1. Goriščna razdalja optičnih sistemov
Goriščna razdalja je zelo pomemben pokazatelj optičnega sistema, za koncept goriščne razdalje, bolj ali manj razumemo, pregledujemo tukaj.
Goriščna razdalja optičnega sistema, opredeljena kot razdalja od optičnega središča optičnega sistema do žarišča žarka, ko vpada vzporedna svetloba, je merilo koncentracije ali divergence svetlobe v optičnem sistemu. Za ponazoritev tega koncepta uporabljamo naslednji diagram.
Na zgornji sliki vzporedni žarek, ki vpada z levega konca, po prehodu skozi optični sistem konvergira v fokus slike F', povratna podaljška konvergentnega žarka seka z ustrezno podaljškom vpadajočega vzporednega žarka na ploskev, ki gre skozi to točko in je pravokotna na optično os, se imenuje zadnja glavna ravnina, zadnja glavna ravnina seka z optično osjo v točki P2, ki se imenuje glavna točka (ali optična središčna točka), razdalja med glavno točko in žariščem slike je tisto, kar običajno imenujemo goriščna razdalja, polno ime je efektivna goriščna razdalja slike.
Iz slike je tudi razvidno, da se razdalja od zadnje površine optičnega sistema do goriščne točke F' slike imenuje zadnja goriščna razdalja (BFL). V skladu s tem, če vzporedni žarek vpada z desne strani, obstajata tudi koncepta efektivne goriščne razdalje in sprednje goriščne razdalje (FFL).
2. Metode testiranja goriščne razdalje
V praksi obstaja veliko metod, s katerimi lahko testiramo goriščno razdaljo optičnih sistemov. Na podlagi različnih načel lahko metode testiranja goriščne razdalje razdelimo v tri kategorije. Prva kategorija temelji na položaju ravnine slike, druga kategorija uporablja razmerje med povečavo in goriščno razdaljo, da dobi vrednost goriščne razdalje, tretja kategorija pa uporablja ukrivljenost valovne fronte konvergentnega svetlobnega žarka, da dobi vrednost goriščne razdalje. .
V tem razdelku bomo predstavili pogosto uporabljene metode za testiranje goriščne razdalje optičnih sistemov:
2.1Colimatorska metoda
Načelo uporabe kolimatorja za testiranje goriščne razdalje optičnega sistema je prikazano na spodnjem diagramu:
Na sliki je testni vzorec postavljen v žarišče kolimatorja. Višina y preskusnega vzorca in goriščna razdalja fc'kolimatorja so znani. Potem ko vzporedni žarek, ki ga oddaja kolimator, konvergira testirani optični sistem in ga posname na slikovno ravnino, je mogoče izračunati goriščno razdaljo optičnega sistema na podlagi višine y' testnega vzorca na slikovni ravnini. Goriščna razdalja testiranega optičnega sistema se lahko izračuna po naslednji formuli:
2.2 GaussovMethod
Shema Gaussove metode za testiranje goriščne razdalje optičnega sistema je prikazana spodaj:
Na sliki sta sprednja in zadnja glavna ravnina preskušanega optičnega sistema predstavljeni kot P oziroma P', razdalja med obema glavnima ravninama pa je dP. Pri tej metodi je vrednost dPvelja za znanega ali pa je njegova vrednost majhna in jo je mogoče prezreti. Predmet in sprejemni zaslon sta postavljena na levi in desni konec, razdalja med njima pa je zapisana kot L, kjer mora biti L večji od 4-kratne goriščne razdalje testiranega sistema. Preizkušani sistem je mogoče postaviti v dva položaja, označena kot položaj 1 oziroma položaj 2. Predmet na levi je lahko jasno prikazan na sprejemnem zaslonu. Razdaljo med tema dvema lokacijama (označeno z D) je mogoče izmeriti. Glede na konjugirano razmerje lahko dobimo:
Na teh dveh položajih sta razdalji objekta zabeleženi kot s1 oziroma s2, nato s2 - s1 = D. Z izpeljavo formule lahko dobimo goriščno razdaljo optičnega sistema, kot je prikazano spodaj:
2.3Lenzometer
Lensometer je zelo primeren za testiranje optičnih sistemov z dolgo goriščno razdaljo. Njegova shema je naslednja:
Prvič, testirana leča ni postavljena na optično pot. Opazovana tarča na levi gre skozi kolimacijsko lečo in postane vzporedna svetloba. Vzporedno svetlobo zbira zbiralna leča z goriščno razdaljo f2in tvori jasno sliko na ravnini referenčne slike. Ko je optična pot umerjena, se testirana leča postavi na optično pot, razdalja med preskušano lečo in zbiralno lečo pa je f2. Zaradi delovanja testirane leče bo svetlobni žarek ponovno fokusiran, kar bo povzročilo premik v položaju slikovne ravnine, kar bo povzročilo jasno sliko na položaju nove slikovne ravnine v diagramu. Razdalja med novo slikovno ravnino in zbiralno lečo je označena z x. Na podlagi razmerja med predmetom in sliko lahko goriščno razdaljo preskušane leče sklepamo kot:
V praksi se lečometer široko uporablja pri merjenju najvišjega žarišča leč za očala in ima prednosti preprostega upravljanja in zanesljive natančnosti.
