1. Comenidade infocal dos sistemas ópticos
A distância focal é um indicador muito importante do sistema óptico, para o conceito de distância focal, mais ou menos temos um entendimento, revisamos aqui.
A distância focal de um sistema óptico, definido como a distância do centro óptico do sistema óptico até o foco do feixe quando incidente de luz paralela, é uma medida da concentração ou divergência de luz em um sistema óptico. Usamos o seguinte diagrama para ilustrar esse conceito.
In the above figure, the parallel beam incident from the left end, after passing through the optical system, converges to the image focus F', the reverse extension line of the converging ray intersects with the corresponding extension line of the incident parallel ray at a point, and the surface that passes this point and is perpendicular to the optical axis is called the back principal plane, the back principal plane intersects with the optical axis at point P2, which is called the main Ponto (ou o ponto central óptico), a distância entre o ponto principal e o foco da imagem, é o que geralmente chamamos de distância focal, o nome completo é a distância focal eficaz da imagem.
Também pode ser visto da figura que a distância da última superfície do sistema óptico até o ponto focal F 'da imagem é chamado de distância focal traseira (BFL). Da mesma forma, se o feixe paralelo for incidente do lado direito, também existem conceitos de distância focal eficaz e distância focal frontal (FFL).
2. Métodos de teste de distância focal
Na prática, existem muitos métodos que podem ser usados para testar a distância focal dos sistemas ópticos. Com base em diferentes princípios, os métodos de teste de distância focal podem ser divididos em três categorias. A primeira categoria é baseada na posição do plano da imagem, a segunda categoria usa a relação entre a ampliação e a distância focal para obter o valor do comprimento focal, e a terceira categoria usa a curvatura da frente de onda do feixe de luz convergente para obter o valor do comprimento focal.
Nesta seção, apresentaremos os métodos comumente usados para testar a distância focal dos sistemas ópticos ::
2.1CMétodo Ollimator
O princípio de usar um colimador para testar a distância focal de um sistema óptico é como mostrado no diagrama abaixo:
Na figura, o padrão de teste é colocado no foco do colimador. A altura y do padrão de teste e a distância focal fc'do colimador são conhecidos. Depois que o feixe paralelo emitido pelo colimador é convergido pelo sistema óptico testado e fotografado no plano da imagem, a distância focal do sistema óptico pode ser calculada com base na altura y 'do padrão de teste no plano da imagem. A distância focal do sistema óptico testado pode usar a seguinte fórmula:
2.2 GaussianoMEtodo
A figura esquemática do método gaussiano para testar a distância focal de um sistema óptico é mostrado como abaixo:
Na figura, os principais planos frontal e traseiro do sistema óptico em teste são representados como P e P ', respectivamente, e a distância entre os dois planos principais é DP. Neste método, o valor de DPé considerado conhecido, ou seu valor é pequeno e pode ser ignorado. Um objeto e uma tela de recebimento são colocados nas extremidades esquerda e direita, e a distância entre eles é registrada como L, onde L precisa ser maior que 4 vezes a distância focal do sistema em teste. O sistema em teste pode ser colocado em duas posições, indicado como posição 1 e posição 2, respectivamente. O objeto à esquerda pode ser claramente fotografado na tela de recebimento. A distância entre esses dois locais (indicada como D) pode ser medida. De acordo com o relacionamento conjugado, podemos obter:
Nessas duas posições, as distâncias do objeto são registradas como S1 e S2, respectivamente, então S2 - S1 = D. Através da derivação da fórmula, podemos obter a distância focal do sistema óptico como abaixo:
2.3LEnsômetro
O lente é muito adequado para testar sistemas ópticos de longa distância focal. Sua figura esquemática é a seguinte:
Primeiro, a lente em teste não é colocada no caminho óptico. O alvo observado à esquerda passa pela lente colimadora e se torna luz paralela. A luz paralela é convergida por uma lente convergente com uma distância focal de f2e forma uma imagem clara no plano da imagem de referência. Depois que o caminho óptico é calibrado, a lente em teste é colocada no caminho óptico, e a distância entre a lente em teste e a lente convergente é f2. Como resultado, devido à ação da lente em teste, o feixe de luz será reorientado, causando uma mudança na posição do plano da imagem, resultando em uma imagem clara na posição do novo plano de imagem no diagrama. A distância entre o novo plano da imagem e a lente convergente é denotada como x. Com base na relação de imagem-objeto, a distância focal da lente em teste pode ser inferida como:
Na prática, o lensômetro tem sido amplamente utilizado na medição focal superior das lentes de espetáculos e tem as vantagens de operação simples e precisão confiável.
