1. 광학계의 초점거리
초점 거리는 광학 시스템의 매우 중요한 지표입니다. 초점 거리의 개념에 대해 우리는 어느 정도 이해하고 있으며 여기에서 검토합니다.
평행광이 입사할 때 광학 시스템의 광학 중심에서 빔의 초점까지의 거리로 정의되는 광학 시스템의 초점 길이는 광학 시스템에서 빛의 집중 또는 발산을 측정한 것입니다. 이 개념을 설명하기 위해 다음 다이어그램을 사용합니다.
위 그림에서 왼쪽 끝에서 입사한 평행광선은 광학계를 통과한 후 이미지 초점 F'로 수렴하고, 수렴광선의 역 연장선은 입사 평행광선의 대응 연장선과 교차합니다. 이 점을 통과하고 광축에 수직인 표면을 후면 주평면이라고 하며, 후면 주평면은 점 P2에서 광축과 교차하며 이를 주점(또는 광학 중심점)이라고 합니다. 주요 지점과 이미지 초점 사이의 거리를 우리가 일반적으로 초점 거리라고 부르며, 전체 이름은 이미지의 유효 초점 거리입니다.
또한 그림에서 볼 수 있듯이 광학 시스템의 마지막 표면에서 이미지의 초점 F'까지의 거리를 후방 초점 거리(BFL)라고 합니다. 이에 따라 평행광이 오른쪽에서 입사하는 경우 유효초점거리와 전면초점거리(FFL)라는 개념도 있습니다.
2. 초점 거리 테스트 방법
실제로 광학 시스템의 초점 거리를 테스트하는 데 사용할 수 있는 방법은 다양합니다. 다양한 원리에 따라 초점 거리 테스트 방법은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 범주는 이미지 평면의 위치를 기준으로 하고, 두 번째 범주는 배율과 초점 거리의 관계를 사용하여 초점 거리 값을 얻고, 세 번째 범주는 수렴 광선의 파면 곡률을 사용하여 초점 거리 값을 얻습니다. .
이 섹션에서는 광학 시스템의 초점 거리를 테스트하는 데 일반적으로 사용되는 방법을 소개합니다.
2.1C올리메이터 방식
콜리메이터를 사용하여 광학 시스템의 초점 거리를 테스트하는 원리는 아래 다이어그램과 같습니다.
그림에서 테스트 패턴은 콜리메이터의 초점에 배치됩니다. 테스트 패턴의 높이 y와 초점 거리 fc' 콜리메이터의 것으로 알려져 있다. 콜리메이터에서 방출된 평행 빔이 테스트된 광학 시스템에 의해 수렴되고 이미지 평면에 이미징된 후 광학 시스템의 초점 길이는 이미지 평면에서 테스트 패턴의 높이 y'를 기반으로 계산될 수 있습니다. 테스트된 광학 시스템의 초점 거리는 다음 공식을 사용할 수 있습니다.
2.2 가우스M방법
광학 시스템의 초점 거리를 테스트하기 위한 가우스 방법의 개략도는 다음과 같습니다.
그림에서 테스트 중인 광학 시스템의 전면 및 후면 기본 평면은 각각 P 및 P'로 표시되며 두 기본 평면 사이의 거리는 d입니다.P. 이 방법에서는 d의 값이P알려진 것으로 간주되거나 그 값이 작아 무시할 수 있습니다. 물체와 수신 화면을 왼쪽과 오른쪽 끝에 배치하고 그 사이의 거리를 L로 기록합니다. 여기서 L은 테스트 중인 시스템 초점 거리의 4배보다 커야 합니다. 테스트 중인 시스템은 각각 위치 1과 위치 2로 표시되는 두 위치에 배치될 수 있습니다. 왼쪽의 물체는 수신 화면에서 선명하게 이미지화될 수 있습니다. 이 두 위치(D로 표시) 사이의 거리를 측정할 수 있습니다. 켤레 관계에 따르면 다음을 얻을 수 있습니다.
이 두 위치에서 물체 거리는 각각 s1과 s2로 기록되고 s2 - s1 = D로 기록됩니다. 공식 유도를 통해 광학 시스템의 초점 거리를 아래와 같이 얻을 수 있습니다.
2.3엘측량계
Lensometer는 긴 초점 거리의 광학 시스템을 테스트하는 데 매우 적합합니다. 그 개략도는 다음과 같습니다.
첫째, 테스트 중인 렌즈가 광학 경로에 위치하지 않습니다. 왼쪽의 관찰 대상은 시준 렌즈를 통과하여 평행광이 됩니다. 평행광은 초점 거리가 f인 수렴 렌즈에 의해 수렴됩니다.2기준 이미지 평면에서 선명한 이미지를 형성합니다. 광학 경로가 보정된 후 테스트 중인 렌즈가 광학 경로에 배치되고 테스트 중인 렌즈와 수렴 렌즈 사이의 거리는 f입니다.2. 결과적으로 테스트 중인 렌즈의 작용으로 인해 광선의 초점이 다시 맞춰지고 이미지 평면의 위치가 이동하여 다이어그램의 새 이미지 평면 위치에서 선명한 이미지가 생성됩니다. 새로운 이미지 평면과 수렴 렌즈 사이의 거리는 x로 표시됩니다. 물체-이미지 관계를 기반으로 테스트 중인 렌즈의 초점 거리는 다음과 같이 추론할 수 있습니다.
