1.Lunghezza focale dei sistemi ottici
La lunghezza focale è un indicatore molto importante del sistema ottico, per il concetto di lunghezza focale, abbiamo più o meno una comprensione, lo esaminiamo qui.
La lunghezza focale di un sistema ottico, definita come la distanza dal centro ottico del sistema ottico al fuoco del raggio quando la luce incidente è parallela, è una misura della concentrazione o della divergenza della luce in un sistema ottico. Usiamo il seguente diagramma per illustrare questo concetto.
Nella figura sopra, il raggio parallelo incidente dall'estremità sinistra, dopo aver attraversato il sistema ottico, converge al fuoco dell'immagine F', la linea di estensione inversa del raggio convergente si interseca con la corrispondente linea di estensione del raggio parallelo incidente ad un punto, e la superficie che passa questo punto ed è perpendicolare all'asse ottico è chiamata piano principale posteriore, il piano principale posteriore si interseca con l'asse ottico nel punto P2, che è chiamato punto principale (o punto centrale ottico), la distanza tra il punto principale e il fuoco dell'immagine, è ciò che comunemente chiamiamo lunghezza focale, il nome completo è la lunghezza focale effettiva dell'immagine.
Dalla figura si può anche vedere che la distanza dall'ultima superficie del sistema ottico al punto focale F' dell'immagine è chiamata lunghezza focale posteriore (BFL). Di conseguenza, se il raggio parallelo incide dal lato destro, esistono anche i concetti di lunghezza focale effettiva e lunghezza focale frontale (FFL).
2. Metodi di test della lunghezza focale
In pratica, esistono molti metodi che possono essere utilizzati per testare la lunghezza focale dei sistemi ottici. Sulla base di principi diversi, i metodi di test della lunghezza focale possono essere suddivisi in tre categorie. La prima categoria si basa sulla posizione del piano dell'immagine, la seconda categoria utilizza la relazione tra ingrandimento e lunghezza focale per ottenere il valore della lunghezza focale e la terza categoria utilizza la curvatura del fronte d'onda del fascio luminoso convergente per ottenere il valore della lunghezza focale. .
In questa sezione introdurremo i metodi comunemente utilizzati per testare la lunghezza focale dei sistemi ottici::
2.1CMetodo dell'olimatore
Il principio di utilizzo di un collimatore per testare la lunghezza focale di un sistema ottico è mostrato nel diagramma seguente:
Nella figura, il modello di prova è posizionato al fuoco del collimatore. L'altezza y del modello di prova e la lunghezza focale fc' del collimatore sono noti. Dopo che il raggio parallelo emesso dal collimatore è stato fatto convergere dal sistema ottico testato e ripreso sul piano dell'immagine, la lunghezza focale del sistema ottico può essere calcolata in base all'altezza y' del modello di prova sul piano dell'immagine. La lunghezza focale del sistema ottico testato può utilizzare la seguente formula:
2.2 gaussianoMmetodo
La figura schematica del metodo gaussiano per testare la lunghezza focale di un sistema ottico è mostrata di seguito:
Nella figura, i piani principali anteriore e posteriore del sistema ottico in prova sono rappresentati rispettivamente come P e P', e la distanza tra i due piani principali è dP. In questo metodo, il valore di dPè considerato noto oppure il suo valore è piccolo e può essere ignorato. Un oggetto e uno schermo ricevente vengono posizionati alle estremità sinistra e destra e la distanza tra loro viene registrata come L, dove L deve essere maggiore di 4 volte la lunghezza focale del sistema in prova. Il sistema in prova può essere posizionato in due posizioni, indicate rispettivamente come posizione 1 e posizione 2. L'oggetto a sinistra può essere visualizzato chiaramente sullo schermo di ricezione. La distanza tra queste due posizioni (indicate come D) può essere misurata. Secondo la relazione coniugata otteniamo:
In queste due posizioni, le distanze dell'oggetto vengono registrate rispettivamente come s1 e s2, quindi s2 - s1 = D. Attraverso la derivazione della formula, possiamo ottenere la lunghezza focale del sistema ottico come di seguito:
2.3lensometro
Il Lensometer è molto adatto per testare sistemi ottici a lunga lunghezza focale. La sua figura schematica è la seguente:
Innanzitutto, la lente sottoposta a test non viene inserita nel percorso ottico. Il bersaglio osservato a sinistra passa attraverso la lente di collimazione e diventa luce parallela. La luce parallela viene fatta convergere da una lente convergente con lunghezza focale f2e forma un'immagine chiara sul piano dell'immagine di riferimento. Dopo aver calibrato il percorso ottico, la lente sotto test viene posizionata nel percorso ottico e la distanza tra la lente sotto test e la lente convergente è f2. Di conseguenza, a causa dell'azione della lente sottoposta a test, il raggio di luce verrà rifocalizzato, provocando uno spostamento nella posizione del piano dell'immagine, risultando in un'immagine chiara nella posizione del nuovo piano dell'immagine nel diagramma. La distanza tra il nuovo piano dell'immagine e la lente convergente è indicata come x. In base alla relazione oggetto-immagine, la lunghezza focale della lente in prova può essere dedotta come:
In pratica, il frontometro è stato ampiamente utilizzato nella misurazione focale superiore delle lenti per occhiali e presenta i vantaggi di un funzionamento semplice e di una precisione affidabile.
