1. Brændvidde af optiske systemer
Brændvidde er en meget vigtig indikator for optisk system, for begrebet brændvidde, har vi mere eller mindre en forståelse, vi gennemgår her.
Brændvidden af et optisk system, defineret som afstanden fra det optiske systems optiske centrum til strålens fokus, når parallelt lys indfalder, er et mål for koncentrationen eller divergensen af lys i et optisk system. Vi bruger følgende diagram til at illustrere dette koncept.
I ovenstående figur konvergerer den parallelle stråle, der falder ind fra venstre ende, efter at have passeret gennem det optiske system, til billedfokus F', den omvendte forlængelseslinje af den konvergerende stråle skærer den tilsvarende forlængelseslinje af den indfaldende parallelle stråle ved en punkt, og overfladen, der passerer dette punkt og er vinkelret på den optiske akse, kaldes det bagerste hovedplan, det bagerste hovedplan skærer den optiske akse i punktet P2, som kaldes hovedpunktet (eller det optiske midtpunkt), afstanden mellem hovedpunktet og billedfokus, det er det vi normalt kalder brændvidden, det fulde navn er billedets effektive brændvidde.
Det kan også ses af figuren, at afstanden fra den sidste overflade af det optiske system til billedets brændpunkt F' kaldes bagbrændvidden (BFL). Tilsvarende, hvis den parallelle stråle falder ind fra højre side, er der også begreber om effektiv brændvidde og front brændvidde (FFL).
2. Brændviddetestmetoder
I praksis er der mange metoder, der kan bruges til at teste brændvidden af optiske systemer. Baseret på forskellige principper kan brændviddetestmetoderne opdeles i tre kategorier. Den første kategori er baseret på billedplanets position, den anden kategori bruger forholdet mellem forstørrelse og brændvidde til at opnå brændviddeværdien, og den tredje kategori bruger bølgefrontkrumningen af den konvergerende lysstråle til at opnå brændviddeværdien .
I dette afsnit vil vi introducere de almindeligt anvendte metoder til at teste brændvidden af optiske systemer:：
2.1Collimator metode
Princippet med at bruge en kollimator til at teste brændvidden af et optisk system er som vist i diagrammet nedenfor:
På figuren er testmønsteret placeret i kollimatorens fokus. Højden y af testmønsteret og brændvidden fc' af kollimatoren er kendt. Efter at den parallelle stråle udsendt af kollimatoren er konvergeret af det testede optiske system og afbildet på billedplanet, kan brændvidden af det optiske system beregnes baseret på højden y' af testmønsteret på billedplanet. Brændvidden af det testede optiske system kan bruge følgende formel:
2.2 GaussiskMetod
Den skematiske figur af Gaussisk metode til at teste brændvidden af et optisk system er vist som nedenfor:
På figuren er de forreste og bageste hovedplaner af det optiske system, der testes, repræsenteret som henholdsvis P og P', og afstanden mellem de to hovedplaner er dP. I denne metode er værdien af dPanses for at være kendt, eller dens værdi er lille og kan ignoreres. Et objekt og en modtagende skærm placeres i venstre og højre ende, og afstanden mellem dem registreres som L, hvor L skal være større end 4 gange brændvidden af det system, der testes. Systemet under test kan placeres i to positioner, betegnet som henholdsvis position 1 og position 2. Objektet til venstre kan tydeligt afbildes på den modtagende skærm. Afstanden mellem disse to steder (betegnet som D) kan måles. Ifølge det konjugerede forhold kan vi få:
Ved disse to positioner registreres objektafstandene som henholdsvis s1 og s2, derefter s2 - s1 = D. Gennem formelafledning kan vi få brændvidden af det optiske system som nedenfor:
2.3Lensometer
Lensometeret er meget velegnet til at teste optiske systemer med lang brændvidde. Dens skematiske figur er som følger:
For det første placeres linsen under test ikke i den optiske vej. Det observerede mål til venstre passerer gennem den kollimerende linse og bliver til parallelt lys. Det parallelle lys konvergeres af en konvergerende linse med en brændvidde på f2og danner et klart billede ved referencebilledplanet. Efter at den optiske vej er kalibreret, placeres linsen under test i den optiske vej, og afstanden mellem linsen under test og den konvergerende linse er f2. Som følge heraf vil lysstrålen på grund af virkningen af den testede linse blive refokuseret, hvilket forårsager et skift i billedplanets position, hvilket resulterer i et klart billede ved positionen af det nye billedplan i diagrammet. Afstanden mellem det nye billedplan og den konvergerende linse er angivet som x. Baseret på forholdet mellem objekt og billede kan brændvidden af det objektiv, der testes, udledes som:
I praksis har linsemåleren været meget udbredt til topfokalmåling af brilleglas, og har fordelene ved enkel betjening og pålidelig præcision.
