1. Žarišna duljina optičkih sustava
Žarišna duljina je vrlo važan pokazatelj optičkog sustava, što se tiče koncepta žarišne duljine, manje-više razumijemo, ovdje ćemo ga pregledati.
Žarišna duljina optičkog sustava, definirana kao udaljenost od optičkog središta optičkog sustava do žarišta snopa pri paralelnom upadu svjetlosti, mjera je koncentracije ili divergencije svjetlosti u optičkom sustavu. Za ilustraciju ovog koncepta koristimo sljedeći dijagram.
Na gornjoj slici, paralelni snop koji upada s lijevog kraja, nakon prolaska kroz optički sustav, konvergira prema žarištu slike F', obrnuta produžetna linija konvergentne zrake siječe se s odgovarajućom produžetnom linijom upadne paralelne zrake u točki, a površina koja prolazi tu točku i okomita je na optičku os naziva se stražnja glavna ravnina, stražnja glavna ravnina siječe se s optičkom osi u točki P2, koja se naziva glavna točka (ili optičko središte), udaljenost između glavne točke i žarišta slike, to je ono što obično nazivamo žarišnom duljinom, puni naziv je efektivna žarišna duljina slike.
Iz slike se također vidi da se udaljenost od posljednje površine optičkog sustava do žarišne točke F' slike naziva stražnja žarišna duljina (BFL). Sukladno tome, ako paralelni snop pada s desne strane, postoje i koncepti efektivne žarišne duljine i prednje žarišne duljine (FFL).
2. Metode ispitivanja žarišne duljine
U praksi postoji mnogo metoda koje se mogu koristiti za ispitivanje žarišne duljine optičkih sustava. Na temelju različitih načela, metode ispitivanja žarišne duljine mogu se podijeliti u tri kategorije. Prva kategorija temelji se na položaju ravnine slike, druga kategorija koristi odnos između povećanja i žarišne duljine za dobivanje vrijednosti žarišne duljine, a treća kategorija koristi zakrivljenost valne fronte konvergentnog svjetlosnog snopa za dobivanje vrijednosti žarišne duljine.
U ovom odjeljku predstavit ćemo uobičajene metode za ispitivanje žarišne duljine optičkih sustava:：
2.1CMetoda olimatora
Princip korištenja kolimatora za ispitivanje žarišne duljine optičkog sustava prikazan je na donjem dijagramu:
Na slici je testni uzorak postavljen u fokus kolimatora. Visina y testnog uzorka i žarišna duljina fc'kolimatora su poznati. Nakon što paralelni snop koji emitira kolimator konvergira testirani optički sustav i snimi se na ravnini slike, žarišna duljina optičkog sustava može se izračunati na temelju visine y' testnog uzorka na ravnini slike. Žarišna duljina testiranog optičkog sustava može se izračunati pomoću sljedeće formule:
2.2 GaussovaMmetoda
Shematski prikaz Gaussove metode za testiranje žarišne duljine optičkog sustava prikazan je u nastavku:
Na slici su prednja i stražnja glavna ravnina ispitivanog optičkog sustava prikazane kao P i P', a udaljenost između dvije glavne ravnine je dPU ovoj metodi, vrijednost dPsmatra se poznatom ili je njezina vrijednost mala i može se zanemariti. Objekt i prijemni zaslon postavljaju se na lijevi i desni kraj, a udaljenost između njih bilježi se kao L, gdje L mora biti veći od 4 puta žarišne duljine testiranog sustava. Testirani sustav može se postaviti u dva položaja, označena kao položaj 1 i položaj 2. Objekt s lijeve strane može se jasno vidjeti na prijemnom zaslonu. Udaljenost između ove dvije lokacije (označene kao D) može se izmjeriti. Prema konjugiranom odnosu možemo dobiti:
Na ove dvije pozicije, udaljenosti objekata se bilježe kao s1 i s2, odnosno s2, tada je s2 - s1 = D. Izvođenjem formule možemo dobiti žarišnu duljinu optičkog sustava kao što je prikazano u nastavku:
2.3Lenzometar
Lenzometar je vrlo prikladan za ispitivanje optičkih sustava s velikom žarišnom duljinom. Njegova shematska slika je sljedeća:
Prvo, testirana leća nije postavljena u optički put. Promatrana meta s lijeve strane prolazi kroz kolimatorsku leću i postaje paralelna svjetlost. Paralelna svjetlost konvergira konvergentna leća sa žarišnom duljinom f2i formira jasnu sliku na referentnoj ravnini slike. Nakon što je optički put kalibriran, testirana leća postavlja se u optički put, a udaljenost između testirane leće i konvergentne leće je f2Kao rezultat toga, zbog djelovanja ispitivane leće, svjetlosni snop će se preusmjeriti, uzrokujući pomak u položaju slikovne ravnine, što rezultira jasnom slikom na položaju nove slikovne ravnine na dijagramu. Udaljenost između nove slikovne ravnine i konvergentne leće označena je kao x. Na temelju odnosa objekta i slike, žarišna duljina ispitivane leće može se zaključiti kao:
U praksi se lenzometar široko koristi u mjerenju gornje žarišne točke naočalnih leća i ima prednosti jednostavnog rukovanja i pouzdane preciznosti.
