1. Brennivídd ljóskerfa
Brennvídd er mjög mikilvægur mælikvarði á sjónkerfi, fyrir hugtakið brennivídd höfum við meira og minna skilning á því, við skoðum það hér.
Brennvídd ljóskerfis, skilgreind sem fjarlægðin frá ljósmiðju ljóskerfisins að brennipunkti geislans þegar samsíða ljós fellur á, er mælikvarði á ljósstyrk eða ljósfrávik í ljóskerfi. Við notum eftirfarandi skýringarmynd til að útskýra þetta hugtak.
Á myndinni hér að ofan stefnir samsíða geislinn sem fellur inn frá vinstri enda, eftir að hafa farið í gegnum ljósleiðarann, að myndfókusnum F'. Öfug framlengingarlína samleitna geislans sker samsvarandi framlengingarlínu innfallandi samsíða geislans í punkti. Flöturinn sem fer framhjá þessum punkti og er hornréttur á ljósásinn kallast aftari aðalplan. Aftari aðalplanið sker ljósásinn í punktinum P2, sem kallast aðalpunkturinn (eða ljósmiðjupunkturinn). Fjarlægðin milli aðalpunktsins og myndfókussins er það sem við köllum venjulega brennivídd. Fullt nafn er virk brennivídd myndarinnar.
Einnig má sjá á myndinni að fjarlægðin frá síðasta fleti ljósleiðarans að brennipunktinum F' á myndinni er kölluð afturbrennivídd (e. back focus length (BFL). Á sama hátt, ef samsíða geislinn fellur inn frá hægri hlið, þá eru einnig til hugtök um virka brennivídd og frambrennivídd (e. front focus length (FFL).
2. Aðferðir til að prófa brennivídd
Í reynd eru margar aðferðir sem hægt er að nota til að prófa brennivídd sjónkerfa. Byggt á mismunandi meginreglum má skipta brennivíddarprófunaraðferðum í þrjá flokka. Fyrsti flokkurinn byggir á staðsetningu myndflatarins, annar flokkurinn notar sambandið milli stækkunar og brennivíddar til að fá brennivíddargildið og þriðji flokkurinn notar bylgjufrontssveigju samleitins ljósgeisla til að fá brennivíddargildið.
Í þessum kafla munum við kynna algengar aðferðir til að prófa brennivídd ljóskerfa:
2.1Collimator aðferð
Meginreglan á bak við notkun kollimators til að prófa brennivídd ljósfræðilegs kerfis er eins og sýnt er á myndinni hér að neðan:
Á myndinni er prófunarmynstrið staðsett í brennipunkti kollimatorsins. Hæð y prófunarmynstursins og brennivíddin fc' á kollimatornum eru þekkt. Eftir að samsíða geislinn sem kollimatorinn sendir frá sér hefur verið samþættur af prófaða ljóskerfinu og myndaður á myndfletinum, er hægt að reikna út brennivídd ljóskerfisins út frá hæð y' prófunarmynstursins á myndfletinum. Brennivídd prófaða ljóskerfisins getur verið notuð með eftirfarandi formúlu:
2.2 GaussísktMaðferð
Skýringarmynd af Gauss-aðferðinni til að prófa brennivídd ljósfræðilegs kerfis er sýnd hér að neðan:
Á myndinni eru fram- og afturfletir ljóskerfisins sem verið er að prófa táknaðir sem P og P', talið í sömu röð, og fjarlægðin milli aðalflatanna tveggja er dPÍ þessari aðferð er gildið á dPtelst vera þekkt, eða gildi þess er lítið og hægt er að hunsa það. Hlutur og móttökuskjár eru staðsettir vinstra og hægra megin og fjarlægðin á milli þeirra er skráð sem L, þar sem L þarf að vera meiri en 4 sinnum brennivídd kerfisins sem verið er að prófa. Hægt er að setja kerfið sem verið er að prófa í tvær stöður, táknaðar sem staða 1 og staða 2, talið í sömu röð. Hluturinn vinstra megin sést greinilega á móttökuskjánum. Hægt er að mæla fjarlægðina á milli þessara tveggja staða (táknað sem D). Samkvæmt samtengdu sambandi getum við fengið:
Á þessum tveimur stöðum eru fjarlægðir hlutarins skráðar sem s1 og s2, þá er s2 - s1 = D. Með því að leiða út formúluna getum við fengið brennivídd ljóskerfisins eins og hér að neðan:
2.3Lensómetri
Lensometerinn hentar mjög vel til að prófa ljósfræðileg kerfi með langa brennivídd. Skýringarmynd hans er sem hér segir:
Í fyrsta lagi er linsan sem verið er að prófa ekki sett í ljósleiðina. Skotmarkið vinstra megin fer í gegnum samsíða linsuna og verður að samsíða ljósi. Samsíða ljósið er stefnað saman af stefnandi linsu með brennivídd f2og myndar skýra mynd á viðmiðunarmyndfleti. Eftir að ljósleiðin hefur verið kvörðuð er linsan sem verið er að prófa sett í ljósleiðina og fjarlægðin milli linsunnar sem verið er að prófa og samleitna linsunnar er f2Þar af leiðandi, vegna virkni linsunnar sem verið er að prófa, mun ljósgeislinn endurfókusera, sem veldur breytingu á stöðu myndflatarins og leiðir til skýrrar myndar á staðsetningu nýja myndflatarins á skýringarmyndinni. Fjarlægðin milli nýja myndflatarins og samleitna linsunnar er táknuð með x. Byggt á sambandi hlutar og myndar má álykta brennivídd linsunnar sem verið er að prófa sem:
Í reynd hefur linsumælirinn verið mikið notaður við mælingar á efri brennipunkti gleraugna og hefur þá kosti að vera einfaldur í notkun og áreiðanlegur nákvæmur.
