1. Tiêu cự của hệ thống quang học
Tiêu cự là một chỉ tiêu rất quan trọng của hệ quang học, đối với khái niệm tiêu cự thì ít nhiều chúng ta cũng có hiểu biết, chúng ta ôn lại ở đây.
Độ dài tiêu cự của hệ thống quang học, được định nghĩa là khoảng cách từ quang tâm của hệ thống quang học đến tiêu điểm của chùm tia khi ánh sáng tới song song, là thước đo nồng độ hoặc độ phân kỳ của ánh sáng trong hệ thống quang học. Chúng tôi sử dụng sơ đồ sau để minh họa khái niệm này.
Trong hình trên, chùm tia tới song song từ đầu bên trái sau khi đi qua hệ quang học sẽ hội tụ về tiêu điểm ảnh F', đường kéo dài ngược của tia hội tụ cắt đường kéo dài tương ứng của tia song song tới tại a. điểm và bề mặt đi qua điểm này và vuông góc với trục quang được gọi là mặt phẳng chính phía sau, mặt phẳng chính phía sau cắt trục quang tại điểm P2, được gọi là điểm chính (hoặc điểm trung tâm quang học), khoảng cách giữa điểm chính và tiêu điểm của ảnh, đó là cái mà chúng ta thường gọi là tiêu cự, tên đầy đủ là tiêu cự hiệu dụng của ảnh.
Từ hình vẽ cũng có thể thấy rằng khoảng cách từ bề mặt cuối cùng của hệ quang học đến tiêu điểm F' của ảnh được gọi là tiêu cự sau (BFL). Tương ứng, nếu chùm tia song song chiếu tới từ phía bên phải thì cũng có các khái niệm về tiêu cự hiệu dụng và tiêu cự phía trước (FFL).
2. Phương pháp kiểm tra độ dài tiêu cự
Trong thực tế, có nhiều phương pháp có thể được sử dụng để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học. Dựa trên các nguyên tắc khác nhau, các phương pháp kiểm tra độ dài tiêu cự có thể được chia thành ba loại. Loại thứ nhất dựa trên vị trí của mặt phẳng ảnh, loại thứ hai sử dụng mối quan hệ giữa độ phóng đại và tiêu cự để thu được giá trị tiêu cự và loại thứ ba sử dụng độ cong mặt sóng của chùm ánh sáng hội tụ để thu được giá trị tiêu cự .
Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu các phương pháp thường được sử dụng để kiểm tra độ dài tiêu cự của hệ thống quang học::
2.1Cphương pháp olimator
Nguyên lý sử dụng ống chuẩn trực để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học được thể hiện trong sơ đồ dưới đây:
Trong hình, mẫu thử được đặt ở tiêu điểm của ống chuẩn trực. Chiều cao y của mẫu thử và tiêu cự fc' của ống chuẩn trực đã được biết. Sau khi chùm tia song song phát ra từ ống chuẩn trực được hệ thống quang học thử nghiệm hội tụ và chụp ảnh trên mặt phẳng ảnh, tiêu cự của hệ thống quang học có thể được tính toán dựa trên chiều cao y' của mẫu thử nghiệm trên mặt phẳng ảnh. Tiêu cự của hệ thống quang học được thử nghiệm có thể sử dụng công thức sau:
2.2 GaussMphong tục
Sơ đồ của phương pháp Gaussian để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học được hiển thị như sau:
Trong hình, các mặt phẳng chính phía trước và phía sau của hệ thống quang học được thử nghiệm được biểu diễn lần lượt là P và P' và khoảng cách giữa hai mặt phẳng chính là dP. Trong phương pháp này, giá trị của dPđược coi là đã biết hoặc giá trị của nó nhỏ và có thể bỏ qua. Một vật thể và một màn hình thu được đặt ở đầu bên trái và bên phải, khoảng cách giữa chúng được ghi là L, trong đó L cần lớn hơn 4 lần tiêu cự của hệ thống được thử nghiệm. Hệ thống được thử nghiệm có thể được đặt ở hai vị trí, ký hiệu lần lượt là vị trí 1 và vị trí 2. Đối tượng bên trái có thể được hiển thị rõ ràng trên màn hình nhận. Khoảng cách giữa hai vị trí này (ký hiệu là D) có thể đo được. Theo quan hệ liên hợp, ta có:
Tại hai vị trí này, khoảng cách vật được ghi lần lượt là s1 và s2, khi đó s2 - s1 = D. Dẫn xuất công thức, ta có được tiêu cự của hệ quang học như sau:
2.3Lmáy đo nhiệt độ
Máy đo ống kính rất phù hợp để thử nghiệm các hệ thống quang học tiêu cự dài. Sơ đồ của nó như sau:
Đầu tiên, ống kính được thử nghiệm không được đặt trong đường quang. Mục tiêu được quan sát ở bên trái đi qua thấu kính chuẩn trực và trở thành ánh sáng song song. Ánh sáng song song được hội tụ bởi một thấu kính hội tụ có tiêu cự f2và tạo thành một hình ảnh rõ ràng ở mặt phẳng hình ảnh tham chiếu. Sau khi hiệu chỉnh đường quang, thấu kính được kiểm tra được đặt vào đường dẫn quang và khoảng cách giữa thấu kính được kiểm tra và thấu kính hội tụ là f2. Kết quả là, do tác động của thấu kính được thử, chùm sáng sẽ bị hội tụ lại, gây ra sự dịch chuyển vị trí của mặt phẳng ảnh, dẫn đến ảnh rõ nét tại vị trí của mặt phẳng ảnh mới trong sơ đồ. Khoảng cách giữa mặt phẳng ảnh mới và thấu kính hội tụ được ký hiệu là x. Dựa trên mối quan hệ giữa vật và ảnh, tiêu cự của thấu kính được kiểm tra có thể được suy ra là:
Trong thực tế, máy đo thấu kính đã được sử dụng rộng rãi trong phép đo tiêu cự hàng đầu của thấu kính đeo mắt và có ưu điểm là vận hành đơn giản và độ chính xác đáng tin cậy.
