1. Longitud focal de los sistemas ópticos
La longitud focal es un indicador muy importante del sistema óptico, para el concepto de distancia focal, más o menos tenemos una comprensión, revisamos aquí.
La longitud focal de un sistema óptico, definido como la distancia desde el centro óptico del sistema óptico al enfoque del haz cuando el incidente de la luz paralela, es una medida de la concentración o divergencia de la luz en un sistema óptico. Utilizamos el siguiente diagrama para ilustrar este concepto.
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, que se llama punto principal (o el punto central óptico), la distancia entre el punto principal y el enfoque de la imagen, es lo que generalmente llamamos la distancia focal, el nombre completo es la distancia focal efectiva de la imagen.
También se puede ver desde la figura que la distancia desde la última superficie del sistema óptico hasta el punto focal f 'de la imagen se llama la distancia focal (BFL). En consecuencia, si el haz paralelo es incidente desde el lado derecho, también hay conceptos de distancia focal efectiva y longitud focal delantera (FFL).
2. Métodos de prueba de distancia focal
En la práctica, hay muchos métodos que pueden usarse para probar la distancia focal de los sistemas ópticos. Según diferentes principios, los métodos de prueba de distancia focal se pueden dividir en tres categorías. La primera categoría se basa en la posición del plano de la imagen, la segunda categoría utiliza la relación entre el aumento y la longitud focal para obtener el valor de la longitud focal, y la tercera categoría utiliza la curvatura del frente de onda del haz de luz convergente para obtener el valor de la longitud focal.
En esta sección, introduciremos los métodos de uso común para probar la distancia focal de los sistemas ópticos:
2.1CMétodo Ollimator
El principio de usar un colimador para probar la distancia focal de un sistema óptico es el que se muestra en el siguiente diagrama:
En la figura, el patrón de prueba se coloca en el foco del colimador. La altura y del patrón de prueba y la distancia focal Fc'del colimador son conocidos. Después de que el haz paralelo emitido por el colimador es convergente por el sistema óptico probado y se imágenes en el plano de imagen, la longitud focal del sistema óptico se puede calcular en función de la altura y 'del patrón de prueba en el plano de la imagen. La distancia focal del sistema óptico probado puede utilizar la siguiente fórmula:
2.2 GaussianoMétoda
La figura esquemática del método gaussiano para probar la distancia focal de un sistema óptico se muestra a continuación:
En la figura, los planos principales delanteros y posteriores del sistema óptico bajo prueba se representan como P y P 'respectivamente, y la distancia entre los dos planos principales es DP. En este método, el valor de DPse considera conocido, o su valor es pequeño y puede ignorarse. Un objeto y una pantalla receptor se colocan en los extremos izquierdo y derecho, y la distancia entre ellos se registra como L, donde L debe ser mayor de 4 veces la longitud focal del sistema bajo prueba. El sistema bajo prueba se puede colocar en dos posiciones, denotado como posición 1 y posición 2 respectivamente. El objeto de la izquierda se puede obtener claramente en la pantalla receptor. La distancia entre estas dos ubicaciones (denotadas como D) se puede medir. Según la relación conjugada, podemos obtener:
En estas dos posiciones, las distancias del objeto se registran como S1 y S2 respectivamente, luego S2 - S1 = D. A través de la derivación de la fórmula, podemos obtener la longitud focal del sistema óptico como se muestra a continuación:
2.3Lengranaje
El lensómetro es muy adecuado para probar sistemas ópticos de larga distancia focal. Su figura esquemática es la siguiente:
Primero, la lente bajo prueba no se coloca en la ruta óptica. El objetivo observado a la izquierda pasa a través de la lente colimadora y se convierte en luz paralela. La luz paralela es convergente por una lente convergente con una distancia focal de F2y forma una imagen clara en el plano de imagen de referencia. Después de calibrar la ruta óptica, la lente debajo de la prueba se coloca en la ruta óptica y la distancia entre la lente bajo prueba y la lente convergente es F2. Como resultado, debido a la acción de la lente bajo prueba, el haz de luz se reenfocará, causando un cambio en la posición del plano de la imagen, lo que resulta en una imagen clara en la posición del plano de la nueva imagen en el diagrama. La distancia entre el nuevo plano de imagen y la lente convergente se denota como x. Según la relación de imagen de objeto, la longitud focal de la lente bajo prueba se puede inferir como:
En la práctica, el lensómetro se ha utilizado ampliamente en la medición focal superior de las lentes de espectáculos, y tiene las ventajas de operación simple y precisión confiable.