2.4 AbbeRútbrotsmælir
Abbe ljósbrotsmælirinn er önnur aðferð til að prófa brennivídd ljóskerfa. Skýringarmynd hans er sem hér segir:
Setjið tvær reglustikur með mismunandi hæð á yfirborð hlutarins sem verið er að prófa, þ.e. kvarðaplötu 1 og kvarðaplötu 2. Samsvarandi hæð kvarðaplatnanna er y1 og y2. Fjarlægðin milli kvarðaplatnanna tveggja er e og hornið milli efstu línu reglustikunnar og ljósássins er u. Kvarðaplatan er mynduð með prófunarlinsu með brennivídd f. Smásjá er sett upp á enda myndfletisins. Með því að færa stöðu smásjárinnar eru efstu myndir kvarðaplatnanna tveggja fundnar. Þá er fjarlægðin milli smásjárinnar og ljósássins táknuð með y. Samkvæmt sambandi hlutar og myndar getum við fengið brennivíddina sem:
2,5 Moire sveigjumælingarAðferð
Moiré-deflekkjumælingaraðferðin notar tvö sett af Ronchi-línum í samsíða ljósgeislum. Ronchi-línan er ristalaga mynstur úr málmkrómfilmu sem er sett á glerundirlag, almennt notað til að prófa afköst ljóskerfa. Aðferðin notar breytinguna á Moiré-brúnum sem myndast af ristunum tveimur til að prófa brennivídd ljóskerfisins. Skýringarmynd af meginreglunni er sem hér segir:
Á myndinni hér að ofan verður fyrirbærið, eftir að það fer í gegnum kollimerann, að samsíða geisla. Í ljósleiðinni, án þess að bæta fyrst við prófunarlinsunni, fer samsíða geislinn í gegnum tvö grindur með færsluhorninu θ og grindarbilinu d, sem myndar safn af Moiré-brúnum á myndfletinum. Síðan er prófunarlinsan sett í ljósleiðina. Upprunalega kollimeraða ljósið, eftir brot frá linsunni, mun framleiða ákveðna brennivídd. Sveigjugeisla ljósgeislans má fá með eftirfarandi formúlu:
Venjulega er linsan sem verið er að prófa staðsett mjög nálægt fyrsta ristinni, þannig að R-gildið í formúlunni hér að ofan samsvarar brennivídd linsunnar. Kosturinn við þessa aðferð er að hún getur prófað brennivídd kerfa með jákvæðri og neikvæðri brennivídd.
2.6 SjónræntFíberAsjálfskollimeringMaðferð
Meginreglan á bak við notkun sjálfvirkrar ljósleiðarasamstillingar til að prófa brennivídd linsunnar er sýnd á myndinni hér að neðan. Hún notar ljósleiðara til að senda fráviksgeisla sem fer í gegnum linsuna sem verið er að prófa og síðan á flatan spegil. Þrjár ljósleiðarar á myndinni tákna aðstæður ljósleiðarans innan fókussins, innan fókussins og utan fókussins, talið í sömu röð. Með því að færa stöðu linsunnar sem verið er að prófa fram og til baka er hægt að finna stöðu ljósleiðarahaussins í fókusnum. Á þessum tímapunkti er geislinn sjálfvirkur og eftir endurkast frá flata speglinum mun megnið af orkunni snúa aftur til stöðu ljósleiðarahaussins. Aðferðin er einföld í meginatriðum og auðveld í framkvæmd.
3. Niðurstaða
Brennivídd er mikilvægur þáttur í ljósfræðikerfi. Í þessari grein fjöllum við ítarlega um hugtakið brennivídd ljósfræðikerfis og prófunaraðferðir þess. Í tengslum við skýringarmynd útskýrum við skilgreiningu á brennivídd, þar á meðal hugtökin brennivídd á myndhlið, brennivídd á hluthlið og brennivídd frá framhlið til afturhliðs. Í reynd eru margar aðferðir til að prófa brennivídd ljósfræðikerfis. Þessi grein kynnir prófunarreglur eins og kollimatoraðferðina, Gauss-aðferðina, brennivíddarmælingaraðferðina, Abbe-brennivíddarmælingaraðferðina, Moiré-beygjuaðferðina og sjálfkollimeringaraðferð ljósleiðara. Ég tel að með því að lesa þessa grein munt þú öðlast betri skilning á brennivíddarþáttum í ljósfræðikerfum.
Birtingartími: 9. ágúst 2024
