Optiliste süsteemide fookuskauguse määratlus ja testimismeetodid

1. Optiliste süsteemide fookuskaugus

Fookuskaugus on optilise süsteemi väga oluline näitaja, fookuskauguse mõistest on meil enam-vähem arusaam, vaatame siin üle.
Optilise süsteemi fookuskaugus, mis on määratletud kui kaugus optilise süsteemi optilise keskpunkti ja kiire fookuse vahel, kui valgus langeb paralleelselt, on valguse kontsentratsiooni või lahknemise mõõt optilises süsteemis. Selle kontseptsiooni illustreerimiseks kasutame järgmist diagrammi.

Ülaltoodud joonisel koondub vasakust otsast langev paralleelkiir pärast optilise süsteemi läbimist pildi fookusele F', koonduva kiire vastupidine pikendusjoon lõikub langeva paralleelkiire vastava pikendusjoonega punkt ja pinda, mis läbib seda punkti ja on risti optilise teljega, nimetatakse tagumiseks põhitasandiks, tagumine põhitasapind lõikub optilise teljega punktis P2, mida nimetatakse põhipunktiks (või optiliseks keskpunktiks), kaugus põhipunkti ja pildi fookuse vahel, seda me tavaliselt nimetame fookuskauguseks, täisnimi on pildi efektiivne fookuskaugus.
Samuti on jooniselt näha, et kaugust optilise süsteemi viimasest pinnast pildi fookuspunktini F' nimetatakse tagumiseks fookuskauguseks (BFL). Vastavalt sellele, kui paralleelkiir langeb paremalt poolt, on olemas ka efektiivse fookuskauguse ja eesmise fookuskauguse (FFL) mõisted.

2. Fookuskauguse testimise meetodid

Praktikas on palju meetodeid, mida saab kasutada optiliste süsteemide fookuskauguse testimiseks. Erinevatest põhimõtetest lähtuvalt võib fookuskauguse testimise meetodid jagada kolme kategooriasse. Esimene kategooria põhineb kujutise tasapinna asukohal, teine ​​kategooria kasutab fookuskauguse väärtuse saamiseks suurenduse ja fookuskauguse vahelist seost ning kolmas kategooria kasutab fookuskauguse väärtuse saamiseks koonduva valguskiire lainefrondi kõverust. .
Selles jaotises tutvustame tavaliselt kasutatavaid meetodeid optiliste süsteemide fookuskauguse testimiseks:

2.1Collimaatori meetod

Optilise süsteemi fookuskauguse testimiseks kollimaatori kasutamise põhimõte on näidatud alloleval diagrammil:

Joonisel on testmuster paigutatud kollimaatori fookusesse. Katsemustri kõrgus y ja fookuskaugus f_cKollimaatorist on teada. Pärast seda, kui katsetatud optiline süsteem on kollimaatori poolt kiiratava paralleelkiire koondunud ja kujutise tasapinnal pildistanud, saab optilise süsteemi fookuskauguse arvutada kujutise tasapinnal oleva testmustri kõrguse y' põhjal. Testitud optilise süsteemi fookuskaugus võib kasutada järgmist valemit:

2.2 GaussiMmeetod
Gaussi meetodi skemaatiline joonis optilise süsteemi fookuskauguse testimiseks on näidatud järgmiselt:

Joonisel on testitava optilise süsteemi esi- ja tagumine põhitasapind kujutatud vastavalt P ja P' ning kahe põhitasandi vaheline kaugus on d_P. Selle meetodi puhul on d väärtus_Ploetakse teadaolevaks või on selle väärtus väike ja seda võib ignoreerida. Objekt ja vastuvõtuekraan asetatakse vasakusse ja paremasse otsa ning nende vaheline kaugus registreeritakse kui L, kus L peab olema suurem kui 4 korda testitava süsteemi fookuskaugusest. Testitavat süsteemi saab paigutada kahte asendisse, mis on tähistatud vastavalt positsiooniga 1 ja positsiooniga 2. Vasakpoolset objekti saab vastuvõtuekraanil selgelt kujutada. Nende kahe asukoha vahelist kaugust (tähistatud kui D) saab mõõta. Konjugeeritud suhte järgi saame:

Nendes kahes asendis registreeritakse objektide kaugused vastavalt s1 ja s2, siis s2 - s1 = D. Valemi tuletamise abil saame optilise süsteemi fookuskauguse järgmiselt:

2.3Lensomeeter
Lensomeeter sobib väga hästi pika fookuskaugusega optiliste süsteemide testimiseks. Selle skemaatiline joonis on järgmine:

