1. Brännvidd för optiska system
Brännvidd är en mycket viktig indikator på det optiska systemet. För konceptet brännvidd har vi mer eller mindre en förståelse, vi granskar det här.
Brännvidden för ett optiskt system, definierad som avståndet från det optiska systemets optiska centrum till strålens fokus när parallellt ljus infaller, är ett mått på ljuskoncentrationen eller divergensen i ett optiskt system. Vi använder följande diagram för att illustrera detta koncept.
I figuren ovan konvergerar den parallella strålen som infaller från vänster ände, efter att ha passerat genom det optiska systemet, mot bildfokus F'. Den konvergerande strålens omvända utsträckningslinje skär den motsvarande utsträckningslinjen för den infallande parallella strålen i en punkt. Ytan som passerar denna punkt och är vinkelrät mot den optiska axeln kallas det bakre huvudplanet. Det bakre huvudplanet skär den optiska axeln i punkt P2, som kallas huvudpunkten (eller den optiska mittpunkten). Avståndet mellan huvudpunkten och bildfokus är vad vi vanligtvis kallar brännvidd. Det fullständiga namnet är bildens effektiva brännvidd.
Det framgår också av figuren att avståndet från den sista ytan av det optiska systemet till bildens fokuspunkt F' kallas bakre brännvidd (BFL). På motsvarande sätt, om den parallella strålen infaller från höger sida, finns det även begrepp för effektiv brännvidd och främre brännvidd (FFL).
2. Metoder för brännviddstestning
I praktiken finns det många metoder som kan användas för att testa brännvidden hos optiska system. Baserat på olika principer kan metoderna för brännviddstestning delas in i tre kategorier. Den första kategorin baseras på bildplanets position, den andra kategorin använder förhållandet mellan förstoring och brännvidd för att erhålla brännviddsvärdet, och den tredje kategorin använder vågfrontskrökningen hos den konvergerande ljusstrålen för att erhålla brännviddsvärdet.
I det här avsnittet kommer vi att presentera de vanligaste metoderna för att testa brännvidden hos optiska system:
2.1Collimatormetoden
Principen för att använda en kollimator för att testa brännvidden för ett optiskt system visas i diagrammet nedan:
I figuren är testmönstret placerat i kollimatorns fokus. Testmönstrets höjd y och brännvidden fc' för kollimatorn är kända. Efter att den parallella strålen som avges av kollimatorn har konvergerats av det testade optiska systemet och avbildats på bildplanet, kan det optiska systemets brännvidd beräknas baserat på höjden y' för testmönstret på bildplanet. Brännvidden för det testade optiska systemet kan använda följande formel:
2.2 GaussiskMmetod
Den schematiska figuren över Gaussisk metod för att testa brännvidden för ett optiskt system visas nedan:
I figuren representeras de främre och bakre huvudplanen för det optiska systemet som testas som P respektive P', och avståndet mellan de två huvudplanen är dPI denna metod är värdet på dPanses vara känt, eller dess värde är litet och kan ignoreras. Ett objekt och en mottagarskärm placeras i vänster och höger ände, och avståndet mellan dem registreras som L, där L måste vara större än 4 gånger brännvidden för det testade systemet. Det testade systemet kan placeras i två positioner, betecknade position 1 respektive position 2. Objektet till vänster kan avbildas tydligt på mottagarskärmen. Avståndet mellan dessa två platser (betecknat D) kan mätas. Enligt det konjugerade förhållandet kan vi få:
Vid dessa två positioner registreras objektavstånden som s1 respektive s2, då är s2 - s1 = D. Genom formelhärledning kan vi få brännvidden för det optiska systemet enligt nedan:
2.3Lensometer
Lensometern är mycket lämplig för att testa optiska system med lång brännvidd. Dess schematiska figur är som följer:
För det första placeras inte den testade linsen i den optiska vägen. Det observerade målet till vänster passerar genom den kollimerande linsen och blir parallellt ljus. Det parallella ljuset konvergeras av en konvergerande lins med en brännvidd på f2och bildar en tydlig bild vid referensbildplanet. Efter att den optiska vägen har kalibrerats placeras den testade linsen i den optiska vägen, och avståndet mellan den testade linsen och den konvergerande linsen är f2Som ett resultat av detta, på grund av den testade linsens verkan, kommer ljusstrålen att fokuseras om, vilket orsakar en förskjutning av bildplanets position, vilket resulterar i en tydlig bild vid det nya bildplanets position i diagrammet. Avståndet mellan det nya bildplanet och den konvergerande linsen betecknas som x. Baserat på objekt-bild-förhållandet kan brännvidden för den testade linsen härledas till:
I praktiken har lensometern använts flitigt vid mätning av den övre fokuspunkten på glasögonglas, och har fördelarna med enkel användning och tillförlitlig precision.