실제로 렌즈미터는 안경 렌즈의 최고 초점 측정에 널리 사용되어 왔으며 조작이 간단하고 정밀도가 신뢰할 수 있다는 장점이 있습니다.
2.4 아베R굴절계
Abbe 굴절계는 광학 시스템의 초점 거리를 테스트하는 또 다른 방법입니다. 그 개략도는 다음과 같습니다.
테스트 중인 렌즈의 물체 표면 측에 높이가 다른 두 개의 눈금자, 즉 눈금판 1과 눈금판 2를 배치합니다. 해당 눈금판의 높이는 y1과 y2입니다. 두 스케일 플레이트 사이의 거리는 e이고 눈금자의 상단 선과 광축 사이의 각도는 u입니다. 스케일 도금은 초점 거리가 f인 테스트된 렌즈에 의해 이미지화됩니다. 현미경은 이미지 표면 끝에 설치됩니다. 현미경의 위치를 이동하면 두 스케일 플레이트의 상단 이미지가 발견됩니다. 이때, 현미경과 광축 사이의 거리를 y로 표시한다. 물체-이미지 관계에 따르면 초점 거리를 다음과 같이 얻을 수 있습니다.
2.5 모아레 편향법방법
모아레 편향법 방법은 평행한 광선에서 Ronchi 룰링의 두 세트를 사용합니다. Ronchi 룰링은 유리 기판에 증착된 금속 크롬 필름의 격자형 패턴으로, 일반적으로 광학 시스템의 성능을 테스트하는 데 사용됩니다. 이 방법은 두 격자에 의해 형성된 모아레 무늬의 변화를 활용하여 광학 시스템의 초점 거리를 테스트합니다. 원리의 개략도는 다음과 같습니다.
위 그림에서 관찰된 물체는 콜리메이터를 통과한 후 평행한 광선이 됩니다. 광학 경로에서 테스트된 렌즈를 먼저 추가하지 않고 평행 빔은 변위 각도가 θ이고 격자 간격이 d인 두 개의 격자를 통과하여 이미지 평면에 일련의 모아레 무늬를 형성합니다. 그런 다음 테스트된 렌즈를 광학 경로에 배치합니다. 원래 시준된 빛은 렌즈에 의해 굴절된 후 특정 초점 거리를 생성합니다. 광선의 곡률 반경은 다음 공식으로 얻을 수 있습니다.
일반적으로 테스트 중인 렌즈는 첫 번째 격자에 매우 가깝게 배치되므로 위 공식의 R 값은 렌즈의 초점 거리에 해당합니다. 이 방법의 장점은 포지티브 및 네거티브 초점 거리 시스템의 초점 거리를 테스트할 수 있다는 것입니다.
2.6 광학F이버A자동 시준M방법
광섬유 자동 시준 방법을 사용하여 렌즈의 초점 거리를 테스트하는 원리는 아래 그림에 나와 있습니다. 이는 광섬유를 사용하여 테스트 중인 렌즈를 통과한 다음 평면 거울로 발산하는 빔을 방출합니다. 그림의 세 가지 광 경로는 각각 초점 내, 초점 내, 초점 외부 광섬유의 상태를 나타냅니다. 테스트 중인 렌즈의 위치를 앞뒤로 움직여 초점이 맞는 파이버 헤드의 위치를 찾을 수 있습니다. 이때 빔은 자체 시준되며 평면 거울에 반사된 후 대부분의 에너지가 광섬유 헤드의 위치로 돌아갑니다. 이 방법은 원칙적으로 간단하고 구현하기 쉽습니다.
3.결론
초점 거리는 광학 시스템의 중요한 매개변수입니다. 이 기사에서는 광학 시스템 초점 거리의 개념과 테스트 방법을 자세히 설명합니다. 개략도와 결합하여 상 측 초점 거리, 물체 측 초점 거리, 전후 초점 거리의 개념을 포함한 초점 거리의 정의를 설명합니다. 실제로 광학 시스템의 초점 거리를 테스트하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 기사에서는 콜리메이터 방법, 가우스 방법, 초점 거리 측정 방법, 아베 초점 거리 측정 방법, 모아레 편향 방법 및 광섬유 자동 시준 방법의 테스트 원리를 소개합니다. 나는 이 기사를 읽으면 광학 시스템의 초점 거리 매개변수를 더 잘 이해할 수 있을 것이라고 믿습니다.
게시 시간: 2024년 8월 9일
