1. Distanța focală a sistemelor optice
Distanța focală este un indicator foarte important al sistemului optic. Conceptul de distanță focală este mai mult sau mai puțin înțeles, așa cum vom trece în revistă aici.
Distanța focală a unui sistem optic, definită ca distanța de la centrul optic al sistemului optic până la focarul fasciculului atunci când lumina incidentă paralel, 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 din capătul stâng, după ce trece prin sistemul optic, converge către focarul imaginii F', linia de extensie inversă a razei convergente se intersectează cu linia de extensie corespunzătoare a razei paralele incidente într-un punct, iar suprafața care trece prin acest punct și este perpendiculară pe axa optică se numește plan principal posterior, planul principal posterior se intersectează cu axa optică în punctul P2, care se numește punct principal (sau punctul central optic), distanța dintre punctul principal și focarul imaginii, este ceea ce numim de obicei distanță focală, denumirea completă fiind 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 distanță focală posterioară (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 numeroase metode care pot fi utilizate pentru a testa distanța focală a sistemelor optice. Pe baza unor principii diferite, 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 al fasciculului luminos 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 Olimator
Principiul utilizării unui colimator pentru testarea distanței focale 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 reprezentat pe 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 fi calculată folosind următoarea formulă:
2.2 GaussianMmetodă
Schema metodei gaussiene pentru testarea distanței focale a unui sistem optic este prezentată mai jos:
În figură, planurile principale frontale și posterioare ale sistemului optic testat sunt reprezentate ca P și respectiv P', iar distanța dintre cele două plane principale este dPÎn această metodă, valoarea lui dPse consideră cunoscută sau valoarea sa este mică și poate fi ignorată. Un obiect și un ecran receptor sunt plasate la capetele stânga și 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 poziția 1 și respectiv poziția 2. Obiectul din stânga poate fi vizualizat clar pe ecranul receptor. Distanța dintre aceste două locații (notată ca D) poate fi măsurată. Conform relației conjugate, putem obține:
În aceste două poziții, distanțele față de obiecte sunt înregistrate ca s1 și respectiv s2, atunci s2 - s1 = D. Prin derivarea formulei, putem obține distanța focală a sistemului optic după cum urmează:
2.3L.ensometru
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 în 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 f.2și formează o imagine clară pe planul imaginii de referință. După calibrarea traiectoriei optice, lentila testată este plasată pe traiectoria optică, iar distanța dintre lentila testată și lentila convergentă este f2Prin urmare, datorită acțiunii lentilei testate, fasciculul luminos va fi refocalizat, provocând o deplasare a poziției planului imaginii, rezultând o imagine clară la poziția noului plan al imaginii în 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 ca:
În practică, lensometrul a fost utilizat pe scară largă în măsurarea focalizării superioare a lentilelor de ochelari și are avantajele unei funcționări simple și a unei precizii fiabile.
2.4 AbateRefractometru
Refractometrul Abbe este o altă metodă de testare a distanței focale a sistemelor optice. Figura sa schematică este următoarea:
Se plasează două rigle cu înălțimi diferite pe partea de suprafață a obiectului lentilei testate, și anume placa de scalare 1 și placa de scalare 2. Înălțimile corespunzătoare ale plăcilor de scalare sunt y1 și y2. Distanța dintre cele două plăci de scalare este e, iar unghiul dintre linia superioară a riglei și axa optică este u. Placa de scalare este reprezentată de lentila testată cu o distanță focală de f. Un microscop este instalat la capătul suprafeței imaginii. Prin mutarea poziției microscopului, se obțin imaginile de sus ale celor două plăci de scalare. În acest moment, distanța dintre microscop și axa optică este notată cu y. Conform relației obiect-imagine, putem obține distanța focală ca:
Deflectometrie Moire 2.5Metodă
Metoda de deflectometrie Moiré va utiliza două seturi de linii Ronchi în fascicule de lumină paralele. Linia Ronchi este un model de tip grilă de film metalic de crom depus pe un substrat de sticlă, utilizat în mod obișnuit pentru testarea performanței sistemelor optice. Metoda utilizează schimbarea franjurilor Moiré formate de cele două rețele de difracție pentru a testa distanța focală a sistemului optic. Diagrama 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 de difracție cu un unghi de deplasare de θ și o distanță între rețele de difracție de d, formând un set de franje Moiré pe planul imaginii. Apoi, lentila testată este plasată pe calea optică. Lumina colimată inițial, după refracția de către lentilă, va produce o anumită distanță focală. Raza de curbură a fasciculului luminos poate fi obținută din următoarea formulă:
De obicei, lentila testată este plasată foarte aproape de prima rețea de dioptrii, 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 cu distanță focală pozitivă și negativă.
2.6 OpticăFiberAutocolimațieMmetodă
Principiul utilizării metodei de autocolimare a fibrei optice pentru testarea distanței focale a lentilei este prezentat în figura de mai jos. Aceasta utilizează fibră 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 focar, în focar și, respectiv, în afara focarului. Prin deplasarea poziției lentilei testate înainte și înapoi, puteți găsi poziția capului fibrei în focar. În acest moment, fasciculul este autocolimat și, după reflexia de către oglinda plană, cea mai mare parte a energiei se va întoarce la 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. Combinată cu diagrama schematică, explicăm definiția distanței focale, inclusiv conceptele de distanță focală pe partea imaginii, distanță focală pe partea obiectului și distanță focală față-spate. În practică, există numeroase metode pentru testarea distanței focale a unui sistem optic. Acest articol introduce principiile de testare ale metodei colimatorului, metodei gaussiene, metodei de măsurare a distanței focale, metodei Abbe de măsurare a distanței focale, metodei de deviere Moiré și metodei de autocolimare a fibrei optice. Cred că, citind acest articol, veți avea o mai bună înțelegere a parametrilor distanței focale în sistemele optice.
Data publicării: 09 august 2024
