1.光学系の焦点距離
焦点距離は光学システムの非常に重要な指標です。焦点距離の概念については、多かれ少なかれ理解していますので、ここで確認します。
光学系の焦点距離は、平行光が入射するときの光学系の光学中心からビームの焦点までの距離として定義され、光学系における光の集中または発散の尺度です。この概念を説明するために次の図を使用します。
上図において、左端から入射した平行光線は光学系を通過後、像焦点F'に収束しますが、その収束光線の逆延長線は、対応する入射平行光線の延長線とある角度で交わります。この点を通り光軸に垂直な面を裏主面と呼び、裏主面と光軸との交わる点P2を主点（または光学中心点）と呼び、主要な点と画像の焦点の間の距離。これは通常焦点距離と呼ばれるもので、正式名称は画像の実効焦点距離です。
また、図から、光学系の最終面から像の焦点 F' までの距離が後部焦点距離 (BFL) と呼ばれることもわかります。同様に、平行ビームが右側から入射する場合、有効焦点距離と前焦点距離 (FFL) の概念もあります。
2. 焦点距離の試験方法
実際には、光学システムの焦点距離をテストするために使用できる方法が多数あります。さまざまな原理に基づいて、焦点距離のテスト方法は 3 つのカテゴリに分類できます。最初のカテゴリは像面の位置に基づき、2 番目のカテゴリは倍率と焦点距離の関係を使用して焦点距離値を取得し、3 番目のカテゴリは収束光ビームの波面曲率を使用して焦点距離値を取得します。 。
このセクションでは、光学システムの焦点距離をテストするために一般的に使用される方法を紹介します。
2.1Cオリメータ法
コリメータを使用して光学システムの焦点距離をテストする原理は、次の図に示すとおりです。
図では、テスト パターンはコリメータの焦点に配置されています。テストパターンの高さyと焦点距離fcコリメータの』が知られている。コリメータから放射された平行ビームがテスト光学系によって収束され、像面上に結像された後、光学系の焦点距離は像面上のテストパターンの高さ y' に基づいて計算できます。テストされた光学システムの焦点距離は次の式を使用できます。
2.2 ガウスM方法
光学系の焦点距離をテストするためのガウス法の概略図を以下に示します。
図中、被検光学系の前主面をP、後主面をP'とし、両主面間の距離をdとする。P。この方法では、d の値はPは既知であるとみなされるか、その値が小さいため無視できます。物体と受信スクリーンが左端と右端に配置され、それらの間の距離が L として記録されます。L はテスト対象システムの焦点距離の 4 倍より大きい必要があります。テスト対象のシステムは、それぞれ位置 1 と位置 2 として示される 2 つの位置に配置できます。受信画面には左側の物体が鮮明に映ります。これら 2 つの位置間の距離 (D で示す) を測定できます。共役関係によれば、次のことが得られます。
これら 2 つの位置での物体距離はそれぞれ s1 と s2 として記録され、s2 - s1 = D となります。式の導出により、光学システムの焦点距離は以下のように得られます。
2.3Lエンソメーター
レンズメーターは、焦点距離の長い光学システムのテストに非常に適しています。その概略図は次のとおりです。
まず、テスト対象のレンズが光路内に配置されていません。左側の観察対象はコリメートレンズを通過して平行光になります。平行光は焦点距離fの集光レンズで集光されます。2基準像面に鮮明な像を形成します。光路の校正後、被検レンズを光路に置き、被検レンズと集光レンズ間の距離をfとします。2。その結果、被検レンズの作用により光線の焦点が再調整され、像面の位置が変化し、図中の新しい像面の位置に鮮明な像が得られます。新しい像面と集束レンズの間の距離は x で示されます。物体と像の関係に基づいて、テスト対象のレンズの焦点距離は次のように推測できます。
実際、レンズメーターは眼鏡レンズの上焦点測定に広く使用されており、操作が簡単で精度が信頼できるという利点があります。
2.4 アッベRエフラクトメーター
アッベ屈折計は、光学システムの焦点距離をテストするためのもう 1 つの方法です。その概略図は次のとおりです。
テスト対象のレンズの物体面側に、高さの異なる 2 つの定規、つまりスケールプレート 1 とスケールプレート 2 を配置します。対応するスケールプレートの高さは y1 と y2 です。 2 枚の目盛り板間の距離は e、定規の上線と光軸のなす角度は u です。スケールメッキは、焦点距離 f のテスト済みレンズによって画像化されます。像面端には顕微鏡が設置されている。顕微鏡の位置を移動させると、2 枚の目盛り板の上面画像が見つかります。このとき、顕微鏡と光軸との距離をｙとする。物体と画像の関係に従って、焦点距離は次のように取得できます。
2.5 モアレ偏向測定方法
モアレ偏向計法では、平行光線で 2 セットのロンキー線数を使用します。ロンキー ルーリングは、ガラス基板上に蒸着された金属クロム フィルムの格子状のパターンで、光学システムの性能をテストするために一般的に使用されます。この方法では、2 つの格子によって形成されるモアレ縞の変化を利用して、光学システムの焦点距離をテストします。原理の模式図は次のとおりです。
上の図では、観察対象物はコリメータを通過すると平行光になります。光路では、最初にテストしたレンズを追加せずに、平行ビームが変位角 θ、格子間隔 d の 2 つの格子を通過し、像面上に一連のモアレ縞を形成します。次に、テストされたレンズが光路に配置されます。元の平行光は、レンズによる屈折の後、特定の焦点距離を生成します。光線の曲率半径は次の式で求められます。
通常、テスト対象のレンズは最初の格子の非常に近くに配置されるため、上記の式の R 値はレンズの焦点距離に対応します。この方法の利点は、正および負の焦点距離システムの焦点距離をテストできることです。
2.6 光学式FイベルAオートコリメーションM方法
光ファイバーオートコリメーション法を使用してレンズの焦点距離をテストする原理を次の図に示します。光ファイバーを使用して発散ビームを放射し、テスト対象のレンズを通過して平面ミラーに到達します。図中の 3 つの光路は、それぞれ焦点内、焦点内、焦点外の光ファイバーの状態を表しています。被測定レンズの位置を前後に動かすことで、焦点にあるファイバーヘッドの位置を見つけることができます。このとき、ビームは自己平行化されており、平面鏡で反射した後、エネルギーの大部分はファイバーヘッドの位置に戻ります。この方法は原理的にシンプルであり、実装も簡単です。
3.結論
焦点距離は光学システムの重要なパラメータです。この記事では、光学系の焦点距離の概念とそのテスト方法について詳しく説明します。像側焦点距離、物体側焦点距離、前後焦点距離の概念を含む焦点距離の定義を模式図と合わせて説明します。実際には、光学システムの焦点距離をテストする方法は数多くあります。この記事では、コリメータ法、ガウス法、焦点距離測定法、アッベ焦点距離測定法、モアレ偏向法、光ファイバーオートコリメーション法の検査原理を紹介します。この記事を読むことで、光学系の焦点距離パラメータについての理解が深まると思います。
投稿時刻: 2024 年 8 月 9 日
