1. Brændvidde af optiske systemer
Brændvidde er en meget vigtig indikator for det optiske system. For at forstå konceptet brændvidde mere eller mindre, gennemgår vi det her.
Brændvidden for et optisk system, defineret som afstanden fra det optiske systems optiske centrum til strålens fokus, når parallelt lys falder ind, er et mål for lyskoncentrationen eller divergensen i et optisk system. Vi bruger følgende diagram til at illustrere dette koncept.
I figuren ovenfor konvergerer den parallelle stråle, der indfalder fra venstre ende, efter at have passeret gennem det optiske system, mod billedfokus F'. Den omvendte forlængelseslinje af den konvergerende stråle skærer den tilsvarende forlængelseslinje af den indfaldende parallelle stråle i et punkt. Den overflade, der passerer dette punkt og er vinkelret på den optiske akse, kaldes det bageste hovedplan. Det bageste hovedplan skærer den optiske akse i punkt P2, som kaldes hovedpunktet (eller det optiske midtpunkt). Afstanden mellem hovedpunktet og billedfokus er det, vi normalt kalder brændvidden. Det fulde navn er billedets effektive brændvidde.
Det kan også ses ud fra 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, findes der også begreber for effektiv brændvidde og forbrændvidde (FFL).
2. Metoder til test af brændvidde
I praksis findes der mange metoder, der kan bruges til at teste brændvidden af optiske systemer. Baseret på forskellige principper kan metoderne til test af brændvidde opdeles i tre kategorier. Den første kategori er baseret på billedplanets position, den anden kategori bruger forholdet mellem forstørrelse og brændvidde til at bestemme brændviddeværdien, og den tredje kategori bruger bølgefrontkrumningen af den konvergerende lysstråle til at bestemme brændviddeværdien.
I dette afsnit vil vi introducere de almindeligt anvendte metoder til test af brændvidden på optiske systemer:
2.1Collimatormetoden
Princippet for at bruge en kollimator til at teste brændvidden af et optisk system er vist i diagrammet nedenfor:
I figuren er testmønsteret placeret i kollimatorens fokus. Højden y af testmønsteret og brændvidden fc' for kollimatoren er kendte. Efter at den parallelle stråle, der udsendes af kollimatoren, er konvergeret af det testede optiske system og afbildet på billedplanet, kan det optiske systems brændvidde beregnes ud fra højden y' af testmønsteret på billedplanet. Brændvidden for det testede optiske system kan bruge følgende formel:
2.2 GaussiskMmetode
Den skematiske figur af Gauss-metoden til test af brændvidden af et optisk system er vist nedenfor:
I figuren er de forreste og bageste hovedplaner for det optiske system, der testes, repræsenteret som henholdsvis P og P', og afstanden mellem de to hovedplaner er dPI denne metode er værdien af dPbetragtes som kendt, eller dens værdi er lille og kan ignoreres. Et objekt og en modtagerskærm placeres i venstre og højre ende, og afstanden mellem dem registreres som L, hvor L skal være større end 4 gange brændvidden for det system, der testes. Det testede system kan placeres i to positioner, betegnet som henholdsvis position 1 og position 2. Objektet til venstre kan tydeligt afbildes på modtagerskærmen. Afstanden mellem disse to steder (betegnet som D) kan måles. I henhold til det konjugerede forhold kan vi få:
Ved disse to positioner registreres objektafstandene som henholdsvis s1 og s2, så er s2 - s1 = D. Ved at udlede formelen kan vi få brændvidden for det optiske system som vist nedenfor:
2.3Lensometer
Lensometeret er meget velegnet til test af optiske systemer med lang brændvidde. Dens skematiske figur er som følger:
