1. Brännvidd för optiska system
Brännvidd är en mycket viktig indikator på optiskt system, för begreppet brännvidd har vi mer eller mindre en förståelse, vi granskar 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 koncentrationen eller divergensen av ljus i ett optiskt system. Vi använder följande diagram för att illustrera detta koncept.
I figuren ovan konvergerar den parallella strålen som infaller från den vänstra änden, efter att ha passerat genom det optiska systemet, till bildfokuset F', den omvända förlängningslinjen för den konvergerande strålen skär den motsvarande förlängningslinjen för den infallande parallella strålen vid en punkt, och ytan som passerar denna punkt och är vinkelrät mot den optiska axeln kallas det bakre huvudplanet, det bakre huvudplanet skär den optiska axeln vid punkt P2, som kallas huvudpunkten (eller den optiska mittpunkten), avståndet mellan huvudpunkten och bildfokus, det är vad vi brukar kalla brännvidden, det fullständiga namnet är bildens effektiva brännvidd.
Det kan också ses av figuren att avståndet från det optiska systemets sista yta till bildens brännpunkt F' kallas bakre brännvidd (BFL). På motsvarande sätt, om den parallella strålen infaller från höger sida, finns det också koncept för effektiv brännvidd och främre brännvidd (FFL).
2. Testmetoder för brännvidd
I praktiken finns det många metoder som kan användas för att testa brännvidden hos optiska system. Utifrån olika principer kan metoderna för brännviddstestning delas in i tre kategorier. Den första kategorin är baserad på bildplanets position, den andra kategorin använder förhållandet mellan förstoring och brännvidd för att erhålla brännviddsvärdet, och den tredje kategorin använder vågfrontskrökningen för den konvergerande ljusstrålen för att erhålla brännviddsvärdet .
I det här avsnittet kommer vi att introducera de vanligaste metoderna för att testa brännvidden för optiska system:：
2.1Collimatormetoden
Principen för att använda en kollimator för att testa brännvidden för ett optiskt system är som visas i diagrammet nedan:
I figuren är testmönstret placerat i fokus för kollimatorn. Testmönstrets höjd y och brännvidden fc' av kollimatorn är kända. Efter att den parallella strålen som emitteras av kollimatorn har konvergerats av det testade optiska systemet och avbildats på bildplanet, kan det optiska systemets brännvidd beräknas baserat på höjden y' av testmönstret på bildplanet. Brännvidden för det testade optiska systemet kan använda följande formel:
2.2 GaussiskMetod
Den schematiska figuren av Gaussisk metod för att testa brännvidden för ett optiskt system visas som nedan:
I figuren är de främre och bakre huvudplanen för det optiska systemet som testas representerade som P respektive P', och avståndet mellan de två huvudplanen är dP. I denna metod är värdet av dPanses vara känt eller så är dess värde litet och kan ignoreras. Ett objekt och en mottagningsskärm placeras i vänster och höger ände, och avståndet mellan dem registreras som L, där L måste vara större än 4 gånger brännvidden för systemet som testas. Systemet som testas kan placeras i två positioner, betecknade som position 1 respektive position 2. Objektet till vänster kan tydligt avbildas på mottagningsskärmen. Avståndet mellan dessa två platser (betecknat som D) kan mätas. Enligt det konjugerade förhållandet kan vi få:
Vid dessa två positioner registreras objektavstånden som s1 respektive s2, sedan s2 - s1 = D. Genom formelhärledning kan vi få det optiska systemets brännvidd 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 linsen som testas i den optiska banan. 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 banan har kalibrerats placeras linsen som testas i den optiska banan, och avståndet mellan linsen som testas och den konvergerande linsen är f2. Som ett resultat, på grund av verkan av linsen som testas, kommer ljusstrålen att omfokuseras, vilket orsakar en förskjutning i bildplanets position, vilket resulterar i en tydlig bild vid positionen för det nya bildplanet i diagrammet. Avståndet mellan det nya bildplanet och den konvergerande linsen betecknas som x. Baserat på förhållandet mellan objekt och bild kan brännvidden för objektivet som testas antas som:
I praktiken har linsmätaren använts flitigt i toppfokalmätningen av glasögonglas, och har fördelarna med enkel användning och pålitlig precision.
2.4 AbbeRefraktometer
Abbe refraktometer är en annan metod för att testa brännvidden hos optiska system. Dess schematiska figur är som följer:
Placera två linjaler med olika höjd på objektets sida av linsen som testas, nämligen skalplåt 1 och skalplåt 2. Motsvarande skalplåtars höjd är y1 och y2. Avståndet mellan de två skalplåtarna är e, och vinkeln mellan linjalens översta linje och den optiska axeln är u. Den skalplätering avbildas av den testade linsen med en brännvidd på f. Ett mikroskop är installerat vid bildytans ände. Genom att flytta mikroskopets position hittas de översta bilderna av de två skalplåtarna. Vid denna tidpunkt betecknas avståndet mellan mikroskopet och den optiska axeln som y. Enligt förhållandet objekt-bild kan vi få brännvidden som:
2.5 Moire-deflektometriMetod
Moiré-deflektometrimetoden kommer att använda två uppsättningar Ronchi-utslag i parallella ljusstrålar. Ronchi-härskande är ett rutmönster av metallkromfilm avsatt på ett glassubstrat, som vanligtvis används för att testa prestanda 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 över principen är som följer:
I figuren ovan blir det observerade föremålet, efter att ha passerat genom kollimatorn, en parallell stråle. I den optiska banan, 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, och bildar en uppsättning Moiré-fransar på bildplanet. Sedan placeras den testade linsen i den optiska banan. Det ursprungliga kollimerade ljuset, efter brytning av linsen, kommer att producera en viss brännvidd. Ljusstrålens krökningsradie kan erhållas från följande formel:
Vanligtvis placeras objektivet 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 hos system med positiv och negativ brännvidd.
2.6 OptiskFiberAutokollimationMetod
Principen för att använda autokollimationsmetoden för optisk fiber för att testa linsens brännvidd visas i figuren nedan. Den använder fiberoptik för att avge en divergerande stråle som passerar genom linsen som testas och sedan till 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 fram och tillbaka positionen för objektivet som testas kan du hitta fiberhuvudets position i fokus. Vid denna tidpunkt är strålen självkollimerad, och efter reflektion av den plana spegeln kommer det mesta av energin att återgå till fiberhuvudets position. Metoden är i princip enkel och lätt att implementera.
3. Slutsats
Brännvidd är en viktig parameter för ett optiskt system. I den här artikeln beskriver vi konceptet för det optiska systemets brännvidd och dess testmetoder. I kombination med det schematiska diagrammet förklarar vi definitionen av brännvidd, inklusive begreppen brännvidd på bildsidan, brännvidd på objektsidan och brännvidd framifrån till baksidan. I praktiken finns det många metoder för att testa brännvidden hos ett optiskt system. Den här artikeln introducerar testprinciperna för kollimatormetoden, Gaussmetoden, mätmetoden för brännvidd, mätmetoden Abbe brännviddsmätningsmetoden, Moiré-avböjningsmetoden och autokollimationsmetoden för optisk fiber. Jag tror att genom att läsa den här artikeln kommer du att få en bättre förståelse för brännviddsparametrarna i optiska system.
Posttid: Aug-09-2024
