אורך מוקד של הגדרה ושיטות בדיקה של מערכות אופטיות

1. אורך מוקד של מערכות אופטיות

אורך מוקד הוא אינדיקטור חשוב מאוד של מערכת אופטית, למושג אורך מוקד, יש לנו פחות או יותר הבנה, אנו סוקרים כאן.
אורך המוקד של מערכת אופטית, המוגדר כמרחק מהמרכז האופטי של המערכת האופטית למוקד הקרן בעת ​​כניסת אור מקביל, הוא מדד לריכוז האור או הסטייה של האור במערכת אופטית. אנו משתמשים בתרשים הבא כדי להמחיש מושג זה.

באיור שלעיל, הקרן המקבילה הנכנסת מהקצה השמאלי, לאחר שעברה דרך המערכת האופטית, מתכנסת למוקד התמונה F', קו ההרחבה ההפוך של הקרן המתכנסת מצטלב עם קו ההארכה המקביל של הקרן המקבילה הנכנסת ב- נקודה, והמשטח שעובר נקודה זו ומאונך לציר האופטי נקרא המישור הראשי האחורי, המישור הראשי האחורי מצטלב עם הציר האופטי בנקודה P2, הנקראת הנקודה הראשית (או נקודת המרכז האופטית), המרחק בין הנקודה המרכזית למיקוד התמונה, זה מה שאנו מכנים בדרך כלל אורך המוקד, השם המלא הוא אורך המוקד האפקטיבי של התמונה.
ניתן גם לראות מהאיור שהמרחק מהמשטח האחרון של המערכת האופטית לנקודת המוקד F' של התמונה נקרא אורך המוקד האחורי (BFL). בהתאם, אם הקרן המקבילה תקועה מצד ימין, ישנם גם מושגים של אורך מוקד יעיל ואורך מוקד קדמי (FFL).

2. שיטות בדיקת אורך מוקד

בפועל, ישנן שיטות רבות שניתן להשתמש בהן כדי לבדוק את אורך המוקד של מערכות אופטיות. בהתבסס על עקרונות שונים, ניתן לחלק את שיטות בדיקת אורך המוקד לשלוש קטגוריות. הקטגוריה הראשונה מבוססת על מיקום מישור התמונה, הקטגוריה השנייה משתמשת ביחס בין הגדלה ואורך המוקד כדי לקבל את ערך אורך המוקד, והקטגוריה השלישית משתמשת בעקמומיות חזית הגל של אלומת האור המתכנסת כדי לקבל את ערך אורך המוקד. .
בחלק זה, נציג את השיטות הנפוצות לבדיקת אורך המוקד של מערכות אופטיות:：

2.1Cשיטת אולימטור

העיקרון של שימוש בקולימטור לבדיקת אורך המוקד של מערכת אופטית הוא כפי שמוצג בתרשים שלהלן:

באיור, תבנית הבדיקה ממוקמת במוקד הקולימטור. גובה y של תבנית הבדיקה ואורך המוקד f_c' של הקולימטור ידועים. לאחר שהקרן המקבילה הנפלטת מהקולימטור מתכנסת על ידי המערכת האופטית שנבדקה ומצטלמת במישור התמונה, ניתן לחשב את אורך המוקד של המערכת האופטית בהתבסס על גובה y' של תבנית הבדיקה במישור התמונה. אורך המוקד של המערכת האופטית שנבדקה יכול להשתמש בנוסחה הבאה:

2.2 גאוסMאתוד
הדמות הסכמטית של שיטת גאוס לבדיקת אורך המוקד של מערכת אופטית מוצגת להלן:

באיור, המישור הראשי הקדמי והאחורי של המערכת האופטית הנבדקת מיוצגים כ-P ו-P' בהתאמה, והמרחק בין שני המישורים העיקריים הוא d._P. בשיטה זו, הערך של ד_Pנחשב לידוע, או שערכו קטן וניתן להתעלם ממנו. אובייקט ומסך קליטה ממוקמים בקצה השמאלי והימני, והמרחק ביניהם נרשם כ-L, כאשר L צריך להיות גדול מפי 4 מאורך המוקד של המערכת הנבדקת. ניתן למקם את המערכת הנבדקת בשני מצבים, המסומנים כעמדה 1 ועמדה 2 בהתאמה. ניתן לצלם את האובייקט בצד שמאל בבירור במסך המקבל. ניתן למדוד את המרחק בין שני המיקומים הללו (המסומנים כ-D). על פי מערכת היחסים המצומדת, אנו יכולים לקבל:

בשני המיקומים הללו, מרחקי האובייקט מתועדים כ-s1 ו-s2 בהתאמה, ואז s2 - s1 = D. באמצעות גזירת נוסחה, נוכל לקבל את אורך המוקד של המערכת האופטית כמפורט להלן:

2.3לאנסומטר
ה-Lensometer מתאים מאוד לבדיקת מערכות אופטיות באורך מוקד ארוך. הדמות הסכמטית שלו היא כדלקמן:

ראשית, העדשה הנבדקת אינה ממוקמת בנתיב האופטי. המטרה הנצפית משמאל עוברת דרך העדשה הקולימית והופכת לאור מקביל. האור המקביל מתכנס על ידי עדשה מתכנסת עם אורך מוקד של f₂ויוצר תמונה ברורה במישור תמונת הייחוס. לאחר כיול הנתיב האופטי, העדשה הנבדקת ממוקמת בנתיב האופטי, והמרחק בין העדשה הנבדקת לעדשה המתכנסת הוא f₂. כתוצאה מכך, עקב פעולת העדשה הנבדקת, אלומת האור תפוזר מחדש, מה שיגרום לשינוי במיקום מישור התמונה, וכתוצאה מכך תמונה ברורה במיקום מישור התמונה החדש בתרשים. המרחק בין מישור התמונה החדש לעדשה המתכנסת מסומן כ-x. בהתבסס על יחסי אובייקט-תמונה, ניתן להסיק את אורך המוקד של העדשה הנבדקת כ:

בפועל, נעשה שימוש נרחב ב-Lensometer במדידת המוקד העליון של עדשות משקפיים, ויש לו את היתרונות של תפעול פשוט ודיוק אמין.

