1. Brandpuntsafstand van optische systemen
De brandpuntsafstand is een zeer belangrijke indicator van het optische systeem. Voor het concept van de brandpuntsafstand hebben we min of meer begrip, we bespreken het hier.
De brandpuntsafstand van een optisch systeem, gedefinieerd als de afstand van het optische centrum van het optische systeem tot het brandpunt van de straal bij parallel invallend licht, is een maatstaf voor de concentratie of divergentie van licht in een optisch systeem. Om dit concept te illustreren gebruiken we het volgende diagram.
In de bovenstaande figuur convergeert de parallelle straal die vanaf het linkeruiteinde invalt, na door het optische systeem te zijn gegaan, naar het beeldfocus F', waarbij de omgekeerde verlengingslijn van de convergerende straal de corresponderende verlengingslijn van de invallende parallelle straal snijdt op een punt punt, en het oppervlak dat dit punt passeert en loodrecht op de optische as staat, wordt het achterste hoofdvlak genoemd, het achterste hoofdvlak snijdt de optische as in punt P2, dat het hoofdpunt wordt genoemd (of het optische middelpunt), de afstand tussen het hoofdpunt en de focus van het beeld, dit is wat we gewoonlijk de brandpuntsafstand noemen, de volledige naam is de effectieve brandpuntsafstand van het beeld.
Uit de figuur blijkt ook dat de afstand van het laatste oppervlak van het optische systeem tot het brandpunt F' van het beeld de achterste brandpuntsafstand (BFL) wordt genoemd. Dienovereenkomstig, als de parallelle straal vanaf de rechterkant invalt, zijn er ook concepten van effectieve brandpuntsafstand en voorste brandpuntsafstand (FFL).
2. Testmethoden voor brandpuntsafstand
In de praktijk zijn er veel methoden die kunnen worden gebruikt om de brandpuntsafstand van optische systemen te testen. Op basis van verschillende principes kunnen de testmethoden voor de brandpuntsafstand in drie categorieën worden verdeeld. De eerste categorie is gebaseerd op de positie van het beeldvlak, de tweede categorie gebruikt de relatie tussen vergroting en brandpuntsafstand om de waarde van de brandpuntsafstand te verkrijgen, en de derde categorie gebruikt de golffrontkromming van de convergerende lichtbundel om de waarde van de brandpuntsafstand te verkrijgen. .
In deze sectie introduceren we de veelgebruikte methoden voor het testen van de brandpuntsafstand van optische systemen::
2.1Colimator-methode
Het principe van het gebruik van een collimator om de brandpuntsafstand van een optisch systeem te testen is zoals weergegeven in het onderstaande diagram:
In de figuur is het testpatroon in het brandpunt van de collimator geplaatst. De hoogte y van het testpatroon en de brandpuntsafstand fc' van de collimator zijn bekend. Nadat de door de collimator uitgezonden parallelle bundel door het geteste optische systeem is geconvergeerd en op het beeldvlak is afgebeeld, kan de brandpuntsafstand van het optische systeem worden berekend op basis van de hoogte y' van het testpatroon op het beeldvlak. De brandpuntsafstand van het geteste optische systeem kan de volgende formule gebruiken:
2.2 GaussiaansMmethode
De schematische afbeelding van de Gauss-methode voor het testen van de brandpuntsafstand van een optisch systeem wordt hieronder weergegeven:
In de figuur worden de voorste en achterste hoofdvlakken van het geteste optische systeem respectievelijk weergegeven als P en P', en is de afstand tussen de twee hoofdvlakken d.P. Bij deze methode wordt de waarde van dPwordt als bekend beschouwd, of de waarde ervan is klein en kan worden genegeerd. Aan de linker- en rechterkant worden een object en een ontvangstscherm geplaatst, en de afstand daartussen wordt geregistreerd als L, waarbij L groter moet zijn dan vier keer de brandpuntsafstand van het geteste systeem. Het te testen systeem kan in twee posities worden geplaatst, respectievelijk aangeduid als positie 1 en positie 2. Het object links kan duidelijk in beeld worden gebracht op het ontvangstscherm. De afstand tussen deze twee locaties (aangeduid als D) kan worden gemeten. Volgens de geconjugeerde relatie kunnen we krijgen:
Op deze twee posities worden de objectafstanden respectievelijk geregistreerd als s1 en s2, en vervolgens s2 - s1 = D. Door het afleiden van formules kunnen we de brandpuntsafstand van het optische systeem verkrijgen, zoals hieronder:
2.3Lensometer
De Lensometer is zeer geschikt voor het testen van optische systemen met een lange brandpuntsafstand. De schematische figuur is als volgt:
Ten eerste wordt de te testen lens niet in het optische pad geplaatst. Het waargenomen doel aan de linkerkant gaat door de collimatorlens en wordt parallel licht. Het parallelle licht wordt geconvergeerd door een convergerende lens met een brandpuntsafstand van f2en vormt een helder beeld op het referentiebeeldvlak. Nadat het optische pad is gekalibreerd, wordt de te testen lens in het optische pad geplaatst en is de afstand tussen de te testen lens en de convergerende lens f2. Als gevolg hiervan zal de lichtbundel, als gevolg van de werking van de te testen lens, opnieuw worden scherpgesteld, waardoor een verschuiving in de positie van het beeldvlak ontstaat, wat resulteert in een helder beeld op de positie van het nieuwe beeldvlak in het diagram. De afstand tussen het nieuwe beeldvlak en de convergerende lens wordt aangegeven als x. Op basis van de object-beeldrelatie kan de brandpuntsafstand van de geteste lens worden afgeleid als:
In de praktijk wordt de lensometer op grote schaal gebruikt bij de topfocale meting van brillenglazen, en heeft hij de voordelen van een eenvoudige bediening en betrouwbare precisie.
