1.Lonxitude focal dos sistemas ópticos
A distancia focal é un indicador moi importante do sistema óptico, para o concepto de distancia focal, máis ou menos temos unha comprensión, repasamos aquí.
A distancia focal dun sistema óptico, definida como a distancia desde o centro óptico do sistema óptico ata o foco do feixe cando a luz paralela incide, é unha medida da concentración ou diverxencia da luz nun sistema óptico. Usamos o seguinte esquema para ilustrar este concepto.
Na figura anterior, o feixe paralelo incidente desde o extremo esquerdo, despois de atravesar o sistema óptico, converxe cara ao foco da imaxe F', a liña de extensión inversa do raio converxente crúzase coa liña de extensión correspondente do raio paralelo incidente nun punto, e a superficie que pasa por este punto e é perpendicular ao eixe óptico chámase plano principal traseiro, o plano principal traseiro intersecta co eixe óptico no punto P2, que se denomina punto principal (ou punto central óptico), a distancia entre o punto principal e o foco da imaxe, é o que normalmente chamamos distancia focal, o nome completo é a distancia focal efectiva da imaxe.
Tamén se pode ver na figura que a distancia desde a última superficie do sistema óptico ata o punto focal F' da imaxe recibe o nome de distancia focal traseira (BFL). En consecuencia, se o feixe paralelo incide dende o lado dereito, tamén hai conceptos de distancia focal efectiva e distancia focal frontal (FFL).
2. Métodos de proba de distancia focal
Na práctica, hai moitos métodos que se poden usar para probar a distancia focal dos sistemas ópticos. Baseándose en diferentes principios, os métodos de proba de distancia focal pódense dividir en tres categorías. A primeira categoría baséase na posición do plano da imaxe, a segunda categoría usa a relación entre a ampliación e a distancia focal para obter o valor da distancia focal e a terceira categoría usa a curvatura da fronte de onda do feixe de luz converxente para obter o valor da distancia focal. .
Nesta sección, presentaremos os métodos de uso común para probar a distancia focal dos sistemas ópticos:
2.1CMétodo olimador
O principio de usar un colimador para probar a distancia focal dun sistema óptico é o que se mostra no seguinte diagrama:
Na figura, o patrón de proba sitúase no foco do colimador. A altura y do patrón de proba e a distancia focal fc' do colimador son coñecidos. Despois de que o feixe paralelo emitido polo colimador converxa polo sistema óptico probado e imaxinase no plano da imaxe, a distancia focal do sistema óptico pódese calcular en función da altura y' do patrón de proba no plano da imaxe. A distancia focal do sistema óptico probado pode usar a seguinte fórmula:
2.2 GaussMétodo
A figura esquemática do método gaussiano para probar a distancia focal dun sistema óptico móstrase a continuación:
Na figura, os planos principais dianteiro e traseiro do sistema óptico a proba represéntanse como P e P' respectivamente, e a distancia entre os dous planos principais é dP. Neste método, o valor de dPconsidérase coñecido ou o seu valor é pequeno e pódese ignorar. Un obxecto e unha pantalla receptora colócanse nos extremos esquerdo e dereito, e a distancia entre eles rexístrase como L, onde L debe ser superior a 4 veces a distancia focal do sistema en proba. O sistema en proba pódese colocar en dúas posicións, denotadas como posición 1 e posición 2 respectivamente. O obxecto da esquerda pódese representar claramente na pantalla de recepción. Pódese medir a distancia entre estas dúas localizacións (indicadas como D). Segundo a relación conxugada, podemos obter:
Nestas dúas posicións, as distancias do obxecto rexístranse como s1 e s2 respectivamente, despois s2 - s1 = D. Mediante a derivación da fórmula, podemos obter a distancia focal do sistema óptico como segue:
2.3Lensómetro
O lensómetro é moi axeitado para probar sistemas ópticos de longa distancia focal. A súa figura esquemática é a seguinte:
En primeiro lugar, a lente en proba non se coloca no camiño óptico. O obxectivo observado á esquerda pasa pola lente colimadora e convértese en luz paralela. A luz paralela converxe por unha lente converxente cunha distancia focal de f2e forma unha imaxe clara no plano da imaxe de referencia. Despois de calibrar o camiño óptico, a lente a proba colócase na vía óptica e a distancia entre a lente a proba e a lente converxente é f2. Como resultado, debido á acción da lente en proba, o feixe de luz volverase a enfocar, provocando un cambio na posición do plano da imaxe, resultando unha imaxe clara na posición do novo plano da imaxe no diagrama. A distancia entre o novo plano da imaxe e a lente converxente denotase como x. En función da relación obxecto-imaxe, a distancia focal da lente en proba pódese inferir como:
Na práctica, o lensómetro foi amplamente utilizado na medición focal superior das lentes de lentes e ten as vantaxes dunha operación sinxela e unha precisión fiable.
