ความยาวโฟกัสของระบบแสง ความหมายและวิธีการทดสอบ

1.ทางยาวโฟกัสของระบบออปติคอล

ทางยาวโฟกัสเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญมากของระบบออพติคอล สำหรับแนวคิดเรื่องทางยาวโฟกัส เรามีความเข้าใจไม่มากก็น้อย เราจะตรวจสอบที่นี่
ความยาวโฟกัสของระบบออพติคอล ซึ่งกำหนดเป็นระยะทางจากศูนย์กลางออพติคัลของระบบออพติคอลถึงจุดโฟกัสของลำแสงเมื่อมีแสงตกกระทบแบบขนาน เป็นการวัดความเข้มข้นหรือความแตกต่างของแสงในระบบออพติคอล เราใช้แผนภาพต่อไปนี้เพื่อแสดงแนวคิดนี้

ในรูปด้านบน ลำแสงขนานที่ตกกระทบจากปลายด้านซ้าย หลังจากผ่านระบบการมองเห็น มาบรรจบกันที่โฟกัสภาพ F' เส้นขยายย้อนกลับของรังสีที่มาบรรจบตัดกับเส้นขยายที่สอดคล้องกันของรังสีคู่ขนานตกกระทบที่ และพื้นผิวที่ผ่านจุดนี้และตั้งฉากกับแกนแสงเรียกว่าระนาบหลักด้านหลัง ระนาบหลักด้านหลังตัดกับแกนแสงที่จุด P2 ซึ่งเรียกว่าจุดหลัก (หรือจุดศูนย์กลางแสง) ระยะห่างระหว่างจุดหลักถึงโฟกัสภาพ ซึ่งเรามักเรียกว่าความยาวโฟกัส ชื่อเต็มคือความยาวโฟกัสใช้งานจริงของภาพ
นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้จากรูปที่ระยะทางจากพื้นผิวสุดท้ายของระบบออพติคอลถึงจุดโฟกัส F' ของภาพเรียกว่าความยาวโฟกัสด้านหลัง (BFL) ในทำนองเดียวกัน หากลำแสงคู่ขนานตกกระทบจากด้านขวา ก็ยังมีแนวคิดเกี่ยวกับความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพและทางยาวโฟกัสด้านหน้า (FFL) อีกด้วย

2. วิธีทดสอบทางยาวโฟกัส

ในทางปฏิบัติ มีหลายวิธีที่สามารถใช้ในการทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออพติคัลได้ ตามหลักการที่แตกต่างกัน วิธีการทดสอบทางยาวโฟกัสสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท หมวดแรกขึ้นอยู่กับตำแหน่งของระนาบภาพ หมวดที่สองใช้ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังขยายและทางยาวโฟกัสเพื่อให้ได้ค่าทางยาวโฟกัส และหมวดที่สามใช้ความโค้งของหน้าคลื่นของลำแสงที่มาบรรจบกันเพื่อให้ได้ค่าทางยาวโฟกัส .
ในส่วนนี้ เราจะแนะนำวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออพติคอล:：

2.1Cวิธีโอลิเมเตอร์

หลักการของการใช้คอลลิเมเตอร์เพื่อทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออพติคอลดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง:

ในรูป รูปแบบการทดสอบจะวางอยู่ที่โฟกัสของคอลลิเมเตอร์ ความสูงของรูปแบบการทดสอบและความยาวโฟกัส f_c' ของคอลลิเมเตอร์เป็นที่รู้จัก หลังจากที่ลำแสงคู่ขนานที่ปล่อยออกมาจากคอลลิเมเตอร์ถูกรวมเข้าด้วยกันโดยระบบออพติคอลที่ทดสอบและถ่ายภาพบนระนาบภาพ ความยาวโฟกัสของระบบออพติคอลสามารถคำนวณตามความสูง y' ของรูปแบบการทดสอบบนระนาบภาพ ความยาวโฟกัสของระบบออปติคัลที่ทดสอบสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

2.2 เกาส์เซียนMวิธีการ
แผนผังของวิธีเกาส์เซียนสำหรับการทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออปติคัลแสดงไว้ด้านล่าง:

ในรูป ระนาบหลักด้านหน้าและด้านหลังของระบบออพติคัลที่ทดสอบแสดงเป็น P และ P' ตามลำดับ และระยะห่างระหว่างระนาบหลักทั้งสองคือ d_P- ในวิธีนี้ ค่าของ d_Pถือว่าเป็นที่รู้จักหรือมีคุณค่าน้อยและสามารถละเลยได้ วัตถุและตะแกรงรับสัญญาณวางอยู่ที่ปลายด้านซ้ายและขวา และระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองจะถูกบันทึกเป็น L โดยที่ L จะต้องมากกว่า 4 เท่าของความยาวโฟกัสของระบบที่ทดสอบ ระบบที่ทดสอบสามารถวางได้สองตำแหน่ง โดยระบุเป็นตำแหน่ง 1 และตำแหน่ง 2 ตามลำดับ สามารถถ่ายภาพวัตถุทางด้านซ้ายได้อย่างชัดเจนบนหน้าจอรับสัญญาณ สามารถวัดระยะห่างระหว่างสองตำแหน่งนี้ (แสดงเป็น D) ได้ ตามความสัมพันธ์แบบคอนจูเกต เราจะได้:

ที่ตำแหน่งทั้งสองนี้ ระยะห่างของวัตถุจะถูกบันทึกเป็น s1 และ s2 ตามลำดับ จากนั้น s2 - s1 = D จากการหาสูตร เราจะได้ความยาวโฟกัสของระบบออพติคอลได้ดังนี้:

2.3ลเครื่องตรวจวัด
Lensometer เหมาะมากสำหรับการทดสอบระบบออพติคอลทางยาวโฟกัสยาว แผนผังของมันมีดังนี้:

ประการแรก เลนส์ที่ทดสอบจะไม่อยู่ในเส้นทางแสง ชิ้นงานที่สังเกตได้ทางด้านซ้ายจะผ่านเลนส์ปรับแนวและกลายเป็นแสงคู่ขนาน แสงคู่ขนานมาบรรจบกันด้วยเลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งมีความยาวโฟกัสเท่ากับ f₂และสร้างภาพที่ชัดเจนที่ระนาบภาพอ้างอิง หลังจากปรับเทียบเส้นทางแสงแล้ว เลนส์ที่ทดสอบจะถูกวางในเส้นทางแสง และระยะห่างระหว่างเลนส์ที่ทดสอบและเลนส์ที่มาบรรจบกันคือ f₂- ด้วยเหตุนี้ เนื่องจากการทำงานของเลนส์ที่ทดสอบ ลำแสงจะถูกปรับโฟกัสใหม่ ส่งผลให้ตำแหน่งของระนาบภาพเปลี่ยนไป ส่งผลให้ได้ภาพที่ชัดเจนที่ตำแหน่งของระนาบภาพใหม่ในแผนภาพ ระยะห่างระหว่างระนาบภาพใหม่กับเลนส์ที่มาบรรจบกันจะแสดงเป็น x จากความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุและภาพ ความยาวโฟกัสของเลนส์ที่ทดสอบสามารถสรุปได้ดังนี้:

ในทางปฏิบัติ Lensometer ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดโฟกัสด้านบนของเลนส์แว่นตา และมีข้อดีคือใช้งานง่ายและแม่นยำที่เชื่อถือได้

2.4 แอ๊บบี้Rเครื่องวัดการหักเหของแสง

เครื่องวัดการหักเหของแสง Abbe เป็นอีกวิธีหนึ่งในการทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออพติคัล แผนผังของมันมีดังนี้:

วางไม้บรรทัดสองตัวที่มีความสูงต่างกันไว้ที่ด้านพื้นผิวของวัตถุของเลนส์ที่ทดสอบ ได้แก่ แผ่นมาตราส่วน 1 และแผ่นมาตราส่วน 2 ความสูงของแผ่นมาตราส่วนที่สอดคล้องกันคือ y1 และ y2 ระยะห่างระหว่างแผ่นมาตราส่วนทั้งสองคือ e และมุมระหว่างเส้นบนสุดของไม้บรรทัดกับแกนแสงคือ u การชุบเกล็ดจะถูกถ่ายภาพโดยเลนส์ที่ทดสอบโดยมีความยาวโฟกัสที่ f มีการติดตั้งกล้องจุลทรรศน์ที่ส่วนท้ายของพื้นผิวภาพ เมื่อย้ายตำแหน่งของกล้องจุลทรรศน์ จะพบภาพด้านบนของแผ่นมาตราส่วนทั้งสอง ในเวลานี้ ระยะห่างระหว่างกล้องจุลทรรศน์และแกนแสงจะแสดงเป็น y ตามความสัมพันธ์ของวัตถุ-รูปภาพ เราสามารถหาทางยาวโฟกัสได้ดังนี้:

2.5 มัวร์เดเฟล็กโตเมทรีวิธี
วิธีการเบี่ยงเบนของมัวเรจะใช้คำวินิจฉัย Ronchi สองชุดในลำแสงที่ขนานกัน การพิจารณาคดี Ronchi เป็นรูปแบบคล้ายตารางของฟิล์มโลหะโครเมียมที่สะสมอยู่บนพื้นผิวแก้ว ซึ่งมักใช้สำหรับทดสอบประสิทธิภาพของระบบออปติก วิธีการนี้ใช้การเปลี่ยนแปลงของขอบมัวเรที่เกิดขึ้นจากตะแกรงทั้งสองเพื่อทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออพติคอล แผนผังของหลักการมีดังนี้：

ในรูปด้านบน วัตถุที่สังเกตได้หลังจากผ่านเครื่องคอลลิเมเตอร์แล้ว จะกลายเป็นลำแสงคู่ขนาน ในเส้นทางแสง โดยไม่ต้องเพิ่มเลนส์ที่ทดสอบก่อน ลำแสงคู่ขนานจะผ่านตะแกรงสองอันด้วยมุมการกระจัดที่ θ และระยะห่างของตะแกรงที่ d ทำให้เกิดชุดของขอบMoiréบนระนาบภาพ จากนั้น เลนส์ที่ทดสอบจะถูกวางในเส้นทางแสง แสงคอลลิเมตดั้งเดิมหลังจากการหักเหของเลนส์ จะทำให้เกิดทางยาวโฟกัสที่แน่นอน รัศมีความโค้งของลำแสงสามารถหาได้จากสูตรต่อไปนี้:

โดยปกติแล้ว เลนส์ที่ทดสอบจะวางอยู่ใกล้กับตะแกรงแรกมาก ดังนั้นค่า R ในสูตรข้างต้นจึงสอดคล้องกับทางยาวโฟกัสของเลนส์ ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบทางยาวโฟกัสบวกและลบได้

2.6 ออปติคอลFไอเบอร์Aออโต้คอลลิเมชั่นMวิธีการ
หลักการของการใช้วิธีปรับแสงอัตโนมัติด้วยใยแก้วนำแสงเพื่อทดสอบทางยาวโฟกัสของเลนส์แสดงอยู่ในภาพด้านล่าง ใช้ใยแก้วนำแสงเพื่อปล่อยลำแสงที่แตกต่างซึ่งผ่านเลนส์ที่กำลังทดสอบแล้วไปยังกระจกเงา เส้นทางแสงสามเส้นทางในรูปแสดงถึงสภาวะของใยแก้วนำแสงภายในโฟกัส ภายในโฟกัส และนอกโฟกัสตามลำดับ ด้วยการเลื่อนตำแหน่งของเลนส์ที่ทดสอบไปมา คุณจะพบตำแหน่งของหัวไฟเบอร์ที่โฟกัส ในเวลานี้ ลำแสงจะปรับแนวตัวเอง และหลังจากการสะท้อนด้วยกระจกระนาบ พลังงานส่วนใหญ่จะกลับสู่ตำแหน่งของหัวไฟเบอร์ วิธีการนี้เป็นหลักการง่ายๆ และนำไปปฏิบัติได้ง่าย

3.บทสรุป

ทางยาวโฟกัสเป็นตัวแปรสำคัญของระบบออพติคอล ในบทความนี้ เราจะให้รายละเอียดเกี่ยวกับแนวคิดเกี่ยวกับทางยาวโฟกัสของระบบออพติคอลและวิธีการทดสอบ เมื่อรวมกับแผนภาพ เราจะอธิบายคำจำกัดความของความยาวโฟกัส รวมถึงแนวคิดเกี่ยวกับความยาวโฟกัสด้านภาพ ความยาวโฟกัสด้านวัตถุ และทางยาวโฟกัสจากหน้าไปหลัง ในทางปฏิบัติ มีหลายวิธีในการทดสอบทางยาวโฟกัสของระบบออปติคัล บทความนี้จะแนะนำหลักการทดสอบของวิธีคอลลิเมเตอร์ วิธีเกาส์เซียน วิธีการวัดความยาวโฟกัส วิธีการวัดความยาวโฟกัสแบบ Abbe วิธีโก่งแบบมัวเร และวิธีการปรับแสงอัตโนมัติด้วยเส้นใยนำแสง ฉันเชื่อว่าการอ่านบทความนี้ คุณจะมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพารามิเตอร์ทางยาวโฟกัสในระบบออพติคอล