Esiteks ei asetata testitavat objektiivi optilisele teele. Vasakpoolne vaadeldav sihtmärk läbib kollimeeriva läätse ja muutub paralleelvalguseks. Paralleelvalgust koondab koonduv lääts fookuskaugusega f₂ja moodustab võrdluspildi tasapinnal selge kujutise. Pärast optilise tee kalibreerimist asetatakse testitav lääts optilisele teele ning testitava läätse ja koonduva läätse vaheline kaugus on f₂. Selle tulemusena fokusseeritakse testitava läätse toime tõttu valguskiir ümber, põhjustades kujutise tasapinna positsiooni nihke, mille tulemuseks on selge pilt diagrammi uue pilditasandi asukohas. Kaugus uue kujutise tasapinna ja koonduva läätse vahel on tähistatud kui x. Objekti ja kujutise seose põhjal saab testitava objektiivi fookuskaugust järeldada järgmiselt:

Praktikas on objektiivimõõturit laialdaselt kasutatud prilliläätsede tippfookuse mõõtmisel ning selle eeliseks on lihtne töö ja usaldusväärne täpsus.

2.4 AbbeRefraktomeeter

Abbe refraktomeeter on veel üks meetod optiliste süsteemide fookuskauguse testimiseks. Selle skemaatiline joonis on järgmine:

Asetage kaks erineva kõrgusega joonlauda testitava läätse objekti pinna poolele, nimelt mastaabitabel 1 ja skaala 2. Vastavad mõõtkavade kõrgused on y1 ja y2. Kahe mastaabitahvli vaheline kaugus on e ning joonlaua ülemise joone ja optilise telje vaheline nurk on u. Skaalatusi pildistab testitud objektiiv fookuskaugusega f. Kujutise pinna otsa on paigaldatud mikroskoop. Mikroskoobi asendit liigutades leitakse kahe skaala ülemised kujutised. Sel ajal on mikroskoobi ja optilise telje vaheline kaugus tähistatud kui y. Vastavalt objekti ja pildi suhtele saame fookuskauguse järgmiselt:

2.5 Muaare deflektomeetriameetod
Moiré deflektomeetria meetod kasutab kahte Ronchi reeglite komplekti paralleelsetes valguskiirtes. Ronchi joon on metallist kroomkile ruudukujuline muster, mis on kantud klaassubstraadile, mida tavaliselt kasutatakse optiliste süsteemide toimivuse testimiseks. Meetod kasutab optilise süsteemi fookuskauguse testimiseks kahe võre moodustatud Moiré'i servade muutust. Põhimõtte skemaatiline diagramm on järgmine:

Ülaltoodud joonisel muutub vaadeldav objekt pärast kollimaatori läbimist paralleelseks kiireks. Optilisel teel, ilma testitavat läätse esmalt lisamata, läbib paralleelkiir kahte võre nihkenurgaga θ ja võre vahekaugusega d, moodustades kujutise tasapinnal Moiré'i servade komplekti. Seejärel asetatakse testitud lääts optilisele teele. Algne kollimeeritud valgus tekitab pärast objektiivi murdumist teatud fookuskauguse. Valguskiire kõverusraadiuse saab saada järgmisest valemist:

Tavaliselt asetatakse testitav objektiiv esimesele võrele väga lähedale, seega vastab R väärtus ülaltoodud valemis objektiivi fookuskaugusele. Selle meetodi eeliseks on see, et sellega saab testida positiivse ja negatiivse fookuskauguse süsteemide fookuskaugust.

2.6 OptilineFiberAutokollimatsioonMmeetod
Kiudoptilise autokollimatsiooni meetodi kasutamise põhimõte läätse fookuskauguse testimiseks on näidatud alloleval joonisel. See kasutab fiiberoptikat, et eraldada lahknev kiir, mis läbib testitavat objektiivi ja seejärel tasapinnalisele peeglile. Joonisel olevad kolm optilist rada tähistavad optilise kiu tingimusi vastavalt fookuses, fookuses ja fookusest väljaspool. Testitava objektiivi asendit edasi-tagasi liigutades leiad fookuses kiupea asendi. Sel ajal on kiir isekollimeerunud ja pärast tasapinnalise peegli peegeldumist naaseb suurem osa energiast kiupea asendisse. Meetod on põhimõtteliselt lihtne ja hõlpsasti rakendatav.

3.Järeldus

Fookuskaugus on optilise süsteemi oluline parameeter. Selles artiklis kirjeldame üksikasjalikult optilise süsteemi fookuskauguse kontseptsiooni ja selle testimismeetodeid. Koos skemaatilise diagrammiga selgitame fookuskauguse määratlust, sealhulgas pildipoolse fookuskauguse, objektipoolse fookuskauguse ja eest-taha fookuskauguse mõisteid. Praktikas on optilise süsteemi fookuskauguse testimiseks palju meetodeid. See artikkel tutvustab kollimaatori meetodi, Gaussi meetodi, fookuskauguse mõõtmise meetodi, Abbe fookuskauguse mõõtmise meetodi, Moiré läbipainde meetodi ja optilise kiu autokollimatsiooni meetodi testimise põhimõtteid. Usun, et seda artiklit lugedes saate paremini aru optiliste süsteemide fookuskauguse parameetritest.