1. Ogniskowa układów optycznych
Ogniskowa jest bardzo ważnym wskaźnikiem układu optycznego, dla pojęcia ogniskowej mamy mniej więcej pojęcie, które tutaj recenzujemy.
Ogniskowa układu optycznego, definiowana jako odległość od środka optycznego układu optycznego do ogniska wiązki, gdy pada światło równoległe, jest miarą stężenia lub rozbieżności światła w układzie optycznym. Aby zilustrować tę koncepcję, używamy poniższego diagramu.
Na powyższym rysunku wiązka równoległa padająca z lewego końca po przejściu przez układ optyczny zbiega się do ogniska obrazu F', odwrotna linia przedłużenia promienia zbieżnego przecina się z odpowiednią linią przedłużenia padającego promienia równoległego w punkcie punkt, a powierzchnia przechodząca przez ten punkt i jest prostopadła do osi optycznej, nazywana jest tylną płaszczyzną główną, tylna płaszczyzna główna przecina się z osią optyczną w punkcie P2, który nazywa się punktem głównym (lub optycznym punktem środkowym), odległość między punktem głównym a ogniskiem obrazu, to jest to, co zwykle nazywamy ogniskową, a pełna nazwa to efektywna ogniskowa obrazu.
Z rysunku widać również, że odległość od ostatniej powierzchni układu optycznego do ogniska F' obrazu nazywana jest tylną ogniskową (BFL). Odpowiednio, jeśli wiązka równoległa pada z prawej strony, istnieją również koncepcje efektywnej ogniskowej i przedniej ogniskowej (FFL).
2. Metody badania ogniskowej
W praktyce istnieje wiele metod badania ogniskowej układów optycznych. W oparciu o różne zasady metody badania ogniskowej można podzielić na trzy kategorie. Pierwsza kategoria opiera się na położeniu płaszczyzny obrazu, druga kategoria wykorzystuje zależność pomiędzy powiększeniem a ogniskową w celu uzyskania wartości ogniskowej, a trzecia kategoria wykorzystuje krzywiznę czoła fali zbieżnej wiązki światła w celu uzyskania wartości ogniskowej .
W tej sekcji przedstawimy powszechnie stosowane metody badania ogniskowej układów optycznych:
2.1CMetoda olimatorowa
Zasadę stosowania kolimatora do badania ogniskowej układu optycznego przedstawiono na poniższym schemacie:
Na rysunku wzór testowy umieszczony jest w ognisku kolimatora. Wysokość y wzoru testowego i ogniskowa fckolimatora są znane. Po zbieżności równoległej wiązki emitowanej przez kolimator przez badany układ optyczny i zobrazowaniu go na płaszczyźnie obrazu, na podstawie wysokości y' obrazu testowego na płaszczyźnie obrazu można obliczyć ogniskową układu optycznego. Ogniskową badanego układu optycznego można obliczyć ze wzoru:
2.2 GaussaMetoda
Schematyczny rysunek metody Gaussa do badania ogniskowej układu optycznego pokazano poniżej:
Na rysunku główne płaszczyzny przednia i tylna badanego układu optycznego są przedstawione odpowiednio jako P i P', a odległość między dwiema głównymi płaszczyznami wynosi dP. W tej metodzie wartość dPuważa się za znaną lub jej wartość jest niewielka i można ją zignorować. Obiekt i ekran odbiorczy umieszcza się na lewym i prawym końcu, a odległość między nimi rejestruje się jako L, gdzie L musi być większe niż 4-krotność ogniskowej testowanego układu. Badany układ można ustawić w dwóch pozycjach, oznaczonych odpowiednio jako pozycja 1 i pozycja 2. Obiekt po lewej stronie może być wyraźnie widoczny na ekranie odbiorczym. Można zmierzyć odległość pomiędzy tymi dwoma lokalizacjami (oznaczoną jako D). Zgodnie z zależnością sprzężoną możemy otrzymać:
W tych dwóch pozycjach odległości obiektów są rejestrowane odpowiednio jako s1 i s2, a następnie s2 - s1 = D. Wyprowadzając wzór, możemy otrzymać ogniskową układu optycznego jak poniżej:
2.3LEnzometr
Lensometr doskonale nadaje się do testowania układów optycznych o długich ogniskowych. Jego schematyczny rysunek przedstawia się następująco:
Po pierwsze, testowana soczewka nie jest umieszczona w torze optycznym. Obserwowany cel po lewej stronie przechodzi przez soczewkę kolimacyjną i staje się światłem równoległym. Światło równoległe jest skupiane przez soczewkę skupiającą o ogniskowej f2i tworzy wyraźny obraz na płaszczyźnie obrazu odniesienia. Po skalibrowaniu ścieżki optycznej badaną soczewkę umieszcza się na ścieżce optycznej, a odległość między badaną soczewką a soczewką skupiającą wynosi f2. W rezultacie, pod wpływem działania badanej soczewki, wiązka światła zostanie ponownie skupiona, co spowoduje przesunięcie położenia płaszczyzny obrazu, co w rezultacie spowoduje, że obraz będzie wyraźny w miejscu nowej płaszczyzny obrazu na schemacie. Odległość nowej płaszczyzny obrazu od soczewki skupiającej oznacza się jako x. Na podstawie relacji obiekt-obraz ogniskową badanego obiektywu można wywnioskować jako:
W praktyce obiektywometr był szeroko stosowany w pomiarach najwyższej ogniskowej soczewek okularowych i ma zalety prostej obsługi i niezawodnej precyzji.
