Optinių sistemų židinio nuotolis apibrėžimas ir bandymo metodai

1. Optinių sistemų židinio nuotolis

Židinio nuotolis yra labai svarbus optinės sistemos rodiklis, židinio nuotolio sąvoką daugiau ar mažiau suprantame, apžvelgiame čia.
Optinės sistemos židinio nuotolis, apibrėžiamas kaip atstumas nuo optinės sistemos optinio centro iki pluošto židinio, kai krinta lygiagreti šviesa, yra šviesos koncentracijos arba divergencijos optinėje sistemoje matas. Šiai koncepcijai iliustruoti naudojame šią diagramą.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje lygiagretus spindulys, krintantis iš kairiojo galo, praėjęs per optinę sistemą, susilieja su vaizdo židiniu F', o susiliejančio spindulio atvirkštinė išplėtimo linija kertasi su atitinkama krintančio lygiagretaus spindulio išplėtimo linija taškas, o paviršius, einantis šį tašką ir statmenas optinei ašiai, vadinamas galine pagrindine plokštuma, galinė pagrindinė plokštuma kertasi su optine ašimi taške P2, kuris vadinamas pagrindiniu tašku (arba optinio centro tašku), atstumas tarp pagrindinio taško ir vaizdo židinio, tai paprastai vadiname židinio nuotoliu, visas pavadinimas yra efektyvusis vaizdo židinio nuotolis.
Iš paveikslo taip pat matyti, kad atstumas nuo paskutinio optinės sistemos paviršiaus iki vaizdo židinio taško F' vadinamas užpakaliniu židinio nuotoliu (BFL). Atitinkamai, jei lygiagretusis spindulys krinta iš dešinės pusės, taip pat yra efektyvaus židinio nuotolio ir priekinio židinio nuotolio (FFL) sąvokos.

2. Židinio nuotolio tyrimo metodai

Praktikoje yra daug metodų, kuriais galima patikrinti optinių sistemų židinio nuotolį. Remiantis skirtingais principais, židinio nuotolio tyrimo metodus galima suskirstyti į tris kategorijas. Pirmoji kategorija pagrįsta vaizdo plokštumos padėtimi, antroji kategorija naudoja ryšį tarp padidinimo ir židinio nuotolio, kad gautų židinio nuotolio vertę, o trečioji kategorija naudoja konverguojančio šviesos pluošto bangos fronto kreivumą, kad gautų židinio nuotolio vertę. .
Šiame skyriuje pristatysime dažniausiai naudojamus optinių sistemų židinio nuotolio tikrinimo metodus:：

2.1Colimatoriaus metodas

Kolimatoriaus naudojimo principas optinės sistemos židinio nuotoliui patikrinti yra toks, kaip parodyta toliau pateiktoje diagramoje:

Paveiksle bandymo modelis yra kolimatoriaus židinyje. Bandymo modelio aukštis y ir židinio nuotolis f_cKolimatoriaus yra žinomi. Po to, kai išbandyta optinė sistema suartina kolimatoriaus skleidžiamą lygiagretųjį spindulį ir nufotografuoja vaizdo plokštumoje, optinės sistemos židinio nuotolį galima apskaičiuoti pagal bandomojo modelio aukštį y' vaizdo plokštumoje. Išbandytos optinės sistemos židinio nuotolis gali būti naudojamas pagal šią formulę:

2.2 GausoMetodas
Gauso metodo, skirto optinės sistemos židinio nuotoliui tikrinti, schema parodyta taip:

Paveiksle bandomos optinės sistemos priekinės ir galinės pagrindinės plokštumos pavaizduotos atitinkamai P ir P', o atstumas tarp dviejų pagrindinių plokštumų yra d_P. Taikant šį metodą, d reikšmė_Pyra laikomas žinomu arba jo vertė yra maža ir gali būti ignoruojama. Kairiajame ir dešiniajame galuose dedamas objektas ir priėmimo ekranas, o atstumas tarp jų įrašomas kaip L, kur L turi būti didesnis nei 4 kartus didesnis už bandomos sistemos židinio nuotolį. Bandomą sistemą galima pastatyti į dvi pozicijas, atitinkamai pažymėtas 1 ir 2 padėtimi. Kairėje esantis objektas gali būti aiškiai pavaizduotas priėmimo ekrane. Atstumas tarp šių dviejų vietų (žymimas D) gali būti išmatuotas. Pagal konjuguotą ryšį galime gauti:

Šiose dviejose padėtyse objektų atstumai įrašomi atitinkamai kaip s1 ir s2, tada s2 - s1 = D. Išvedant formulę galime gauti optinės sistemos židinio nuotolį, kaip nurodyta toliau:

2.3Lensometras
Lensometras labai tinka ilgo židinio nuotolio optinėms sistemoms tikrinti. Jo schema yra tokia:

Pirma, bandomas lęšis nėra įdėtas į optinį kelią. Stebimas taikinys kairėje praeina per kolimuojantį lęšį ir tampa lygiagrečia šviesa. Lygiagrečią šviesą suartina konverguojantis objektyvas, kurio židinio nuotolis yra f₂ir sudaro aiškų vaizdą atskaitos vaizdo plokštumoje. Sukalibravus optinį kelią, bandomas lęšis įdedamas į optinį kelią, o atstumas tarp bandomojo lęšio ir konverguojančio lęšio yra f₂. Dėl to dėl bandomojo lęšio veikimo šviesos spindulys bus perfokusuotas, todėl vaizdo plokštumos padėtis pasislinks, todėl vaizdas bus aiškus naujos vaizdo plokštumos padėtyje diagramoje. Atstumas tarp naujos vaizdo plokštumos ir susiliejančio objektyvo žymimas x. Remiantis objekto ir vaizdo ryšiu, bandomojo objektyvo židinio nuotolis gali būti nustatytas taip:

Praktikoje objektyvo matuoklis buvo plačiai naudojamas akinių lęšių viršutiniame židinio matavime, o jo privalumai yra paprastas valdymas ir patikimas tikslumas.

2.4 AbbeRefraktometras

Abbe refraktometras yra dar vienas optinių sistemų židinio nuotolio tikrinimo metodas. Jo schema yra tokia:

Padėkite dvi skirtingo aukščio liniuotes bandomojo lęšio objekto paviršiaus pusėje, būtent 1 ir 2 mastelio plokštes. Atitinkamas mastelio lentelių aukštis yra y1 ir y2. Atstumas tarp dviejų mastelio lentelių yra e, o kampas tarp liniuotės viršutinės linijos ir optinės ašies yra u. Išbandytas objektyvas, kurio židinio nuotolis yra f, vaizduoja mastelį. Vaizdo paviršiaus gale sumontuotas mikroskopas. Perkeliant mikroskopo padėtį, randami viršutiniai dviejų mastelio plokštelių vaizdai. Šiuo metu atstumas tarp mikroskopo ir optinės ašies žymimas y. Pagal objekto ir vaizdo santykį židinio nuotolį galime gauti kaip:

2.5 Muaro deflektometrijaMetodas
Taikant Muaro deflektometrijos metodą lygiagrečiuose šviesos pluoštuose bus naudojami du Ronchi stulpelių rinkiniai. Ronchi liniuotė yra tinklelį primenantis metalo chromo plėvelės raštas, nusodintas ant stiklo pagrindo, dažniausiai naudojamas optinių sistemų veikimui tikrinti. Šis metodas naudoja dviejų grotelių suformuotų Moiré kraštų pokytį, kad patikrintų optinės sistemos židinio nuotolį. Principo schema yra tokia:

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje stebimas objektas, praėjęs per kolimatorių, tampa lygiagrečiu pluoštu. Optiniame kelyje, prieš tai nepridedant išbandyto objektyvo, lygiagretusis spindulys praeina per dvi groteles, kurių poslinkio kampas yra θ ir gardelės atstumas d, sudarydamas Muaro kraštų rinkinį vaizdo plokštumoje. Tada išbandytas lęšis dedamas į optinį kelią. Originali kolimuota šviesa, po objektyvo lūžimo, sukurs tam tikrą židinio nuotolį. Šviesos pluošto kreivumo spindulį galima gauti pagal šią formulę:

Dažniausiai bandomas lęšis dedamas labai arti pirmųjų grotelių, todėl R reikšmė aukščiau pateiktoje formulėje atitinka objektyvo židinio nuotolį. Šio metodo pranašumas yra tas, kad juo galima patikrinti teigiamo ir neigiamo židinio nuotolio sistemų židinio nuotolį.

2.6 OptinisFiberAutokolimacijaMetodas
Optinio pluošto autokolimacijos metodo naudojimo principas lęšio židinio nuotoliui patikrinti parodytas paveikslėlyje žemiau. Jis naudoja šviesolaidinį pluoštą, kad išspinduliuotų skirtingą spindulį, kuris praeina per bandomąjį objektyvą, o tada į plokštuminį veidrodį. Paveiksle pateikti trys optiniai keliai atspindi optinio pluošto sąlygas atitinkamai židinyje, židinyje ir už jo ribų. Judindami bandomojo objektyvo padėtį pirmyn ir atgal, galite rasti pluošto galvutės padėtį židinyje. Šiuo metu spindulys yra savaime kolimuojamas, o po atspindžio plokštuminiame veidrodyje didžioji dalis energijos grįš į pluošto galvutės padėtį. Metodas iš esmės paprastas ir lengvai įgyvendinamas.

3.Išvada

Židinio nuotolis yra svarbus optinės sistemos parametras. Šiame straipsnyje mes išsamiai aprašome optinės sistemos židinio nuotolio sąvoką ir jos testavimo metodus. Kartu su schemine diagrama paaiškiname židinio nuotolio apibrėžimą, įskaitant vaizdo pusės židinio nuotolio, objekto pusės židinio nuotolio ir židinio nuotolio nuo priekio iki galo sąvokas. Praktikoje yra daug optinės sistemos židinio nuotolio tikrinimo metodų. Šiame straipsnyje pristatomi kolimatoriaus metodo, Gauso metodo, židinio nuotolio matavimo metodo, Abbe židinio nuotolio matavimo metodo, Muaro deformacijos metodo ir optinio pluošto autokolimacijos metodo testavimo principai. Tikiu, kad skaitydami šį straipsnį geriau suprasite optinių sistemų židinio nuotolio parametrus.