1. Optinių sistemų židinio nuotolis
Židinio nuotolis yra labai svarbus optinės sistemos rodiklis, židinio nuotolio sąvoką mes daugiau ar mažiau suprantame, ją čia apžvelgsime.
Optinės sistemos židinio nuotolis, apibrėžiamas kaip atstumas nuo optinės sistemos optinio centro iki spindulio židinio, kai krinta lygiagreti šviesa, yra šviesos koncentracijos arba sklaidos optinėje sistemoje matas. Šiai koncepcijai iliustruoti naudojame šią diagramą.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje lygiagretus spindulys, krintantis iš kairiojo galo, praėjus pro optinę sistemą, konverguoja į vaizdo židinio tašką F', konverguojančio spindulio atvirkštinė tęsinio linija kerta atitinkamą krintančio lygiagretaus spindulio tęsinio liniją taške, o paviršius, kertantis šį tašką ir statmenas optinei ašiai, vadinamas galine pagrindine plokštuma, galinė pagrindinė plokštuma kerta optinę ašį taške P2, kuris vadinamas pagrindiniu tašku (arba optiniu centro tašku), atstumas tarp pagrindinio taško ir vaizdo židinio taško, tai yra tai, ką paprastai vadiname židinio nuotoliu, pilnas pavadinimas yra efektyvus vaizdo židinio nuotolis.
Iš paveikslo taip pat matyti, kad atstumas nuo paskutinio optinės sistemos paviršiaus iki vaizdo židinio taško F' vadinamas galiniu židinio nuotoliu (BFL). Atitinkamai, jei lygiagretus spindulys krinta iš dešinės pusės, dar egzistuoja efektyvaus židinio nuotolio ir priekinio židinio nuotolio (FFL) sąvokos.
2. Židinio nuotolio bandymo metodai
Praktiškai yra daug metodų, kuriuos galima naudoti optinių sistemų židinio nuotoliui patikrinti. Remiantis skirtingais principais, židinio nuotolio bandymo metodus galima suskirstyti į tris kategorijas. Pirmoji kategorija pagrįsta vaizdo plokštumos padėtimi, antroji kategorija naudoja didinimo ir židinio nuotolio santykį židinio nuotolio vertei gauti, o trečioji kategorija naudoja konverguojančio šviesos spindulio bangos fronto kreivumą židinio nuotolio vertei gauti.
Šiame skyriuje pristatysime dažniausiai naudojamus optinių sistemų židinio nuotolio bandymo metodus:
2.1Colimatoriaus metodas
Kolimatoriaus naudojimo optinės sistemos židinio nuotoliui patikrinti principas parodytas toliau pateiktoje diagramoje:
Paveiksle bandymo šablonas yra kolimatoriaus židinyje. Bandymo šablono aukštis y ir židinio nuotolis fcKolimatoriaus aukštys y' yra žinomos. Kai kolimatoriaus skleidžiamas lygiagretus spindulys yra konverguojamas bandomosios optinės sistemos ir atvaizduojamas vaizdo plokštumoje, optinės sistemos židinio nuotolį galima apskaičiuoti pagal bandomojo rašto aukštį y' vaizdo plokštumoje. Bandomosios optinės sistemos židinio nuotolį galima apskaičiuoti pagal šią formulę:
2.2 GausoMmetodas
Gauso metodo, skirto optinės sistemos židinio nuotoliui patikrinti, schema parodyta žemiau:
Paveiksle bandomosios optinės sistemos priekinė ir galinė pagrindinės plokštumos pažymėtos atitinkamai P ir P', o atstumas tarp šių dviejų pagrindinių plokštumų yra dPŠiuo metodu d reikšmėPlaikoma žinomu arba jos vertė yra maža ir gali būti ignoruojama. Objektas ir priimantis ekranas dedami kairiajame ir dešiniajame galuose, o atstumas tarp jų užrašomas kaip L, kur L turi būti didesnis nei 4 kartus didesnis už tiriamosios sistemos židinio nuotolį. Tiriamąją sistemą galima pastatyti dviejose pozicijose, atitinkamai žymimose 1 ir 2 pozicijomis. Kairėje pusėje esantis objektas gali būti aiškiai matomas priimančiame ekrane. Atstumą tarp šių dviejų vietų (žymimą D) galima išmatuoti. Pagal jungtinį ryšį galime gauti:
Šiose dviejose pozicijose objektų atstumai atitinkamai užrašomi kaip s1 ir s2, tada s2 - s1 = D. Išvedę formulę, galime gauti optinės sistemos židinio nuotolį taip:
2.3Lensometras
Lensometras labai tinka ilgo židinio nuotolio optinėms sistemoms testuoti. Jo schema pateikta toliau:
Pirma, tiriamasis lęšis nėra padėtas optiniame kelyje. Stebimas taikinys kairėje praeina pro kolimacinį lęšį ir tampa lygiagrečia šviesa. Lygiagrečią šviesą konverguoja konverguojantis lęšis, kurio židinio nuotolis yra f.2ir atskaitos vaizdo plokštumoje sukuria aiškų vaizdą. Sukalibravus optinį kelią, tiriamasis lęšis įdedamas į optinį kelią, o atstumas tarp tiriamojo lęšio ir konverguojančiojo lęšio yra f2Dėl to, dėl tiriamojo lęšio veikimo, šviesos spindulys bus perfokusuotas, dėl to pasikeis vaizdo plokštumos padėtis, todėl diagramoje naujos vaizdo plokštumos padėtyje bus matomas aiškus vaizdas. Atstumas tarp naujos vaizdo plokštumos ir glaudžiamojo lęšio žymimas x. Remiantis objekto ir vaizdo santykiu, tiriamojo lęšio židinio nuotolį galima nustatyti taip:
Praktiškai lensometras buvo plačiai naudojamas akinių lęšių viršutinio židinio nuotolio matavimui ir turi paprasto naudojimo bei patikimo tikslumo privalumus.