2.4 AbbeRefraktometer
Refraktometer Abbe je še ena metoda za testiranje goriščne razdalje optičnih sistemov. Njegova shema je naslednja:
Postavite dve ravnili z različnimi višinami na stran površine predmeta na testirani leči, in sicer merilno ploščo 1 in merilno ploščo 2. Ustrezni višini merilnih plošč sta y1 in y2. Razdalja med obema skalama je e, kot med zgornjo črto ravnila in optično osjo pa u. Razmerje je posneto s testiranim objektivom z goriščno razdaljo f. Na koncu površine slike je nameščen mikroskop. S premikanjem položaja mikroskopa se najdejo zgornje slike obeh merilnih plošč. V tem času je razdalja med mikroskopom in optično osjo označena z y. Glede na razmerje objekt-slika lahko dobimo goriščno razdaljo kot:
2.5 Moire deflektometrijaMetoda
Metoda deflektometrije Moiré bo uporabila dva niza Ronchijevih razporeditev v vzporednih svetlobnih žarkih. Ronchijeva linija je mrežasti vzorec kovinskega kromovega filma, nanešenega na stekleno podlago, ki se običajno uporablja za testiranje delovanja optičnih sistemov. Metoda uporablja spremembo Moiréjevih robov, ki jih tvorita dve rešetki, za testiranje goriščne razdalje optičnega sistema. Shematski diagram načela je naslednji:
Na zgornji sliki opazovani objekt po prehodu skozi kolimator postane vzporedni žarek. Na optični poti, ne da bi najprej dodali testirano lečo, gre vzporedni žarek skozi dve rešetki s kotom zamika θ in razmikom rešetk d, ki tvorita niz Moiréjevih robov na slikovni ravnini. Nato se testirana leča postavi na optično pot. Prvotna kolimirana svetloba bo po lomu z lečo proizvedla določeno goriščno razdaljo. Polmer ukrivljenosti svetlobnega žarka lahko dobimo z naslednjo formulo:
Običajno je testirana leča postavljena zelo blizu prve mreže, tako da vrednost R v zgornji formuli ustreza goriščni razdalji leče. Prednost te metode je, da lahko testira goriščno razdaljo pozitivnih in negativnih sistemov goriščne razdalje.
2.6 OptičniFiberAutokolimacijaMethod
Načelo uporabe metode avtokolimacije optičnih vlaken za testiranje goriščne razdalje leče je prikazano na spodnji sliki. Uporablja optična vlakna za oddajanje divergentnega žarka, ki gre skozi preskušano lečo in nato na ravno zrcalo. Tri optične poti na sliki predstavljajo stanje optičnega vlakna znotraj žarišča, znotraj žarišča in zunaj žarišča. S premikanjem položaja testirane leče naprej in nazaj lahko ugotovite položaj glave vlakna v žarišču. V tem času se žarek samokolimira in po odboju od ravnega ogledala se večina energije vrne v položaj glave vlakna. Metoda je načeloma preprosta in enostavna za izvedbo.
3. Sklep
Goriščna razdalja je pomemben parameter optičnega sistema. V tem članku podrobno opisujemo koncept goriščne razdalje optičnega sistema in metode njegovega testiranja. V kombinaciji s shematskim diagramom razložimo definicijo goriščne razdalje, vključno s koncepti goriščne razdalje na strani slike, goriščne razdalje na strani objekta in goriščne razdalje od spredaj proti zadaj. V praksi obstaja veliko metod za testiranje goriščne razdalje optičnega sistema. Ta članek predstavlja preskusna načela kolimatorske metode, Gaussove metode, metode merjenja goriščne razdalje, metode merjenja goriščne razdalje Abbe, metode odklona Moiré in metode avtokolimacije optičnih vlaken. Verjamem, da boste z branjem tega članka bolje razumeli parametre goriščne razdalje v optičnih sistemih.
Čas objave: 9. avgust 2024
