 și respectiv s2, apoi s2 - s1 = D. Prin derivarea formulei, putem obține distanța focală a sistemului optic după cum urmează:
2.3Lenzometru
Lensometrul este foarte potrivit pentru testarea sistemelor optice cu distanță focală mare. Figura sa schematică este următoarea:
În primul rând, lentila testată nu este plasată pe calea optică. Ținta observată din stânga trece prin lentila de colimare și devine lumină paralelă. Lumina paralelă este convergentă de o lentilă convergentă cu o distanță focală de f2și formează o imagine clară în planul imaginii de referință. După ce calea optică este calibrată, lentila testată este plasată pe calea optică, iar distanța dintre lentila testată și lentila convergentă este f2. Ca urmare, datorită acțiunii lentilei testate, fasciculul luminos va fi refocalizat, determinând o deplasare a poziției planului imaginii, rezultând o imagine clară la poziția noului plan imagine din diagramă. Distanța dintre noul plan al imaginii și lentila convergentă este notată cu x. Pe baza relației obiect-imagine, distanța focală a lentilei testate poate fi dedusă astfel:
În practică, lenzometrul a fost utilizat pe scară largă în măsurarea focală superioară a lentilelor de ochelari și are avantajele unei operațiuni simple și o precizie fiabilă.
2.4 AbbeRefractometru
Refractometrul Abbe este o altă metodă de testare a distanței focale a sistemelor optice. Figura sa schematică este următoarea:
Plasați două rigle cu înălțimi diferite pe partea suprafeței obiectului a lentilei testate, și anume scaleplate 1 și scaleplate 2. Înălțimea scaleplate corespunzătoare este y1 și y2. Distanța dintre cele două scaleplate este e, iar unghiul dintre linia superioară a riglei și axa optică este u. Placatul la scară este fotografiat de lentila testată cu o distanță focală de f. Un microscop este instalat la capătul suprafeței imaginii. Prin mutarea poziției microscopului, sunt găsite imaginile de sus ale celor două scaleplate. În acest moment, distanța dintre microscop și axa optică este notată cu y. În funcție de relația obiect-imagine, putem obține distanța focală ca:
2.5 Deflectometrie MoireMetodă
Metoda deflectometriei Moiré va folosi două seturi de linii Ronchi în fascicule de lumină paralele. Regla Ronchi este un model sub formă de grilă de folie metalică de crom depusă pe un substrat de sticlă, folosit în mod obișnuit pentru testarea performanței sistemelor optice. Metoda utilizează modificarea franjurilor Moiré formate de cele două rețele pentru a testa distanța focală a sistemului optic. Schema schematică a principiului este următoarea:
În figura de mai sus, obiectul observat, după ce trece prin colimator, devine un fascicul paralel. Pe calea optică, fără a adăuga mai întâi lentila testată, fasciculul paralel trece prin două rețele cu un unghi de deplasare de θ și o distanță între rețele de d, formând un set de franjuri Moiré pe planul imaginii. Apoi, lentila testată este plasată pe calea optică. Lumina colimata originală, după refracția de către lentilă, va produce o anumită distanță focală. Raza de curbură a fasciculului de lumină poate fi obținută din următoarea formulă:
De obicei, lentila testată este plasată foarte aproape de primul grătar, astfel încât valoarea R din formula de mai sus corespunde distanței focale a lentilei. Avantajul acestei metode este că poate testa distanța focală a sistemelor de distanță focală pozitivă și negativă.
2.6 OpticăFiberAutocolimareMetod
Principiul utilizării metodei de autocolimare a fibrei optice pentru a testa distanța focală a lentilei este prezentat în figura de mai jos. Folosește fibra optică pentru a emite un fascicul divergent care trece prin lentila testată și apoi pe o oglindă plană. Cele trei căi optice din figură reprezintă condițiile fibrei optice în interiorul focarului, în interiorul focarului și, respectiv, în afara focarului. Mișcând înainte și înapoi poziția lentilei testate, puteți găsi poziția capului de fibre la focalizare. În acest moment, fasciculul este auto-colimat, iar după reflectarea de către oglinda plană, cea mai mare parte a energiei se va întoarce în poziția capului fibrei. Metoda este simplă în principiu și ușor de implementat.
3.Concluzie
Distanța focală este un parametru important al unui sistem optic. În acest articol, detaliem conceptul de distanță focală a sistemului optic și metodele sale de testare. În combinație cu diagrama schematică, explicăm definiția distanței focale, inclusiv conceptele de distanță focală pe partea de imagine, distanță focală pe partea obiectului și distanță focală față în spate. În practică, există multe metode de testare a distanței focale a unui sistem optic. Acest articol prezintă principiile de testare ale metodei colimatorului, metoda Gaussiană, metoda de măsurare a distanței focale, metoda Abbe de măsurare a distanței focale, metoda de deflexie Moiré și metoda de autocolimare a fibrei optice. Cred că citind acest articol, veți avea o mai bună înțelegere a parametrilor distanței focale în sistemele optice.
Ora postării: Aug-09-2024