2.4 AbbeRefraktometer
Abbe-refraktometern är en annan metod för att testa brännvidden hos optiska system. Dess schematiska figur är följande:
Placera två linjaler med olika höjder på objektytan av den lins som testas, nämligen skalplatta 1 och skalplatta 2. Motsvarande skalplattors höjder är y1 och y2. Avståndet mellan de två skalplattorna är e, och vinkeln mellan linjalens översta linje och den optiska axeln är u. Skalplattan avbildas av den testade linsen med en brännvidd på f. Ett mikroskop installeras vid bildytan. Genom att flytta mikroskopets position erhålls de översta bilderna på de två skalplattorna. Vid denna tidpunkt betecknas avståndet mellan mikroskopet och den optiska axeln som y. Beroende på objekt-bild-förhållandet kan vi få brännvidden som:
2.5 Moire-deflektometriMetod
Moiré-deflektometrimetoden använder två uppsättningar Ronchi-linjer i parallella ljusstrålar. Ronchi-linjen är ett rutnätsliknande mönster av metallkromfilm som avsätts på ett glassubstrat, vanligtvis används för att testa prestandan hos optiska system. Metoden använder förändringen i Moiré-fransar som bildas av de två gittren för att testa det optiska systemets brännvidd. Det schematiska diagrammet för principen är följande:
I figuren ovan blir det observerade objektet, efter att ha passerat genom kollimatorn, en parallell stråle. I den optiska vägen, utan att först lägga till den testade linsen, passerar den parallella strålen genom två gitter med en förskjutningsvinkel på θ och ett gitteravstånd på d, vilket bildar en uppsättning moiréfransar på bildplanet. Sedan placeras den testade linsen i den optiska vägen. Det ursprungliga kollimerade ljuset, efter brytning av linsen, kommer att producera en viss brännvidd. Ljusstrålens krökningsradie kan erhållas från följande formel:
Vanligtvis placeras linsen som testas mycket nära det första gittret, så R-värdet i formeln ovan motsvarar linsens brännvidd. Fördelen med denna metod är att den kan testa brännvidden för system med positiv och negativ brännvidd.
2.6 OptiskFiberAautokollimeringMmetod
Principen för att använda autokollimeringsmetoden med optisk fiber för att testa linsens brännvidd visas i figuren nedan. Den använder fiberoptik för att avge en divergent stråle som passerar genom linsen som testas och sedan mot en plan spegel. De tre optiska banorna i figuren representerar förhållandena för den optiska fibern inom fokus, inom fokus respektive utanför fokus. Genom att flytta den testade linsens position fram och tillbaka kan man hitta fiberhuvudets position i fokus. Vid denna tidpunkt är strålen självkollimerande, och efter reflektion av den plana spegeln kommer det mesta av energin att återgå till fiberhuvudets position. Metoden är enkel i princip och lätt att implementera.
3. Slutsats
Brännvidd är en viktig parameter för ett optiskt system. I den här artikeln beskriver vi konceptet med brännvidd för ett optiskt system och dess testmetoder. Tillsammans med det schematiska diagrammet förklarar vi definitionen av brännvidd, inklusive begreppen brännvidd på bildsidan, brännvidd på objektsidan och brännvidd framifrån och bakifrån. I praktiken finns det många metoder för att testa brännvidden för ett optiskt system. Den här artikeln introducerar testprinciperna för kollimatormetoden, Gauss-metoden, brännviddsmätningsmetoden, Abbe-brännviddsmätningsmetoden, Moiré-avböjningsmetoden och autokollimeringsmetoden för optiska fibrer. Jag tror att genom att läsa den här artikeln kommer du att få en bättre förståelse för brännviddsparametrarna i optiska system.
Publiceringstid: 9 augusti 2024