2.4 AbtRfractometer
De Abbe-refractometer is een andere methode voor het testen van de brandpuntsafstand van optische systemen. De schematische figuur is als volgt:
Plaats twee linialen met verschillende hoogtes aan de objectoppervlakzijde van de te testen lens, namelijk schaalplaat 1 en schaalplaat 2. De overeenkomstige hoogtes van de schaalplaten zijn y1 en y2. De afstand tussen de twee schaalplaten is e, en de hoek tussen de bovenste lijn van de liniaal en de optische as is u. Het geschaalde beeld wordt afgebeeld door de geteste lens met een brandpuntsafstand van f. Aan het uiteinde van het beeldoppervlak is een microscoop geïnstalleerd. Door de positie van de microscoop te verplaatsen, worden de bovenste afbeeldingen van de twee schaalplaten gevonden. Op dit moment wordt de afstand tussen de microscoop en de optische as aangegeven als y. Volgens de object-beeldrelatie kunnen we de brandpuntsafstand als volgt verkrijgen:
2.5 Moiré-deflectometrieMethode
De Moiré-deflectometriemethode maakt gebruik van twee sets Ronchi-regels in parallelle lichtbundels. De Ronchi-uitspraak is een rasterachtig patroon van metaalchroomfilm afgezet op een glazen substraat, dat gewoonlijk wordt gebruikt voor het testen van de prestaties van optische systemen. De methode maakt gebruik van de verandering in Moiré-randen gevormd door de twee roosters om de brandpuntsafstand van het optische systeem te testen. Het schematische diagram van het principe is als volgt:
In de figuur hierboven wordt het waargenomen object, nadat het door de collimator is gegaan, een evenwijdige straal. In het optische pad gaat de parallelle bundel, zonder eerst de geteste lens toe te voegen, door twee roosters met een verplaatsingshoek van θ en een roosterafstand van d, waardoor een reeks Moiré-randen op het beeldvlak wordt gevormd. Vervolgens wordt de geteste lens in het optische pad geplaatst. Het oorspronkelijke gecollimeerde licht zal, na breking door de lens, een bepaalde brandpuntsafstand produceren. De kromtestraal van de lichtbundel kan worden verkregen uit de volgende formule:
Meestal wordt de te testen lens heel dicht bij het eerste rooster geplaatst, zodat de R-waarde in de bovenstaande formule overeenkomt met de brandpuntsafstand van de lens. Het voordeel van deze methode is dat deze de brandpuntsafstand van positieve en negatieve brandpuntsafstandsystemen kan testen.
2.6 OptischFiberAutocollimatieMmethode
Het principe van het gebruik van de autocollimatiemethode met optische vezels om de brandpuntsafstand van de lens te testen, wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. Het maakt gebruik van glasvezel om een divergerende straal uit te zenden die door de te testen lens gaat en vervolgens op een vlakke spiegel terechtkomt. De drie optische paden in de figuur vertegenwoordigen respectievelijk de omstandigheden van de optische vezel binnen het focus, binnen het focus en buiten het focus. Door de positie van de te testen lens heen en weer te bewegen, kunt u de positie van de vezelkop in het brandpunt vinden. Op dit moment wordt de straal zelfgecollimeerd en na reflectie door de vlakke spiegel zal het grootste deel van de energie terugkeren naar de positie van de vezelkop. De methode is in principe eenvoudig en gemakkelijk te implementeren.
3. Conclusie
De brandpuntsafstand is een belangrijke parameter van een optisch systeem. In dit artikel beschrijven we het concept van de brandpuntsafstand van het optische systeem en de testmethoden ervan. Gecombineerd met het schematische diagram leggen we de definitie van brandpuntsafstand uit, inclusief de concepten van brandpuntsafstand aan de beeldzijde, brandpuntsafstand aan de objectzijde en de brandpuntsafstand van voren naar achteren. In de praktijk zijn er veel methoden om de brandpuntsafstand van een optisch systeem te testen. Dit artikel introduceert de testprincipes van de collimatormethode, de Gaussiaanse methode, de meetmethode voor de brandpuntsafstand, de Abbe-meetmethode voor de brandpuntsafstand, de Moiré-afbuigmethode en de autocollimatiemethode voor optische vezels. Ik geloof dat je door dit artikel te lezen een beter inzicht zult krijgen in de brandpuntsafstandparameters in optische systemen.
Posttijd: 09-aug-2024