2.4 AbbeREfracômetro
O refratômetro Abbe é outro método para testar a distância focal dos sistemas ópticos. Sua figura esquemática é a seguinte:
Coloque dois governantes com diferentes alturas no lado da superfície do objeto da lente em teste, a saber, a placa 1 e a placa 2. A altura das placas de escala correspondente é Y1 e Y2. A distância entre as duas placas de escala é E, e o ângulo entre a linha superior da governante e o eixo óptico é u. A escala platada é fotografada pela lente testada com uma distância focal de f. Um microscópio é instalado na extremidade da superfície da imagem. Ao mover a posição do microscópio, as imagens superiores das duas placas de escala são encontradas. Neste momento, a distância entre o microscópio e o eixo óptico é indicada como y. De acordo com a relação de imagem-objeto, podemos obter a distância focal:
2.5 Deflectometria de MoireMétodo
O método de deflectometria de Moiré usará dois conjuntos de decisões de ronchi em vigas de luz paralelas. A decisão de Ronchi é um padrão de grade de filme de cromo de metal depositado em um substrato de vidro, comumente usado para testar o desempenho dos sistemas ópticos. O método utiliza a alteração nas franjas moiré formadas pelas duas grades para testar a distância focal do sistema óptico. O diagrama esquemático do princípio é o seguinte:
Na figura acima, o objeto observado, depois de passar pelo colimador, torna -se um feixe paralelo. No caminho óptico, sem adicionar a lente testada primeiro, o feixe paralelo passa por duas grades com um ângulo de deslocamento de θ e um espaçamento de grade de D, formando um conjunto de franjas moiré no plano da imagem. Em seguida, a lente testada é colocada no caminho óptico. A luz colimada original, após refração pela lente, produzirá uma certa distância focal. O raio de curvatura do feixe de luz pode ser obtido a partir da seguinte fórmula:
Normalmente, a lente em teste é colocada muito próxima da primeira grade, portanto o valor R na fórmula acima corresponde à distância focal da lente. A vantagem desse método é que ele pode testar a distância focal dos sistemas de distância focal positiva e negativa.
2.6 ópticoFIBERAutocolimaçãoMEtodo
O princípio de usar o método de autocolimação de fibra óptica para testar a distância focal da lente é mostrada na figura abaixo. Ele usa fibra óptica para emitir um feixe divergente que passa pela lente que está sendo testado e depois para um espelho de plano. Os três caminhos ópticos na figura representam as condições da fibra óptica dentro do foco, dentro do foco e fora do foco, respectivamente. Ao mover a posição da lente em teste para frente e para trás, você pode encontrar a posição da cabeça da fibra no foco. Nesse momento, o feixe é auto-colimado e, após a reflexão pelo espelho do avião, a maior parte da energia retornará à posição da cabeça da fibra. O método é simples em princípio e fácil de implementar.
3.Clusão
A distância focal é um parâmetro importante de um sistema óptico. Neste artigo, detalhamos o conceito de distância focal do sistema óptico e seus métodos de teste. Combinado com o diagrama esquemático, explicamos a definição de distância focal, incluindo os conceitos de distância focal do lado da imagem, distância focal do lado do objeto e distância focal da frente-de-back. Na prática, existem muitos métodos para testar a distância focal de um sistema óptico. Este artigo apresenta os princípios de teste do método colimador, método gaussiano, método de medição de comprimento focal, método de medição de comprimento focal abbe, método de deflexão de Moiré e método de autocolimação de fibra óptica. Acredito que, ao ler este artigo, você terá uma melhor compreensão dos parâmetros de distância focal em sistemas ópticos.
Hora de postagem: agosto-09-2024