2.4 AbbeRefraktometar
Abbeov refraktometar je još jedna metoda za ispitivanje žarišne duljine optičkih sustava. Njegov shematski prikaz je sljedeći:
Postavite dva ravnala različitih visina na stranu površine predmeta ispitivane leće, i to skalu 1 i skalu 2. Odgovarajuće visine skala su y1 i y2. Udaljenost između dviju skala je e, a kut između gornje linije ravnala i optičke osi je u. Skala se snima ispitivanom lećom sa žarišnom duljinom f. Mikroskop je postavljen na kraj površine slike. Pomicanjem položaja mikroskopa pronalaze se gornje slike dviju skala. U ovom trenutku, udaljenost između mikroskopa i optičke osi označava se kao y. Prema odnosu predmeta i slike, možemo dobiti žarišnu duljinu kao:
2.5 Moire deflektometrijaMetoda
Metoda Moiré deflektometrije koristit će dva seta Ronchijevih linija u paralelnim svjetlosnim snopovima. Ronchijeva linija je mrežasti uzorak metalnog kromovog filma nanesenog na staklenu podlogu, koji se obično koristi za testiranje performansi optičkih sustava. Metoda koristi promjenu Moiréovih pruga koje tvore dvije rešetke za testiranje žarišne duljine optičkog sustava. Shematski dijagram principa je sljedeći:
Na gornjoj slici, promatrani objekt, nakon prolaska kroz kolimator, postaje paralelni snop. U optičkom putu, bez prethodnog dodavanja testirane leće, paralelni snop prolazi kroz dvije rešetke s kutom pomaka θ i razmakom rešetke d, tvoreći skup Moiréovih pruga na ravnini slike. Zatim se testirana leća postavlja u optički put. Izvorna kolimirana svjetlost, nakon loma lećom, proizvest će određenu žarišnu duljinu. Polumjer zakrivljenosti svjetlosnog snopa može se dobiti sljedećom formulom:
Obično se testirana leća postavlja vrlo blizu prve rešetke, tako da vrijednost R u gornjoj formuli odgovara žarišnoj duljini leće. Prednost ove metode je što se njome mogu testirati žarišne duljine sustava pozitivne i negativne žarišne duljine.
2.6 OptičkiFiberAautokolimacijaMmetoda
Princip korištenja metode autokolimacije optičkih vlakana za testiranje žarišne duljine leće prikazan je na donjoj slici. Koristi optička vlakna za emitiranje divergentne zrake koja prolazi kroz testiranu leću, a zatim na ravno zrcalo. Tri optička puta na slici predstavljaju uvjete optičkog vlakna unutar fokusa, unutar fokusa i izvan fokusa. Pomicanjem položaja testirane leće naprijed-natrag možete pronaći položaj glave vlakna u fokusu. U ovom trenutku, snop se samokolimira, a nakon refleksije od ravnog zrcala, većina energije će se vratiti u položaj glave vlakna. Metoda je u principu jednostavna i lako se primjenjuje.
3. Zaključak
Žarišna duljina važan je parametar optičkog sustava. U ovom članku detaljno opisujemo koncept žarišne duljine optičkog sustava i metode njegovog ispitivanja. U kombinaciji sa shematskim dijagramom objašnjavamo definiciju žarišne duljine, uključujući koncepte žarišne duljine na strani slike, žarišne duljine na strani objekta i žarišne duljine od naprijed do natrag. U praksi postoji mnogo metoda za ispitivanje žarišne duljine optičkog sustava. Ovaj članak predstavlja principe ispitivanja kolimatorske metode, Gaussove metode, metode mjerenja žarišne duljine, Abbeove metode mjerenja žarišne duljine, Moiréove metode otklona i metode autokolimacije optičkih vlakana. Vjerujem da ćete čitanjem ovog članka bolje razumjeti parametre žarišne duljine u optičkim sustavima.
Vrijeme objave: 09.08.2024.
