البعد البؤري لتعريف الأنظمة البصرية وطرق اختبارها

1. البعد البؤري للأنظمة البصرية

يعد الطول البؤري مؤشرًا مهمًا جدًا للنظام البصري، وبالنسبة لمفهوم البعد البؤري، فإننا نتفهمه بشكل أو بآخر، وسنراجعه هنا.
الطول البؤري للنظام البصري، والذي يُعرف بالمسافة من المركز البصري للنظام البصري إلى بؤرة الشعاع عند سقوط ضوء موازٍ، هو مقياس لتركيز الضوء أو انحرافه في النظام البصري. نستخدم الرسم البياني التالي لتوضيح هذا المفهوم.

في الشكل أعلاه، يتقارب الشعاع المتوازي الساقط من الطرف الأيسر، بعد مروره عبر النظام البصري، مع بؤرة الصورة F'، ويتقاطع خط الامتداد العكسي للشعاع المتقارب مع خط الامتداد المقابل للشعاع المتوازي الساقط عند a نقطة، والسطح الذي يمر بهذه النقطة ويكون متعامدا مع المحور البصري يسمى المستوى الرئيسي الخلفي، ويتقاطع المستوى الرئيسي الخلفي مع المحور البصري عند النقطة P2، والتي تسمى النقطة الرئيسية (أو نقطة المركز البصري)، المسافة بين النقطة الرئيسية وبؤرة الصورة، وهي ما نطلق عليه عادة البعد البؤري، والاسم الكامل هو البعد البؤري الفعال للصورة.
ويمكن أيضًا أن نرى من الشكل أن المسافة من السطح الأخير للنظام البصري إلى النقطة البؤرية F' للصورة تسمى الطول البؤري الخلفي (BFL). في المقابل، إذا سقط الشعاع الموازي من الجانب الأيمن، فهناك أيضًا مفاهيم للبعد البؤري الفعال والبعد البؤري الأمامي (FFL).

2. طرق اختبار البعد البؤري

من الناحية العملية، هناك العديد من الطرق التي يمكن استخدامها لاختبار البعد البؤري للأنظمة البصرية. بناءً على مبادئ مختلفة، يمكن تقسيم طرق اختبار البعد البؤري إلى ثلاث فئات. تعتمد الفئة الأولى على موضع مستوى الصورة، وتستخدم الفئة الثانية العلاقة بين التكبير والبعد البؤري للحصول على قيمة البعد البؤري، والفئة الثالثة تستخدم انحناء واجهة الموجة لشعاع الضوء المتقارب للحصول على قيمة البعد البؤري .
سنقدم في هذا القسم الطرق الشائعة الاستخدام لاختبار البعد البؤري للأنظمة البصرية::

2.1Cطريقة الموليتور

مبدأ استخدام الموازاة لاختبار البعد البؤري للنظام البصري هو كما هو موضح في الرسم البياني أدناه:

في الشكل، يتم وضع نمط الاختبار في بؤرة الميزاء. الارتفاع y لنمط الاختبار والبعد البؤري f_c"من الموازاة معروفة. بعد أن يتم تقارب الحزمة المتوازية المنبعثة من الميزاء بواسطة النظام البصري الذي تم اختباره وتصويره على مستوى الصورة، يمكن حساب الطول البؤري للنظام البصري بناءً على الارتفاع y' لنمط الاختبار على مستوى الصورة. يمكن أن يستخدم البعد البؤري للنظام البصري الذي تم اختباره الصيغة التالية:

2.2 غاوسيMطريقة
يظهر الشكل التخطيطي للطريقة الغوسية لاختبار البعد البؤري للنظام البصري على النحو التالي:

في الشكل، يتم تمثيل المستويين الرئيسيين الأمامي والخلفي للنظام البصري قيد الاختبار بـ P وP' على التوالي، والمسافة بين المستويين الرئيسيين هي d_P. في هذه الطريقة قيمة د_Pيعتبر معلوما، أو قيمته صغيرة ويمكن التغاضي عنها. يتم وضع الجسم وشاشة الاستقبال في الطرفين الأيسر والأيمن، ويتم تسجيل المسافة بينهما على أنها L، حيث يجب أن يكون L أكبر من 4 أضعاف البعد البؤري للنظام قيد الاختبار. يمكن وضع النظام قيد الاختبار في موضعين، يُشار إليهما بالموضع 1 والموضع 2 على التوالي. يمكن تصوير الكائن الموجود على اليسار بوضوح على شاشة الاستقبال. يمكن قياس المسافة بين هذين الموقعين (يشار إليها بـ D). ومن خلال العلاقة المرافقة نحصل على:

في هذين الموضعين، يتم تسجيل مسافات الأجسام كـ s1 وs2 على التوالي، ثم s2 - s1 = D. من خلال اشتقاق الصيغة، يمكننا الحصول على البعد البؤري للنظام البصري على النحو التالي:

2.3لمقياس العداد
يعد مقياس العدسة مناسبًا جدًا لاختبار الأنظمة البصرية ذات البعد البؤري الطويل. الشكل التخطيطي لها هو كما يلي:

أولاً، لم يتم وضع العدسة قيد الاختبار في المسار البصري. يمر الهدف المرصود على اليسار عبر العدسة الموازية ويصبح ضوءًا موازيًا. يتقارب الضوء الموازي بواسطة عدسة متقاربة البعد البؤري f₂ويشكل صورة واضحة في مستوى الصورة المرجعية. بعد معايرة المسار البصري، يتم وضع العدسة قيد الاختبار في المسار البصري، وتكون المسافة بين العدسة قيد الاختبار والعدسة المجمعة f₂. ونتيجة لذلك، بسبب عمل العدسة قيد الاختبار، سيتم إعادة تركيز شعاع الضوء، مما يتسبب في حدوث تحول في موضع مستوى الصورة، مما يؤدي إلى صورة واضحة في موضع مستوى الصورة الجديد في الرسم التخطيطي. يُشار إلى المسافة بين مستوى الصورة الجديد والعدسة المجمعة بالرمز x. بناءً على العلاقة بين الكائن والصورة، يمكن استنتاج البعد البؤري للعدسة قيد الاختبار على النحو التالي:

من الناحية العملية، تم استخدام مقياس العدسة على نطاق واسع في القياس البؤري العلوي لعدسات النظارات، وله مزايا التشغيل البسيط والدقة الموثوقة.

2.4 آبيRمقياس النشاط

يعد مقياس انكسار آبي طريقة أخرى لاختبار البعد البؤري للأنظمة البصرية. الشكل التخطيطي لها هو كما يلي:

ضع مسطرتين بارتفاعات مختلفة على جانب سطح الجسم من العدسة قيد الاختبار، وهما لوحة المقياس 1 ولوحة المقياس 2. ارتفاع لوحات المقياس المقابلة هو y1 وy2. المسافة بين اللوحين هي e، والزاوية بين الخط العلوي للمسطرة والمحور البصري هي u. يتم تصوير المقياس بواسطة العدسة التي تم اختبارها بطول بؤري f. يتم تثبيت المجهر في نهاية سطح الصورة. ومن خلال تحريك موضع المجهر، يتم العثور على الصور العلوية لللوحتين. في هذا الوقت، يتم الإشارة إلى المسافة بين المجهر والمحور البصري بـ y. وفقا للعلاقة بين الكائن والصورة، يمكننا الحصول على البعد البؤري على النحو التالي:

2.5 قياس انحراف التموجطريقة
سوف تستخدم طريقة قياس انحراف تموج في النسيج مجموعتين من قواعد رونشي في أشعة الضوء المتوازية. مسطر رونشي هو نمط يشبه الشبكة من طبقة الكروم المعدنية المترسب على ركيزة زجاجية، يستخدم عادة لاختبار أداء الأنظمة البصرية. تستخدم الطريقة التغيير في حواف تموج في النسيج التي تشكلها الشبكتان لاختبار البعد البؤري للنظام البصري. الرسم التخطيطي للمبدأ هو كما يلي:

في الشكل أعلاه، يصبح الجسم المرصود، بعد مروره عبر الميزاء، شعاعًا متوازيًا. في المسار البصري، دون إضافة العدسة التي تم اختبارها أولاً، يمر الشعاع المتوازي عبر شبكتين بزاوية إزاحة قدرها θ وتباعد شبكي قدره d، مما يشكل مجموعة من هامش تموج في النسيج على مستوى الصورة. ثم يتم وضع العدسة المختبرة في المسار البصري. الضوء المتوازي الأصلي، بعد انكساره بواسطة العدسة، سينتج طولًا بؤريًا معينًا. يمكن الحصول على نصف قطر انحناء شعاع الضوء من الصيغة التالية:

عادةً ما يتم وضع العدسة قيد الاختبار بالقرب جدًا من الشبكة الأولى، وبالتالي فإن قيمة R في الصيغة أعلاه تتوافق مع البعد البؤري للعدسة. وتتمثل ميزة هذه الطريقة في قدرتها على اختبار البعد البؤري لأنظمة البعد البؤري الموجب والسالب.

2.6 بصريFiberAcom.utocollimationMطريقة
يظهر في الشكل أدناه مبدأ استخدام طريقة التوليف التلقائي للألياف الضوئية لاختبار البعد البؤري للعدسة. ويستخدم الألياف الضوئية لإصدار شعاع متباين يمر عبر العدسة التي يتم اختبارها ثم على مرآة مستوية. تمثل المسارات الضوئية الثلاثة في الشكل ظروف الألياف الضوئية داخل التركيز، وداخل التركيز، وخارج التركيز على التوالي. من خلال تحريك موضع العدسة قيد الاختبار ذهابًا وإيابًا، يمكنك العثور على موضع رأس الألياف عند التركيز. في هذا الوقت، يتم موازنة الشعاع ذاتيًا، وبعد الانعكاس بواسطة المرآة المستوية، ستعود معظم الطاقة إلى موضع رأس الألياف. الطريقة بسيطة من حيث المبدأ وسهلة التنفيذ.

3.الاستنتاج

يعد الطول البؤري معلمة مهمة للنظام البصري. في هذه المقالة، نتناول بالتفصيل مفهوم البعد البؤري للنظام البصري وطرق اختباره. بالاشتراك مع الرسم التخطيطي، نشرح تعريف البعد البؤري، بما في ذلك مفاهيم البعد البؤري لجانب الصورة، والبعد البؤري لجانب الكائن، والبعد البؤري من الأمام إلى الخلف. من الناحية العملية، هناك العديد من الطرق لاختبار البعد البؤري للنظام البصري. تقدم هذه المقالة مبادئ اختبار طريقة الموازاة، والطريقة الغوسية، وطريقة قياس الطول البؤري، وطريقة قياس البعد البؤري آبي، وطريقة انحراف تموج في النسيج، وطريقة الموازاة التلقائية للألياف الضوئية. أعتقد أنه من خلال قراءة هذه المقالة، سيكون لديك فهم أفضل لمعلمات الطول البؤري في الأنظمة البصرية.