2.4 Tu viện trưởngRkhúc xạ kế
Khúc xạ kế Abbe là một phương pháp khác để kiểm tra tiêu cự của hệ quang học. Sơ đồ của nó như sau:
Đặt hai thước đo có độ cao khác nhau ở phía bề mặt vật thể của thấu kính đang thử, đó là tấm tỷ lệ 1 và tấm tỷ lệ 2. Chiều cao của tấm tỷ lệ tương ứng là y1 và y2. Khoảng cách giữa hai mặt phẳng là e và góc giữa đường trên cùng của thước và trục quang là u. Tấm tỷ lệ được chụp bằng thấu kính được thử nghiệm có tiêu cự f. Một kính hiển vi được lắp đặt ở đầu bề mặt hình ảnh. Bằng cách di chuyển vị trí của kính hiển vi, người ta sẽ tìm thấy hình ảnh trên cùng của hai tấm tỷ lệ. Lúc này, khoảng cách giữa kính hiển vi và trục quang được ký hiệu là y. Theo mối quan hệ giữa vật và ảnh, chúng ta có thể lấy tiêu cự là:
2.5 Phép đo độ lệch MoirePhương pháp
Phương pháp đo độ lệch Moiré sẽ sử dụng hai bộ phán đoán Ronchi trong các chùm ánh sáng song song. Thước Ronchi là một mẫu màng crom kim loại dạng lưới được đặt trên đế thủy tinh, thường được sử dụng để kiểm tra hiệu suất của hệ thống quang học. Phương pháp này sử dụng sự thay đổi các vân Moiré được hình thành bởi hai cách tử để kiểm tra tiêu cự của hệ quang học. Sơ đồ nguyên lý của nguyên lý như sau:
Trong hình trên, vật quan sát được sau khi đi qua ống chuẩn trực sẽ trở thành một chùm tia song song. Trong đường quang, không cần thêm thấu kính được thử nghiệm trước, chùm tia song song đi qua hai cách tử có góc dịch chuyển là θ và khoảng cách các cách tử là d, tạo thành một tập hợp các vân Moiré trên mặt phẳng ảnh. Sau đó, ống kính được thử nghiệm được đặt vào đường quang. Ánh sáng chuẩn trực ban đầu sau khi bị thấu kính khúc xạ sẽ tạo ra một tiêu cự nhất định. Bán kính cong của chùm sáng có thể được tính theo công thức sau:
Thông thường thấu kính được thử được đặt rất gần với cách tử đầu tiên, do đó giá trị R trong công thức trên tương ứng với tiêu cự của thấu kính. Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm tra độ dài tiêu cự của hệ thống tiêu cự dương và âm.
2.6 Quang họcFiberAsự tự chuẩn trựcMphong tục
Nguyên lý sử dụng phương pháp tự chuẩn trực sợi quang để kiểm tra tiêu cự của thấu kính được thể hiện trong hình bên dưới. Nó sử dụng sợi quang để phát ra chùm tia phân kỳ đi qua thấu kính đang được kiểm tra và sau đó đi tới gương phẳng. Ba đường quang trong hình lần lượt biểu thị các điều kiện của sợi quang trong tiêu điểm, trong tiêu điểm và bên ngoài tiêu điểm. Bằng cách di chuyển qua lại vị trí của thấu kính được kiểm tra, bạn có thể tìm thấy vị trí của đầu sợi quang tại tiêu điểm. Lúc này, chùm tia tự chuẩn trực và sau khi bị gương phẳng phản xạ, phần lớn năng lượng sẽ quay trở lại vị trí của đầu sợi. Phương pháp này có nguyên tắc đơn giản và dễ thực hiện.
3.Kết luận
Tiêu cự là một thông số quan trọng của hệ thống quang học. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày chi tiết khái niệm về tiêu cự của hệ thống quang học và các phương pháp thử nghiệm nó. Kết hợp với sơ đồ, chúng tôi giải thích định nghĩa về tiêu cự, bao gồm các khái niệm về tiêu cự phía ảnh, tiêu cự phía vật thể và tiêu cự từ trước ra sau. Trong thực tế, có nhiều phương pháp để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học. Bài viết này giới thiệu nguyên lý thử nghiệm của phương pháp ống chuẩn trực, phương pháp Gaussian, phương pháp đo tiêu cự, phương pháp đo tiêu cự Abbe, phương pháp lệch Moiré và phương pháp tự chuẩn trực sợi quang. Tôi tin rằng khi đọc bài viết này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về các thông số tiêu cự trong hệ thống quang học.
Thời gian đăng: 09-08-2024