2.4 AbatasRefraktometras
Abbe refraktometras yra dar vienas optinių sistemų židinio nuotolio bandymo metodas. Jo schema pateikta toliau:
Bandomojo lęšio objekto paviršiaus pusėje uždėkite dvi skirtingo aukščio liniuotes, būtent 1 ir 2 skalės plokšteles. Atitinkami skalės plokščių aukščiai yra y1 ir y2. Atstumas tarp dviejų skalės plokščių yra e, o kampas tarp liniuotės viršutinės linijos ir optinės ašies yra u. Skalės plokštelę vaizduoja bandomasis lęšis, kurio židinio nuotolis yra f. Vaizdo paviršiaus gale yra sumontuotas mikroskopas. Keičiant mikroskopo padėtį, randami dviejų skalės plokščių viršutiniai vaizdai. Šiuo metu atstumas tarp mikroskopo ir optinės ašies žymimas y. Pagal objekto ir vaizdo santykį židinio nuotolį galime gauti taip:
2.5 Muaro deflektometrijaMetodas
Moiré deflektometrijos metodas naudoja du Ronchi linijų rinkinius lygiagrečiuose šviesos spinduliuose. Ronchi linija – tai tinklelio pavidalo metalinės chromo plėvelės, nusodintos ant stiklo pagrindo, raštas, dažniausiai naudojamas optinių sistemų veikimui patikrinti. Metode naudojamas dviejų grotelių suformuotų Moiré juostų pokytis, siekiant patikrinti optinės sistemos židinio nuotolį. Principo schema yra tokia:
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje stebimas objektas, praėjus pro kolimatorių, tampa lygiagrečiu spinduliu. Optiniame kelyje, nepridėjus bandomojo lęšio, lygiagretus spindulys praeina pro dvi gardeles, kurių poslinkio kampas yra θ, o tarpas tarp gardelių yra d, suformuodamas vaizdo plokštumoje Muaro efekto juostas. Tada bandomasis lęšis įdedamas į optinį kelią. Pradinė kolimuota šviesa, lūžusi lęšiu, sukurs tam tikrą židinio nuotolį. Šviesos spindulio kreivumo spindulį galima apskaičiuoti pagal šią formulę:
Paprastai tiriamasis lęšis dedamas labai arti pirmosios gardelės, todėl R vertė aukščiau pateiktoje formulėje atitinka lęšio židinio nuotolį. Šio metodo privalumas yra tas, kad juo galima patikrinti teigiamo ir neigiamo židinio nuotolio sistemų židinio nuotolį.
2.6 OptinisFiberAautokolimacijaMmetodas
Optinio pluošto autokolimacijos metodo, skirto objektyvo židinio nuotoliui patikrinti, principas parodytas paveikslėlyje žemiau. Jame naudojama optinė skaidula, skirta skleisti divergentinį spindulį, kuris praeina pro tiriamąjį lęšį ir tada ant plokščio veidrodžio. Trys paveikslėlyje pavaizduoti optiniai keliai atitinkamai atitinka optinio pluošto sąlygas židinio viduje, židinio viduje ir už židinio ribų. Judinant tiriamojo lęšio padėtį pirmyn ir atgal, galima rasti pluošto galvutės padėtį židinio vietoje. Šiuo metu spindulys yra savaime kolimuojamas, ir po atspindžio nuo plokščio veidrodžio didžioji energijos dalis grįžta į pluošto galvutės padėtį. Šis metodas yra iš principo paprastas ir lengvai įgyvendinamas.
3. Išvada
Židinio nuotolis yra svarbus optinės sistemos parametras. Šiame straipsnyje išsamiai aprašome optinės sistemos židinio nuotolio sąvoką ir jos bandymo metodus. Kartu su schema paaiškiname židinio nuotolio apibrėžimą, įskaitant vaizdo pusės židinio nuotolio, objekto pusės židinio nuotolio ir priekinio-galinio židinio nuotolio sąvokas. Praktiškai yra daug optinės sistemos židinio nuotolio bandymo metodų. Šiame straipsnyje pristatomi kolimatoriaus metodo, Gauso metodo, židinio nuotolio matavimo metodo, Abbe židinio nuotolio matavimo metodo, Moiré deformacijos metodo ir optinio pluošto autokolimacijos metodo bandymo principai. Manau, kad perskaitę šį straipsnį geriau suprasite židinio nuotolio parametrus optinėse sistemose.
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 9 d.
