1. Tiêu cự của hệ thống quang học
Tiêu cự là một chỉ số rất quan trọng của hệ thống quang học, về khái niệm tiêu cự, chúng ta ít nhiều đã hiểu rõ, chúng ta cùng xem lại ở đây.
Độ dài tiêu cự của một hệ thống quang học, được định nghĩa là khoảng cách từ tâm quang học của hệ thống quang học đến tiêu điểm của chùm tia khi ánh sáng song song chiếu tới, là thước đo nồng độ hoặc độ phân kỳ của ánh sáng trong một hệ thống quang học. Chúng tôi sử dụng sơ đồ sau để minh họa khái niệm này.
Trong hình trên, chùm tia song song tới từ đầu bên trái, sau khi đi qua quang hệ, hội tụ tại tiêu điểm ảnh F', đường kéo dài ngược lại của tia hội tụ cắt đường kéo dài tương ứng của tia song song tới tại một điểm, và mặt phẳng đi qua điểm này và vuông góc với trục quang học được gọi là mặt phẳng chính sau, mặt phẳng chính sau cắt trục quang học tại điểm P2, được gọi là điểm chính (hoặc điểm chính giữa quang học), khoảng cách giữa điểm chính và tiêu điểm ảnh, nó là thứ chúng ta thường gọi là tiêu cự, tên đầy đủ là tiêu cự hiệu dụng của ảnh.
Cũng có thể thấy từ hình vẽ rằng khoảng cách từ bề mặt cuối cùng của hệ thống 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, cũng có các khái niệm về tiêu cự hiệu dụng và tiêu cự trước (FFL).
2. Phương pháp kiểm tra độ dài tiêu cự
Trên thực tế, có nhiều phương pháp có thể sử dụng để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học. Dựa trên các nguyên lý khác nhau, các phương pháp kiểm tra 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 sáng hội tụ để thu được giá trị tiêu cự.
Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu các phương pháp thường dùng để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học:：
2.1CPhương pháp ollimator
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 tại tiêu điểm của bộ chuẩn trực. Chiều cao y của mẫu thử và tiêu cự fc' của bộ chuẩn trực được biết đến. Sau khi chùm tia song song phát ra từ bộ chuẩn trực được hội tụ bởi hệ thống quang học được thử nghiệm và được tạo ảnh trên mặt phẳng ảnh, độ dài 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. Độ dài tiêu cự của hệ thống quang học được thử nghiệm có thể sử dụng công thức sau:
2.2 GaussMphương pháp
Sơ đồ phương pháp Gaussian để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học được thể hiện như sau:
Trong hình, mặt phẳng chính trước và sau của hệ thống quang học đang 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, và khoảng cách giữa chúng được ghi lại là L, trong đó L cần lớn hơn 4 lần tiêu cự của hệ thống đang thử nghiệm. Hệ thống đang thử nghiệm có thể được đặt ở hai vị trí, được ký hiệu lần lượt là vị trí 1 và vị trí 2. Vật thể bên trái có thể được chụp rõ trên màn hình thu. Khoảng cách giữa hai vị trí này (được ký hiệu là D) có thể được đo. Theo mối quan hệ liên hợp, chúng ta có thể nhận được:
Tại hai vị trí này, khoảng cách vật được ghi lại lần lượt là s1 và s2, khi đó s2 - s1 = D. Thông qua công thức suy ra, ta có thể thu được tiêu cự của hệ quang học như sau:
2.3Lmáy đo độ ẩm
Lensometer rất phù hợp để thử nghiệm các hệ thống quang học tiêu cự dài. Sơ đồ của nó như sau:
Đầu tiên, thấu kính đang thử nghiệm không được đặt trong đường dẫn quang học. Mục tiêu quan sát ở bên trái đi qua thấu kính hội tụ và trở thành ánh sáng song song. Ánh sáng song song được hội tụ bởi thấu kính hội tụ có tiêu cự f2và tạo ra một hình ảnh rõ nét tại mặt phẳng hình ảnh tham chiếu. Sau khi đường dẫn quang học được hiệu chuẩn, ống kính đang thử nghiệm được đặt trong đường dẫn quang học và khoảng cách giữa ống kính đang thử nghiệm và ống kính hội tụ là f2. Kết quả là, do tác động của thấu kính đang thử nghiệm, chùm sáng sẽ được hội tụ lại, gây ra sự dịch chuyển vị trí của mặt phẳng ảnh, tạo ra 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 vật-ảnh, tiêu cự của thấu kính đang thử nghiệm có thể được suy ra như sau:
Trên thực tế, máy đo độ khúc xạ đã được sử dụng rộng rãi trong phép đo tiêu cự trên của tròng kính đeo mắt và có ưu điểm là vận hành đơn giản và độ chính xác đáng tin cậy.