2.4 אביRאפקטומטר

הרפרקטומטר של Abbe הוא שיטה נוספת לבדיקת אורך המוקד של מערכות אופטיות. הדמות הסכמטית שלו היא כדלקמן:

הנח שני סרגלים בגבהים שונים בצד פני האובייקט של העדשה הנבדקת, כלומר לוח קנה מידה 1 ולוח קנה מידה 2. גובה לוחות הקנה המידה המתאימים הם y1 ו-y2. המרחק בין שני לוחות הקנה מידה הוא e, והזווית בין הקו העליון של הסרגל לציר האופטי היא u. המצופה בקנה מידה מצולם על ידי העדשה שנבדקה עם אורך מוקד של f. מיקרוסקופ מותקן בקצה משטח התמונה. על ידי הזזת מיקום המיקרוסקופ, נמצאות התמונות העליונות של שני לוחות הקנה מידה. בשלב זה, המרחק בין המיקרוסקופ לציר האופטי מסומן כ-y. על פי יחסי אובייקט-תמונה, נוכל לקבל את אורך המוקד כ:

2.5 מואר דפלקטומטריהשִׁיטָה
שיטת Moiré deflectometry תשתמש בשתי קבוצות של פסיקות רונצ'י בקרני אור מקבילות. פסיקת רונצ'י היא דפוס דמוי רשת של סרט כרום מתכת המופקד על מצע זכוכית, המשמש בדרך כלל לבדיקת הביצועים של מערכות אופטיות. השיטה מנצלת את השינוי בשולי Moiré שנוצרו על ידי שני הסורגים כדי לבדוק את אורך המוקד של המערכת האופטית. התרשים הסכמטי של העיקרון הוא כדלקמן:

באיור שלמעלה, האובייקט הנצפה, לאחר שעבר דרך הקולימטור, הופך לקורה מקבילה. בנתיב האופטי, מבלי להוסיף תחילה את העדשה שנבדקה, הקרן המקבילה עוברת דרך שני רשתות עם זווית תזוזה של θ ומרווח רשת של d, ויוצרת קבוצה של שולי Moiré במישור התמונה. לאחר מכן, העדשה שנבדקה ממוקמת בנתיב האופטי. האור המקורי, לאחר שבירה על ידי העדשה, ייצור אורך מוקד מסוים. ניתן לקבל את רדיוס העקמומיות של קרן האור מהנוסחה הבאה:

בדרך כלל העדשה הנבדקת ממוקמת קרוב מאוד לסורג הראשון, כך שערך ה-R בנוסחה לעיל מתאים לאורך המוקד של העדשה. היתרון של שיטה זו הוא בכך שהיא יכולה לבדוק את אורך המוקד של מערכות אורך מוקד חיובי ושלילי.

2.6 אופטיFאיברAאוטוקולימציהMאתוד
העיקרון של שימוש בשיטת הקולימציה האוטומטית של סיבים אופטיים לבדיקת אורך המוקד של העדשה מוצג באיור למטה. הוא משתמש בסיבים אופטיים כדי לפלוט אלומה מתפצלת שעוברת דרך העדשה הנבדקת ולאחר מכן אל מראה מישורית. שלושת הנתיבים האופטיים באיור מייצגים את התנאים של הסיב האופטי בתוך המוקד, בתוך הפוקוס ומחוץ למוקד בהתאמה. על ידי הזזת מיקום העדשה הנבדקת קדימה ואחורה, ניתן למצוא את מיקום ראש הסיבים במוקד. בשלב זה, הקרן מאוזנת בעצמה, ולאחר השתקפות על ידי המראה המישורית, רוב האנרגיה תחזור למיקום ראש הסיבים. השיטה פשוטה בעקרון וקלה ליישום.

3.מסקנה

אורך מוקד הוא פרמטר חשוב של מערכת אופטית. במאמר זה נפרט את הרעיון של אורך המוקד של המערכת האופטית ושיטות הבדיקה שלה. בשילוב עם הדיאגרמה הסכמטית, אנו מסבירים את ההגדרה של אורך מוקד, כולל המושגים של אורך מוקד צד תמונה, אורך מוקד צד אובייקט ואורך מוקד מלפנים לאחור. בפועל, קיימות שיטות רבות לבדיקת אורך המוקד של מערכת אופטית. מאמר זה מציג את עקרונות הבדיקה של שיטת הקולימטור, שיטת גאוס, שיטת מדידת אורך מוקד, שיטת מדידת אורך מוקד של Abbe, שיטת הסטת Moiré ושיטת אוטוקולימציה של סיבים אופטיים. אני מאמין שבקריאת מאמר זה, תבין טוב יותר את פרמטרי אורך המוקד במערכות אופטיות.