1.ความยาวโฟกัสของระบบออปติคอล
ระยะโฟกัสเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญมากของระบบออปติก สำหรับแนวคิดเรื่องระยะโฟกัส เรามีความเข้าใจคร่าวๆ อยู่แล้ว ซึ่งจะมาทบทวนกันที่นี่
ความยาวโฟกัสของระบบออปติก ซึ่งกำหนดเป็นระยะทางจากจุดศูนย์กลางออปติกของระบบออปติกไปยังจุดโฟกัสของลำแสงเมื่อแสงขนานตกกระทบ เป็นการวัดความเข้มข้นหรือการแยกตัวของแสงในระบบออปติก เราใช้แผนภาพต่อไปนี้เพื่ออธิบายแนวคิดนี้
ในรูปด้านบน ลำแสงขนานที่ตกกระทบจากปลายด้านซ้าย หลังจากผ่านระบบออปติกแล้ว จะบรรจบกันที่จุดโฟกัสภาพ F' เส้นขยายย้อนกลับของรังสีที่บรรจบกันจะตัดกับเส้นขยายที่สอดคล้องกันของรังสีขนานที่ตกกระทบ ณ จุดหนึ่ง และพื้นผิวที่ผ่านจุดนี้และตั้งฉากกับแกนแสง เรียกว่า ระนาบหลักหลัง ระนาบหลักหลังจะตัดกับแกนแสง ณ จุด P2 ซึ่งเรียกว่า จุดหลัก (หรือจุดศูนย์กลางออปติก) ซึ่งคือระยะห่างระหว่างจุดหลักและจุดโฟกัสภาพ ซึ่งโดยทั่วไปเราจะเรียกว่าระยะโฟกัส โดยชื่อเต็มคือระยะโฟกัสที่มีประสิทธิภาพของภาพ
จากรูปจะเห็นได้ว่าระยะห่างจากพื้นผิวสุดท้ายของระบบออปติกไปยังจุดโฟกัส F' ของภาพเรียกว่าระยะโฟกัสด้านหลัง (BFL) ดังนั้น หากลำแสงขนานตกกระทบจากด้านขวา ก็มีแนวคิดเรื่องระยะโฟกัสที่มีประสิทธิภาพและระยะโฟกัสด้านหน้า (FFL) ด้วยเช่นกัน
2. วิธีทดสอบความยาวโฟกัส
ในทางปฏิบัติมีวิธีการต่างๆ มากมายที่สามารถนำมาใช้ในการทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติก โดยวิธีการทดสอบความยาวโฟกัสสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท โดยอาศัยหลักการที่แตกต่างกัน ประเภทแรกนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของระนาบภาพ ประเภทที่สองนั้นใช้ความสัมพันธ์ระหว่างการขยายและความยาวโฟกัสเพื่อหาค่าความยาวโฟกัส และประเภทที่สามนั้นใช้ความโค้งของหน้าคลื่นของลำแสงที่บรรจบกันเพื่อหาค่าความยาวโฟกัส
ในส่วนนี้เราจะแนะนำวิธีการที่ใช้ทั่วไปในการทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติก:：
2.1Cวิธีออลลิเมเตอร์
หลักการของการใช้คอลลิเมเตอร์ในการทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติกเป็นดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง:
ในรูป รูปแบบการทดสอบจะวางอยู่ที่จุดโฟกัสของคอลลิเมเตอร์ ความสูง y ของรูปแบบการทดสอบและระยะโฟกัส fc' ของคอลลิเมเตอร์เป็นที่ทราบกันดี หลังจากที่ลำแสงขนานที่ปล่อยออกมาจากคอลลิเมเตอร์บรรจบกันโดยระบบออปติกที่ทดสอบและสร้างภาพบนระนาบภาพ ระยะโฟกัสของระบบออปติกสามารถคำนวณได้จากความสูง y' ของรูปแบบการทดสอบบนระนาบภาพ ระยะโฟกัสของระบบออปติกที่ทดสอบสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:
2.2 เกาส์เซียนMเอธอด
รูปภาพแสดงแผนผังของวิธีเกาส์เซียนสำหรับการทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติกดังนี้:
ในรูป ระนาบหลักด้านหน้าและด้านหลังของระบบออปติกที่ทดสอบแสดงเป็น P และ P' ตามลำดับ และระยะห่างระหว่างระนาบหลักทั้งสองคือ dP. ในวิธีนี้ค่าของ dPถือว่าทราบแล้วหรือมีค่าน้อยและสามารถละเลยได้ วัตถุและหน้าจอรับข้อมูลจะถูกวางไว้ที่ปลายด้านซ้ายและขวา และระยะห่างระหว่างวัตถุและหน้าจอรับข้อมูลจะถูกบันทึกเป็น L โดยที่ L จะต้องมากกว่า 4 เท่าของความยาวโฟกัสของระบบที่ทดสอบ ระบบที่ทดสอบสามารถวางไว้ในสองตำแหน่ง โดยแสดงเป็นตำแหน่ง 1 และตำแหน่ง 2 ตามลำดับ วัตถุทางด้านซ้ายสามารถถ่ายภาพได้อย่างชัดเจนบนหน้าจอรับข้อมูล สามารถวัดระยะห่างระหว่างสองตำแหน่งนี้ (แสดงเป็น D) ได้ จากความสัมพันธ์แบบคอนจูเกต เราจะได้ดังนี้:
ที่ตำแหน่งทั้งสองนี้ ระยะห่างของวัตถุจะถูกบันทึกเป็น s1 และ s2 ตามลำดับ จากนั้น s2 - s1 = D จากการหาสูตร เราสามารถหาความยาวโฟกัสของระบบออปติกได้ดังนี้:
2.3ลเครื่องวัดความอิ่มตัว
Lensometer เหมาะมากสำหรับการทดสอบระบบออปติกที่มีระยะโฟกัสยาว ภาพแผนผังของ Lensometer เป็นดังนี้:
ประการแรก เลนส์ที่ทดสอบไม่ได้วางอยู่ในเส้นทางแสง เป้าหมายที่สังเกตได้ทางด้านซ้ายจะผ่านเลนส์ปรับลำแสงและกลายเป็นแสงขนาน แสงขนานจะบรรจบกันโดยเลนส์ปรับลำแสงที่มีระยะโฟกัส f2และสร้างภาพที่ชัดเจนที่ระนาบภาพอ้างอิง หลังจากปรับเทียบเส้นทางแสงแล้ว เลนส์ที่ทดสอบจะถูกวางไว้ในเส้นทางแสง และระยะห่างระหว่างเลนส์ที่ทดสอบและเลนส์รวมแสงคือ f2ดังนั้น เนื่องมาจากการกระทำของเลนส์ที่ทดสอบ ลำแสงจะโฟกัสใหม่ ทำให้ตำแหน่งของระนาบภาพเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้ภาพชัดเจนที่ตำแหน่งของระนาบภาพใหม่ในแผนภาพ ระยะห่างระหว่างระนาบภาพใหม่และเลนส์รวมแสงจะแสดงเป็น x จากความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับภาพ ระยะโฟกัสของเลนส์ที่ทดสอบสามารถอนุมานได้ดังนี้:
ในทางปฏิบัติ เครื่องวัดระยะเลนส์ได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดระยะโฟกัสบนของเลนส์แว่นตา ซึ่งมีข้อดีคือใช้งานง่ายและมีความแม่นยำที่เชื่อถือได้
2.4 อับเบะRเครื่องวัดการหักเหแสง
เครื่องวัดแสงแบบ Abbe เป็นอีกวิธีหนึ่งในการทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติก โดยมีภาพแผนผังดังนี้
วางไม้บรรทัดสองอันที่มีความสูงต่างกันที่ด้านพื้นผิววัตถุของเลนส์ที่ทดสอบ ได้แก่ แผ่นสเกล 1 และแผ่นสเกล 2 ความสูงของแผ่นสเกลที่สอดคล้องกันคือ y1 และ y2 ระยะห่างระหว่างแผ่นสเกลทั้งสองคือ e และมุมระหว่างเส้นบนสุดของไม้บรรทัดกับแกนแสงคือ u ภาพสเกลที่วัดได้จะถูกถ่ายภาพโดยเลนส์ที่ทดสอบด้วยระยะโฟกัส f ติดตั้งกล้องจุลทรรศน์ที่ปลายพื้นผิวภาพ โดยการเลื่อนตำแหน่งของกล้องจุลทรรศน์ จะพบภาพด้านบนของแผ่นสเกลทั้งสอง ในเวลานี้ ระยะห่างระหว่างกล้องจุลทรรศน์กับแกนแสงจะแสดงเป็น y ตามความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับภาพ เราสามารถหาระยะโฟกัสได้ดังนี้:
2.5 การเบี่ยงเบนของแสงมัวร์วิธี
วิธีการวัดการเบี่ยงเบนแสงแบบมัวร์จะใช้ชุดเส้นแบ่งแสงแบบรอนคิสองชุดในลำแสงขนานกัน เส้นแบ่งแสงแบบรอนคิเป็นรูปแบบตารางของฟิล์มโครเมียมโลหะที่เคลือบบนพื้นผิวแก้ว ซึ่งมักใช้ในการทดสอบประสิทธิภาพของระบบออปติก วิธีนี้ใช้การเปลี่ยนแปลงของขอบมัวร์ที่เกิดจากเส้นแบ่งแสงสองเส้นเพื่อทดสอบความยาวโฟกัสของระบบออปติก แผนผังของหลักการมีดังนี้:
ในรูปด้านบน วัตถุที่สังเกตได้ หลังจากผ่านคอลลิเมเตอร์แล้ว จะกลายเป็นลำแสงขนาน ในเส้นทางแสง โดยไม่ต้องเพิ่มเลนส์ที่ทดสอบก่อน ลำแสงขนานจะผ่านช่องแสงสองช่องที่มีมุมการกระจัด θ และระยะห่างของช่องแสง d ทำให้เกิดขอบมัวเรชุดหนึ่งบนระนาบภาพ จากนั้น เลนส์ที่ทดสอบจะถูกวางในเส้นทางแสง แสงที่รวมลำแสงเดิมหลังจากการหักเหของเลนส์จะสร้างความยาวโฟกัสที่แน่นอน รัศมีความโค้งของลำแสงสามารถหาได้จากสูตรต่อไปนี้:
โดยทั่วไป เลนส์ที่ทดสอบจะวางอยู่ใกล้กับช่องแสงแรกมาก ดังนั้นค่า R ในสูตรข้างต้นจึงสอดคล้องกับความยาวโฟกัสของเลนส์ ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถทดสอบความยาวโฟกัสของระบบความยาวโฟกัสบวกและลบได้
2.6 ออปติคอลFไอเบอร์AการจำกัดขอบเขตMเอธอด
หลักการของการใช้วิธีการออโตคอลลิเมชั่นใยแก้วนำแสงเพื่อทดสอบความยาวโฟกัสของเลนส์แสดงไว้ในรูปด้านล่าง โดยใช้ใยแก้วนำแสงเพื่อปล่อยลำแสงที่แยกออกจากกันซึ่งผ่านเลนส์ที่กำลังทดสอบแล้วไปยังกระจกเงาระนาบ เส้นทางแสงทั้งสามเส้นในภาพแสดงถึงสภาพของใยแก้วนำแสงภายในโฟกัส ภายในโฟกัส และนอกโฟกัสตามลำดับ โดยการเลื่อนตำแหน่งของเลนส์ที่กำลังทดสอบไปมา คุณจะสามารถค้นหาตำแหน่งของหัวไฟเบอร์ที่โฟกัสได้ ในตอนนี้ ลำแสงจะถูกออโตคอลลิเมชั่นด้วยตัวเอง และหลังจากการสะท้อนโดยกระจกเงาระนาบ พลังงานส่วนใหญ่จะกลับสู่ตำแหน่งของหัวไฟเบอร์ วิธีนี้ง่ายในหลักการและนำไปใช้ได้ง่าย
3.บทสรุป
ระยะโฟกัสเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของระบบออปติก ในบทความนี้ เราจะอธิบายแนวคิดของระยะโฟกัสของระบบออปติกและวิธีการทดสอบอย่างละเอียด ร่วมกับแผนผัง เราจะอธิบายคำจำกัดความของระยะโฟกัส รวมถึงแนวคิดของระยะโฟกัสด้านภาพ ระยะโฟกัสด้านวัตถุ และระยะโฟกัสด้านหน้าไปด้านหลัง ในทางปฏิบัติ มีหลายวิธีในการทดสอบระยะโฟกัสของระบบออปติก บทความนี้จะแนะนำหลักการทดสอบของวิธีคอลลิเมเตอร์ วิธีเกาส์เซียน วิธีการวัดระยะโฟกัส วิธีการวัดระยะโฟกัสแบบแอบเบ วิธีการเบี่ยงเบนของมัวเร และวิธีการปรับระยะโฟกัสอัตโนมัติของเส้นใยนำแสง ฉันเชื่อว่าการอ่านบทความนี้จะทำให้คุณเข้าใจพารามิเตอร์ระยะโฟกัสในระบบออปติกได้ดีขึ้น
เวลาโพสต์ : 09-08-2024