2.4 AbbeRefraktometr
Refraktometr Abbego to kolejna metoda badania ogniskowej układów optycznych. Jego schematyczny rysunek przedstawia się następująco:
Umieść dwie linijki o różnych wysokościach po stronie badanej soczewki, a mianowicie płytkę skali 1 i płytkę skali 2. Odpowiednie wysokości płytek skali to y1 i y2. Odległość pomiędzy płytkami skali wynosi e, a kąt pomiędzy górną linią linijki a osią optyczną wynosi u. Skalę obrazuje testowany obiektyw o ogniskowej f. Mikroskop jest zainstalowany na końcu powierzchni obrazu. Przesuwając położenie mikroskopu, można znaleźć górne obrazy dwóch płytek skalowych. W tym momencie odległość między mikroskopem a osią optyczną oznacza się jako y. Zgodnie z zależnością obiekt-obraz możemy uzyskać ogniskową jako:
2.5 Deflektometria Moire’aMetoda
Metoda deflektometrii Moiré będzie wykorzystywać dwa zestawy linijek Ronchiego w równoległych wiązkach światła. Linijka Ronchi to przypominający siatkę wzór z folii metalowo-chromowej osadzonej na szklanym podłożu, powszechnie stosowany do testowania wydajności układów optycznych. Metoda wykorzystuje zmianę prążków mory utworzonych przez dwie siatki do badania ogniskowej układu optycznego. Schemat ideowy zasady jest następujący:
Na powyższym rysunku obserwowany obiekt po przejściu przez kolimator staje się wiązką równoległą. W torze optycznym, bez uprzedniego dodania badanej soczewki, wiązka równoległa przechodzi przez dwie siatki o kącie przemieszczenia θ i rozstawie siatek d, tworząc na płaszczyźnie obrazu zespół prążków mory. Następnie badaną soczewkę umieszcza się na torze optycznym. Oryginalnie skolimowane światło, po załamaniu przez soczewkę, da określoną ogniskową. Promień krzywizny wiązki światła można obliczyć z następującego wzoru:
Zwykle badaną soczewkę umieszcza się bardzo blisko pierwszej siatki, zatem wartość R w powyższym wzorze odpowiada ogniskowej soczewki. Zaletą tej metody jest to, że umożliwia badanie ogniskowej systemów ogniskowych dodatnich i ujemnych.
2.6 OptycznyFiberAautokolimacjaMetoda
Zasadę stosowania metody autokolimacji światłowodowej do badania ogniskowej obiektywu przedstawiono na poniższym rysunku. Wykorzystuje światłowód do emisji rozbieżnej wiązki, która przechodzi przez testowaną soczewkę, a następnie na zwierciadło płaskie. Trzy ścieżki optyczne na rysunku przedstawiają warunki światłowodu odpowiednio w ognisku, w ognisku i poza ogniskiem. Przesuwając położenie badanej soczewki w tę i z powrotem, można znaleźć położenie głowicy światłowodu w ognisku. W tym momencie wiązka ulega samokolimacji i po odbiciu przez zwierciadło płaskie większość energii powróci do położenia głowicy światłowodu. Metoda jest w zasadzie prosta i łatwa do wdrożenia.
3.Wniosek
Ogniskowa jest ważnym parametrem układu optycznego. W artykule szczegółowo opisujemy pojęcie ogniskowej układu optycznego oraz metody jej badania. W połączeniu ze schematem wyjaśniamy definicję ogniskowej, w tym pojęcia ogniskowej po stronie obrazu, ogniskowej po stronie obiektu i ogniskowej od przodu do tyłu. W praktyce istnieje wiele metod badania ogniskowej układu optycznego. W artykule przedstawiono zasady badań metodą kolimatorową, metodą Gaussa, metodą pomiaru ogniskowej, metodą pomiaru ogniskowej Abbego, metodą odchylania mory oraz metodą autokolimacji światłowodu. Wierzę, że czytając ten artykuł, lepiej zrozumiecie parametry ogniskowych w układach optycznych.
Czas publikacji: 09 sierpnia 2024 r