2.4 Viện trưởngRmáy đo khúc xạ
Khúc xạ kế Abbe là một phương pháp khác để kiểm tra tiêu cự của hệ thống quang học. Sơ đồ của nó như sau:
Đặt hai thước kẻ có chiều cao khác nhau ở mặt vật thể của thấu kính đang thử nghiệm, cụ thể là thước kẻ 1 và thước kẻ 2. Chiều cao của các thước kẻ tương ứng là y1 và y2. Khoảng cách giữa hai thước kẻ là e và góc giữa đường trên cùng của thước kẻ và trục quang là u. Thước kẻ được tạo ảnh bằng thấu kính đang thử nghiệm với tiêu cự f. Một kính hiển vi được lắp ở đầu bề mặt ảnh. Bằng cách di chuyển vị trí của kính hiển vi, ảnh trên cùng của hai thước kẻ được tìm thấy. Lúc này, khoảng cách giữa kính hiển vi và trục quang được ký hiệu là y. Theo mối quan hệ vật thể-ảnh, chúng ta có thể có được tiêu cự là:
2.5 Đo độ lệch MoirePhương pháp
Phương pháp đo độ lệch Moiré sẽ sử dụng hai bộ quy tắc Ronchi trong các chùm sáng song song. Quy tắc Ronchi là một mẫu dạng lưới của màng crom kim loại được lắng đọng trên một chất nền thủy tinh, thường được sử dụng để kiểm tra hiệu suất của các hệ thống quang học. Phương pháp này sử dụng sự thay đổi của các vân Moiré được tạo thành bởi hai mạng để kiểm tra độ dài tiêu cự của hệ thống quang học. Sơ đồ nguyên lý như sau:
Trong hình trên, vật thể quan sát được, sau khi đi qua bộ chuẩn trực, trở thành một chùm tia song song. Trong đường đi quang học, không cần thêm thấu kính thử nghiệm trước, chùm tia song song đi qua hai mạng có góc dịch chuyển θ và khoảng cách giữa các mạng là d, tạo thành một tập hợp các vân Moiré trên mặt phẳng ảnh. Sau đó, thấu kính thử nghiệm được đặt vào đường đi quang học. Ánh sáng chuẩn trực ban đầu, sau khi khúc xạ bởi thấu kính, sẽ tạo ra một tiêu cự nhất định. Bán kính cong của chùm tia sáng có thể thu được từ công thức sau:
Thông thường, thấu kính cần kiểm tra được đặt rất gần với mạng 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 tiêu cự của hệ thống tiêu cự dương và tiêu cực.
2.6 Quang họcFngười da đenAsự không chuẩn trựcMphương pháp
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. Phương pháp này sử dụng sợi quang để phát ra chùm tia phân kỳ đi qua thấu kính đang được kiểm tra và sau đó đi vào gương phẳng. Ba đường dẫn quang trong hình biểu diễn các điều kiện của sợi quang trong tiêu điểm, trong tiêu điểm và ngoài tiêu điểm. Bằng cách di chuyển vị trí của thấu kính đang được kiểm tra qua lại, bạn có thể tìm thấy vị trí của đầu sợi tại tiêu điểm. Lúc này, chùm tia tự chuẩn trực và sau khi phản xạ bởi gương phẳng, phần lớn năng lượng sẽ trở về vị trí của đầu sợi. Phương pháp này về nguyên lý 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 hệ thống quang học và các phương pháp thử nghiệm của 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 và tiêu cự từ trước ra sau. Trong thực tế, có nhiều phương pháp để thử nghiệm tiêu cự của hệ thống quang học. Bài viết này giới thiệu các nguyên tắc thử nghiệm của phương pháp collimator, 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
