1. Distance focale des systèmes optiques
La distance focale est un indicateur très important du système optique, pour la notion de distance focale, nous avons plus ou moins une compréhension, nous passons en revue ici.
La distance focale d'un système optique, définie comme la distance entre le centre optique du système optique et le foyer du faisceau lors d'une incidence de lumière parallèle, est une mesure de la concentration ou de la divergence de la lumière dans un système optique. Nous utilisons le schéma suivant pour illustrer ce concept.
Dans la figure ci-dessus, le faisceau parallèle incident depuis l'extrémité gauche, après avoir traversé le système optique, converge vers le foyer de l'image F', la ligne d'extension inverse du rayon convergent coupe la ligne d'extension correspondante du rayon parallèle incident à un point, et la surface qui passe ce point et est perpendiculaire à l'axe optique est appelée plan principal arrière, le plan principal arrière coupe l'axe optique au point P2, qui est appelé point principal (ou point central optique), la distance entre le point principal et le foyer de l'image, c'est ce que l'on appelle habituellement la distance focale, le nom complet est la distance focale effective de l'image.
On voit également sur la figure que la distance entre la dernière surface du système optique et le foyer F' de l'image est appelée distance focale arrière (BFL). De manière correspondante, si le faisceau parallèle arrive du côté droit, il existe également des concepts de distance focale effective et de distance focale avant (FFL).
2. Méthodes de test de distance focale
En pratique, il existe de nombreuses méthodes permettant de tester la distance focale des systèmes optiques. Basées sur différents principes, les méthodes de test de distance focale peuvent être divisées en trois catégories. La première catégorie est basée sur la position du plan image, la deuxième catégorie utilise la relation entre le grossissement et la distance focale pour obtenir la valeur de la distance focale, et la troisième catégorie utilise la courbure du front d'onde du faisceau lumineux convergent pour obtenir la valeur de la distance focale. .
Dans cette section, nous présenterons les méthodes couramment utilisées pour tester la distance focale des systèmes optiques : :
2.1CMéthode ollilimateur
Le principe d'utilisation d'un collimateur pour tester la distance focale d'un système optique est présenté dans le schéma ci-dessous :
Sur la figure, la mire est placée au foyer du collimateur. La hauteur y de la mire et la distance focale fc' du collimateur sont connus. Une fois que le faisceau parallèle émis par le collimateur a convergé par le système optique testé et a été imagé sur le plan image, la distance focale du système optique peut être calculée sur la base de la hauteur y' de la mire de test sur le plan image. La distance focale du système optique testé peut utiliser la formule suivante :
2.2 GaussienneMméthode
La figure schématique de la méthode gaussienne pour tester la distance focale d'un système optique est présentée ci-dessous :
Sur la figure, les plans principaux avant et arrière du système optique testé sont représentés respectivement par P et P', et la distance entre les deux plans principaux est dP. Dans cette méthode, la valeur de dPest considéré comme connu, ou sa valeur est faible et peut être ignorée. Un objet et un écran de réception sont placés aux extrémités gauche et droite, et la distance entre eux est enregistrée comme L, où L doit être supérieur à 4 fois la distance focale du système testé. Le système testé peut être placé dans deux positions, notées respectivement position 1 et position 2. L'objet de gauche peut être clairement représenté sur l'écran de réception. La distance entre ces deux emplacements (notée D) peut être mesurée. D’après la relation conjuguée, on peut obtenir :
À ces deux positions, les distances des objets sont enregistrées respectivement sous la forme s1 et s2, puis s2 - s1 = D. Grâce à la dérivation de formule, nous pouvons obtenir la distance focale du système optique comme ci-dessous :
2.3Lensomètre
Le lensomètre est très approprié pour tester les systèmes optiques à longue focale. Sa figure schématique est la suivante :
Premièrement, la lentille testée n’est pas placée dans le chemin optique. La cible observée à gauche traverse la lentille collimatrice et devient une lumière parallèle. La lumière parallèle converge vers une lentille convergente de distance focale f2et forme une image claire au niveau du plan d'image de référence. Une fois le chemin optique calibré, la lentille testée est placée dans le chemin optique et la distance entre la lentille testée et la lentille convergente est f2. En conséquence, en raison de l'action de la lentille testée, le faisceau lumineux sera recentré, provoquant un déplacement de la position du plan image, ce qui donnera une image claire à la position du nouveau plan image dans le diagramme. La distance entre le nouveau plan image et la lentille convergente est notée x. Sur la base de la relation objet-image, la distance focale de l'objectif testé peut être déduite comme suit :
Dans la pratique, le lensomètre a été largement utilisé dans la mesure de la focale supérieure des verres de lunettes et présente les avantages d'un fonctionnement simple et d'une précision fiable.