2.4 AbbeRefractómetro
El refractómetro ABBE es otro método para probar la longitud focal de los sistemas ópticos. Su figura esquemática es la siguiente:
Coloque dos reglas con diferentes alturas en el lado de la superficie del objeto de la lente bajo prueba, a saber, la altura de la escala 1 y la altura de la escala 2. La altura de las placas de escala correspondientes es Y1 e Y2. La distancia entre las dos placas de escala es E, y el ángulo entre la línea superior de la regla y el eje óptico es u. La lente probada es fotografiada mediante la lente probada con una distancia focal de f. Se instala un microscopio en el extremo de la superficie de la imagen. Al mover la posición del microscopio, se encuentran las imágenes superiores de las dos placas de escala. En este momento, la distancia entre el microscopio y el eje óptico se denota como y. Según la relación de imagen de objeto, podemos obtener la distancia focal como:
2.5 Deflectometría del muireMétodo
El método de deflectometría Moiré utilizará dos conjuntos de decisiones de ronchi en vigas de luz paralela. Ronchi Ruling es un patrón similar a la red de películas de cromo de metal depositada en un sustrato de vidrio, comúnmente utilizado para probar el rendimiento de los sistemas ópticos. El método utiliza el cambio en las franjas de Moiré formadas por las dos rejillas para probar la longitud focal del sistema óptico. El diagrama esquemático del principio es el siguiente:
En la figura anterior, el objeto observado, después de pasar por el colimador, se convierte en un haz paralelo. En la ruta óptica, sin agregar primero la lente probada, el haz paralelo pasa a través de dos rejillas con un ángulo de desplazamiento de θ y un espacio de rejilla de D, formando un conjunto de flecos de Moiré en el plano de la imagen. Luego, la lente probada se coloca en la ruta óptica. La luz colimada original, después de la refracción por la lente, producirá una cierta distancia focal. El radio de curvatura del haz de luz se puede obtener de la siguiente fórmula:
Por lo general, la lente bajo prueba se coloca muy cerca de la primera rejilla, por lo que el valor R en la fórmula anterior corresponde a la longitud focal de la lente. La ventaja de este método es que puede probar la distancia focal de los sistemas de distancia focal positiva y negativa.
2.6 ópticoFiberAutocolimaciónMétoda
El principio de usar el método de autocolimación de fibra óptica para probar la distancia focal de la lente se muestra en la figura a continuación. Utiliza fibra óptica para emitir un haz divergente que pasa a través de la lente que se está probando y luego sobre un espejo de avión. Las tres rutas ópticas en la figura representan las condiciones de la fibra óptica dentro del enfoque, dentro del enfoque y fuera del enfoque respectivamente. Al mover la posición de la lente bajo prueba de un lado a otro, puede encontrar la posición de la cabeza de fibra en el foco. En este momento, el haz está autocollimado, y después del reflejo por el espejo del avión, la mayor parte de la energía volverá a la posición de la cabeza de fibra. El método es simple en principio y fácil de implementar.
3. CONCLUSIÓN
La longitud focal es un parámetro importante de un sistema óptico. En este artículo, detallamos el concepto de distancia focal del sistema óptico y sus métodos de prueba. Combinado con el diagrama esquemático, explicamos la definición de distancia focal, incluidos los conceptos de distancia focal del lado de la imagen, distancia focal del lado del objeto y longitud focal de adelante hacia atrás. En la práctica, existen muchos métodos para probar la longitud focal de un sistema óptico. Este artículo presenta los principios de prueba del método del colimador, el método gaussiano, el método de medición de la longitud focal, el método de medición de la longitud focal ABBE, el método de desviación de Moiré y el método de autocolimación de fibra óptica. Creo que al leer este artículo, tendrá una mejor comprensión de los parámetros de longitud focal en los sistemas ópticos.
Tiempo de publicación: agosto-09-2024