2.4 AbbeRefraktometer
Abbe refraktometeret er en anden metode til at teste brændvidden af optiske systemer. Dens skematiske figur er som følger:
Placer to linealer med forskellige højder på objektoverfladesiden af linsen under test, nemlig skalaplade 1 og skalaplade 2. De tilsvarende skalapladers højde er y1 og y2. Afstanden mellem de to skalaplader er e, og vinklen mellem linealens øverste linje og den optiske akse er u. Den skalabelagte er afbildet af den testede linse med en brændvidde på f. Et mikroskop er installeret ved billedoverfladeenden. Ved at flytte mikroskopets position findes de øverste billeder af de to skalaplader. På dette tidspunkt er afstanden mellem mikroskopet og den optiske akse betegnet som y. Ifølge objekt-billede forholdet kan vi få brændvidden som:
2.5 Moire deflektometriMetode
Moiré-deflektometrimetoden vil bruge to sæt Ronchi-udslag i parallelle lysstråler. Ronchi ruling er et gitterlignende mønster af metal chrom film aflejret på et glas substrat, almindeligvis brugt til at teste ydeevnen af optiske systemer. Metoden udnytter ændringen i Moiré-frynser dannet af de to gitre til at teste det optiske systems brændvidde. Det skematiske diagram af princippet er som følger:
I figuren ovenfor bliver det observerede objekt, efter at have passeret gennem kollimatoren, en parallel stråle. I den optiske vej, uden at tilføje den testede linse først, passerer den parallelle stråle gennem to gitre med en forskydningsvinkel på θ og en gitterafstand på d, og danner et sæt Moiré-kanter på billedplanet. Derefter placeres den testede linse i den optiske vej. Det originale kollimerede lys vil efter brydning af linsen producere en vis brændvidde. Lysstrålens krumningsradius kan fås ud fra følgende formel:
Normalt placeres objektivet, der testes, meget tæt på det første gitter, så R-værdien i ovenstående formel svarer til objektivets brændvidde. Fordelen ved denne metode er, at den kan teste brændvidden af positive og negative brændviddesystemer.
2.6 OptiskFiberAutokollimationMetod
Princippet om at bruge den optiske fibers autokollimationsmetode til at teste linsens brændvidde er vist i figuren nedenfor. Den bruger fiberoptik til at udsende en divergerende stråle, der passerer gennem linsen, der testes, og derefter på et plant spejl. De tre optiske veje i figuren repræsenterer betingelserne for den optiske fiber inden for henholdsvis fokus, inden for fokus og uden for fokus. Ved at flytte positionen af objektivet under test frem og tilbage, kan du finde positionen af fiberhovedet ved fokus. På dette tidspunkt er strålen selvkollimeret, og efter refleksion af det plane spejl vil det meste af energien vende tilbage til fiberhovedets position. Metoden er i princippet enkel og nem at implementere.
3.Konklusion
Brændvidde er en vigtig parameter i et optisk system. I denne artikel beskriver vi begrebet optisk systembrændvidde og dets testmetoder. Kombineret med det skematiske diagram forklarer vi definitionen af brændvidde, herunder begreberne billed-side brændvidde, objekt-side brændvidde og front-to-back brændvidde. I praksis er der mange metoder til at teste brændvidden af et optisk system. Denne artikel introducerer testprincipperne for kollimatormetoden, Gauss-metoden, brændviddemålemetoden, Abbe-målemetoden for brændvidde, Moiré-afbøjningsmetoden og autokollimationsmetoden for optiske fibre. Jeg tror, at ved at læse denne artikel, vil du få en bedre forståelse af brændviddeparametrene i optiske systemer.
Indlægstid: Aug-09-2024