2.4 AbbéRéfractomètre
Le réfractomètre Abbe est une autre méthode pour tester la distance focale des systèmes optiques. Sa figure schématique est la suivante :
Placez deux règles de hauteurs différentes sur le côté de la surface de l'objet de l'objectif testé, à savoir la plaque d'échelle 1 et la plaque d'échelle 2. Les hauteurs des plaques d'échelle correspondantes sont y1 et y2. La distance entre les deux échelles est e et l'angle entre la ligne supérieure de la règle et l'axe optique est u. L'échelle est imagée par l'objectif testé avec une distance focale de f. Un microscope est installé à l’extrémité de la surface de l’image. En déplaçant la position du microscope, on trouve les images supérieures des deux plaques d'échelle. A ce moment, la distance entre le microscope et l’axe optique est notée y. Selon la relation objet-image, nous pouvons obtenir la distance focale comme suit :
2.5 Déflectométrie moiréeMéthode
La méthode de déflectométrie Moiré utilisera deux ensembles de règles de Ronchi dans des faisceaux lumineux parallèles. La règle Ronchi est un motif en forme de grille de film de chrome métallique déposé sur un substrat de verre, couramment utilisé pour tester les performances des systèmes optiques. La méthode utilise le changement des franges de moiré formées par les deux réseaux pour tester la distance focale du système optique. Le schéma de principe est le suivant :
Dans la figure ci-dessus, l’objet observé, après avoir traversé le collimateur, devient un faisceau parallèle. Dans le chemin optique, sans ajouter au préalable la lentille testée, le faisceau parallèle traverse deux réseaux avec un angle de déplacement de θ et un espacement de réseau de d, formant un ensemble de franges de moiré sur le plan image. Ensuite, la lentille testée est placée dans le chemin optique. La lumière collimatée originale, après réfraction par la lentille, produira une certaine distance focale. Le rayon de courbure du faisceau lumineux peut être obtenu à partir de la formule suivante :
Habituellement, la lentille testée est placée très près du premier réseau, donc la valeur R dans la formule ci-dessus correspond à la distance focale de la lentille. L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de tester la distance focale des systèmes de focale positive et négative.
2.6 OptiqueFibériqueAautocollimationMméthode
Le principe d'utilisation de la méthode d'autocollimation par fibre optique pour tester la distance focale de la lentille est illustré dans la figure ci-dessous. Il utilise des fibres optiques pour émettre un faisceau divergent qui traverse la lentille testée puis sur un miroir plan. Les trois chemins optiques sur la figure représentent respectivement les conditions de la fibre optique à l'intérieur du foyer, à l'intérieur du foyer et à l'extérieur du foyer. En déplaçant la position de la lentille testée d'avant en arrière, vous pouvez trouver la position de la tête de fibre au foyer. A ce moment, le faisceau est auto-collimaté, et après réflexion par le miroir plan, la majeure partie de l'énergie reviendra à la position de la tête de fibre. La méthode est simple dans son principe et facile à mettre en œuvre.
3.Conclusion
La distance focale est un paramètre important d'un système optique. Dans cet article, nous détaillons le concept de distance focale du système optique et ses méthodes de test. En combinaison avec le diagramme schématique, nous expliquons la définition de la distance focale, y compris les concepts de distance focale côté image, de distance focale côté objet et de distance focale avant-arrière. En pratique, il existe de nombreuses méthodes pour tester la distance focale d'un système optique. Cet article présente les principes de test de la méthode du collimateur, de la méthode gaussienne, de la méthode de mesure de la distance focale, de la méthode de mesure de la distance focale Abbe, de la méthode de déviation Moiré et de la méthode d'autocollimation par fibre optique. Je pense qu'en lisant cet article, vous comprendrez mieux les paramètres de distance focale dans les systèmes optiques.
Heure de publication : 09 août 2024