2.4 AbadeRefractómetro
O refractómetro de Abbe é outro método para probar a distancia focal dos sistemas ópticos. A súa figura esquemática é a seguinte:
Coloque dúas regras con diferentes alturas no lado da superficie do obxecto da lente a proba, a saber, a placa de escala 1 e a placa de escala 2. As alturas das placas de escala correspondentes son y1 e y2. A distancia entre as dúas placas de escala é e, e o ángulo entre a liña superior da regra e o eixe óptico é u. A lente probada representa a imaxe a escala cunha distancia focal de f. Un microscopio está instalado no extremo da superficie da imaxe. Ao mover a posición do microscopio, atópanse as imaxes superiores das dúas placas de escala. Neste momento, a distancia entre o microscopio e o eixe óptico denotase como y. Segundo a relación obxecto-imaxe, podemos obter a distancia focal como:
2.5 Deflectometría MoireMétodo
O método de deflectometría Moiré utilizará dous conxuntos de regras Ronchi en feixes de luz paralelos. A norma Ronchi é un patrón en forma de reixa de película metálica de cromo depositada sobre un substrato de vidro, que se usa habitualmente para probar o rendemento dos sistemas ópticos. O método utiliza o cambio nas franxas Moiré formadas polas dúas reixas para probar a distancia focal do sistema óptico. O diagrama esquemático do principio é o seguinte:
Na figura anterior, o obxecto observado, despois de pasar polo colimador, convértese nun feixe paralelo. No camiño óptico, sen engadir primeiro a lente probada, o feixe paralelo pasa por dúas reixas cun ángulo de desprazamento de θ e un espazamento entre reixas de d, formando un conxunto de franxas Moiré no plano da imaxe. Despois, a lente probada colócase no camiño óptico. A luz colimada orixinal, despois da refracción pola lente, producirá unha certa distancia focal. O raio de curvatura do feixe de luz pódese obter a partir da seguinte fórmula:
Normalmente a lente en proba colócase moi preto da primeira reixa, polo que o valor R na fórmula anterior corresponde á distancia focal da lente. A vantaxe deste método é que pode probar a distancia focal dos sistemas de distancia focal positiva e negativa.
2.6 ÓpticaFiberAutocolimaciónMétodo
O principio de usar o método de autocolimación de fibra óptica para probar a distancia focal da lente móstrase na figura seguinte. Usa fibra óptica para emitir un feixe diverxente que atravesa a lente que se está a probar e despois nun espello plano. Os tres camiños ópticos da figura representan as condicións da fibra óptica dentro do foco, dentro do foco e fóra do foco respectivamente. Ao mover a posición da lente en proba cara atrás e cara atrás, podes atopar a posición da cabeza da fibra no foco. Neste momento, o feixe é autocolimado e, despois da reflexión polo espello plano, a maior parte da enerxía volverá á posición da cabeza da fibra. O método é sinxelo en principio e fácil de implementar.
3.Conclusión
A distancia focal é un parámetro importante dun sistema óptico. Neste artigo, detallamos o concepto de distancia focal do sistema óptico e os seus métodos de proba. En combinación co diagrama esquemático, explicamos a definición de distancia focal, incluíndo os conceptos de distancia focal do lado da imaxe, distancia focal do lado do obxecto e distancia focal de fronte a atrás. Na práctica, hai moitos métodos para probar a distancia focal dun sistema óptico. Este artigo presenta os principios de proba do método do colimador, o método gaussiano, o método de medición da distancia focal, o método de medición da distancia focal Abbe, o método de deflexión Moiré e o método de autocolimación de fibra óptica. Creo que ao ler este artigo, entenderás mellor os parámetros de distancia focal nos sistemas ópticos.
Hora de publicación: 09-08-2024