For det første placeres den linse, der testes, ikke i den optiske bane. Det observerede mål til venstre passerer gennem den kollimerende linse og bliver parallelt lys. Det parallelle lys konvergeres af en konvergerende linse med en brændvidde på f2og danner et klart billede på referencebilledplanet. Efter at den optiske bane er kalibreret, placeres den linse, der testes, i den optiske bane, og afstanden mellem den linse, der testes, og den konvergerende linse er f2Som følge heraf vil lysstrålen, på grund af den testede linses handling, blive fokuseret på ny, hvilket forårsager en forskydning af billedplanets position, hvilket resulterer i et klart billede på det nye billedplans position i diagrammet. Afstanden mellem det nye billedplan og den konvergerende linse betegnes som x. Baseret på objekt-billed-forholdet kan brændvidden for den testede linse udledes som:
I praksis er lensometeret blevet brugt i vid udstrækning til måling af den øverste fokus på 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 forskellig højde på objektoverfladesiden af den linse, der testes, nemlig skalaplade 1 og skalaplade 2. De tilsvarende skalaplader har en højde på y1 og y2. Afstanden mellem de to skalaplader er e, og vinklen mellem linealens øverste linje og den optiske akse er u. Skalapladen afbildes af den testede linse med en brændvidde på f. Et mikroskop installeres ved billedoverfladeenden. Ved at flytte mikroskopets position findes de øverste billeder af de to skalaplader. På dette tidspunkt betegnes afstanden mellem mikroskopet og den optiske akse som y. I henhold til objekt-billed-forholdet kan vi få brændvidden som:
2.5 Moire-deflektometriMetode
Moiré-deflektometrimetoden bruger to sæt Ronchi-linjer i parallelle lysstråler. Ronchi-linjen er et gitterlignende mønster af metalkromfilm afsat på et glassubstrat, der almindeligvis bruges til at teste 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 det har passeret gennem kollimatoren, en parallel stråle. I den optiske bane, uden først at tilføje den testede linse, passerer den parallelle stråle gennem to gitre med en forskydningsvinkel på θ og en gitterafstand på d, hvilket danner et sæt Moiré-frynser på billedplanet. Derefter placeres den testede linse i den optiske bane. Det oprindelige kollimerede lys vil, efter brydning af linsen, producere en bestemt brændvidde. Lysstrålens krumningsradius kan fås ved hjælp af følgende formel:
Normalt placeres den linse, der testes, meget tæt på det første gitter, så R-værdien i ovenstående formel svarer til linsens brændvidde. Fordelen ved denne metode er, at den kan teste brændvidden for systemer med positiv og negativ brændvidde.
2.6 OptiskFiberAautokollimeringMmetode
Princippet for at bruge den optiske fibers autokollimeringsmetod til at teste linsens brændvidde er vist i figuren nedenfor. Den bruger fiberoptik til at udsende en divergerende stråle, der passerer gennem den linse, der testes, og derefter over på et plant spejl. De tre optiske baner i figuren repræsenterer den optiske fibers tilstand henholdsvis inden for fokus, inden for fokus og uden for fokus. Ved at flytte den testede linses position frem og tilbage kan man finde fiberhovedets position i fokus. På dette tidspunkt er strålen selvkollimerende, og efter refleksion fra det plane spejl vil det meste af energien vende tilbage til fiberhovedets position. Metoden er simpel i princippet og nem at implementere.
3. Konklusion
Brændvidde er en vigtig parameter i et optisk system. I denne artikel beskriver vi konceptet med et optisk systems brændvidde og dets testmetoder. Kombineret med det skematiske diagram forklarer vi definitionen af brændvidde, herunder koncepterne billedsides brændvidde, objektsides brændvidde og front-til-bagside brændvidde. I praksis er der mange metoder til at teste et optisk systems brændvidde. Denne artikel introducerer testprincipperne for kollimatormetoden, Gauss-metoden, brændviddemålingsmetoden, Abbe-brændviddemålingsmetoden, Moiré-afbøjningsmetoden og autokollimeringsmetode for optisk fiber. Jeg mener, at du ved at læse denne artikel vil få en bedre forståelse af brændviddeparametrene i optiske systemer.
Opslagstidspunkt: 9. august 2024