2.4 AbateRefrattometro
Il rifrattometro di Abbe è un altro metodo per testare la lunghezza focale dei sistemi ottici. La sua figura schematica è la seguente:
Posizionare due righelli con altezze diverse sul lato della superficie dell'oggetto della lente da testare, vale a dire la scala 1 e la scala 2. Le altezze delle scale corrispondenti sono y1 e y2. La distanza tra le due scale è e, e l'angolo tra la linea superiore del righello e l'asse ottico è u. La scala viene ripresa dall'obiettivo testato con una lunghezza focale di f. Un microscopio è installato all'estremità della superficie dell'immagine. Spostando la posizione del microscopio si trovano le immagini in alto delle due scale. A questo punto, la distanza tra il microscopio e l'asse ottico è indicata come y. In base alla relazione oggetto-immagine, possiamo ottenere la lunghezza focale come:
2.5 Deflettometria MoiréMetodo
Il metodo della deflettometria Moiré utilizzerà due serie di righe Ronchi in fasci di luce paralleli. La rigatura Ronchi è una struttura a griglia di pellicola metallica cromata depositata su un substrato di vetro, comunemente utilizzata per testare le prestazioni dei sistemi ottici. Il metodo utilizza la variazione delle frange Moiré formate dai due reticoli per testare la lunghezza focale del sistema ottico. Lo schema del principio è il seguente:
Nella figura sopra, l'oggetto osservato, dopo essere passato attraverso il collimatore, diventa un raggio parallelo. Nel percorso ottico, senza aggiungere prima la lente testata, il fascio parallelo passa attraverso due reticoli con un angolo di spostamento di θ e una spaziatura tra i reticoli di d, formando un insieme di frange Moiré sul piano dell'immagine. Quindi, la lente testata viene posizionata nel percorso ottico. La luce collimata originale, dopo la rifrazione da parte della lente, produrrà una certa lunghezza focale. Il raggio di curvatura del fascio luminoso può essere ottenuto dalla seguente formula:
Solitamente la lente in prova viene posizionata molto vicino al primo reticolo, quindi il valore R nella formula sopra corrisponde alla lunghezza focale della lente. Il vantaggio di questo metodo è che può testare la lunghezza focale di sistemi a lunghezza focale positiva e negativa.
2.6 OtticoFiberAautocollimazioneMmetodo
Il principio di utilizzo del metodo di autocollimazione della fibra ottica per testare la lunghezza focale dell'obiettivo è mostrato nella figura seguente. Utilizza fibre ottiche per emettere un raggio divergente che passa attraverso la lente da testare e quindi su uno specchio piano. I tre percorsi ottici nella figura rappresentano rispettivamente le condizioni della fibra ottica all'interno del fuoco, all'interno del fuoco e all'esterno del fuoco. Spostando avanti e indietro la posizione della lente da testare, è possibile trovare la posizione della testa della fibra nel fuoco. In questo momento, il raggio è auto-collimato e, dopo la riflessione da parte dello specchio piano, la maggior parte dell'energia ritornerà nella posizione della testa della fibra. Il metodo è semplice in linea di principio e facile da implementare.
3.Conclusione
La lunghezza focale è un parametro importante di un sistema ottico. In questo articolo, descriviamo in dettaglio il concetto di lunghezza focale del sistema ottico e i suoi metodi di test. In combinazione con il diagramma schematico, spieghiamo la definizione di lunghezza focale, compresi i concetti di lunghezza focale lato immagine, lunghezza focale lato oggetto e lunghezza focale fronte-retro. In pratica, esistono molti metodi per testare la lunghezza focale di un sistema ottico. Questo articolo introduce i principi di prova del metodo del collimatore, del metodo gaussiano, del metodo di misurazione della lunghezza focale, del metodo di misurazione della lunghezza focale di Abbe, del metodo di deflessione Moiré e del metodo di autocollimazione della fibra ottica. Credo che leggendo questo articolo avrai una migliore comprensione dei parametri della lunghezza focale nei sistemi ottici.
Orario di pubblicazione: 09 agosto 2024
