Główne parametry soczewek optycznych

W dziedzinie optyki parametry soczewek optycznych odgrywają decydującą rolę w ich wydajności i zastosowaniu. Poniżej znajduje się szczegółowa i dogłębna analiza kluczowych parametrów soczewek optycznych, w połączeniu z praktycznymi przykładami zastosowań do zilustrowania.

Ogniskowa: kontroler współczynnika obrazowania

Ogólna, jako jeden z kluczowych elementów układu optycznego, jest zdefiniowana jako odległość od głównego punktu do punktu ogniskowego. Odgrywa kluczową rolę w określaniu proporcjonalnego związku między obrazem a rzeczywistym obiektem. Gdy odległość obiektu jest utrzymywana na stałym poziomie, preferowane są długie obiektywy ogniskowe, jeśli pożądany jest duży obraz proporcjonalny.

Na przykład w fotografii dzikiej przyrody fotografowie często muszą uchwycić ostre szczegóły zwierząt, nie zbliżając się wystarczająco, aby ich przeszkadzać. W tym przypadku użycie długiego obiektywu ogniskowego (np. 600 mm lub nawet dłużej) może przybliżać odległe zwierzę, tak aby zajmowało większą część obrazu oraz szczegóły futra, oczu i innych cech zwierzęcia są wyraźnie pokazane.

W architekturze systemu optycznego istnieje różnica między obiektem ogniskowym (przednia ogniskowa f) a ogniskową obrazem (F '). Ogólna obiekt jest odległością od głównego punktu obiektu H do punktu ogniskowego obiektu F. Ogólna długość obrazu jest odległością od głównego punktu obrazu H 'do punktu ogniskowego obrazu F'. Jego pozytywne i negatywne właściwości zależą od kierunku głównego punktu do punktu ogniskowego i kierunku propagacji światła jest taki sam, jeśli dwa są tym samym kierunkiem, ogniskową pozytywną; W przeciwnym razie jest to negatywne. Warto zauważyć, że w przypadku systemu z tym samym medium po obu stronach, ogniskowa po stronie obrazu i ogniskowa po stronie obiektu wykazują właściwość bycia równą i przeciwną w znaku, tj. F '= -F.

Względna apertura i numer apertury (liczba f): Regulacja piasty do oświetlenia obrazu

Względną otworem jest stosunek średnicy źrenicy do ogniskowej (D/F), co głównie wpływa na oświetlenie płaszczyzny obrazu. Oświetlenie płaszczyzny obrazu soczewki fotograficznej jest proporcjonalna do kwadratu względnej otworu. W scenach o niskim świetle, takich jak fotografia nocna lub gdy konieczne są bardzo krótkie czasy ekspozycji, aby uchwycić ruch szybki (taki jak ułamek sekundy akcji sportowców na wydarzeniu sportowym), potrzeba poprawy oświetlenia obrazu jest krytyczna, jest krytyczna Dlatego wymagana jest duża względna otwór. Obiektywy zwykle używają liczby przysłony F do wskazania wielkości otworu, a liczba otworu F jest odwrotnością względnej otworu, tj. F = f '/d.

Pole widzenia i rozmiar płaszczyzny obrazu: Definiowanie elementów pola widzenia strzelania

Pole widzenia soczewki określa zakres fotografowanej sceny. Biorąc pod uwagę, że systemy fotograficzne mają tendencję do obrazowania odległych obiektów, płaszczyzna obrazu znajduje się na ogół w pobliżu płaszczyzny ogniskowej. Dlatego zależność między rozmiarem płaszczyzny obrazu a polem widoku 2W „można wyrazić jako wzór: y '= f'tanw', gdzie y 'reprezentuje promień obszaru płaszczyzny obrazu.

W dziedzinie kamer przemysłowych, czujników CCD lub CMOS jako wspólny odbiornik twarzy obrazu, podzielony na tablicę twarzy i tablicę linii dwa typy. W parametrach soczewki rozmiar czujnika jest również często używany do wskazania wielkości pola widzenia.

Czujniki twarzy mają prostokątny obszar roboczy, którego wielkość jest zwykle mierzona pod względem długości po przekątnej; Czujniki liniowe mają jednostki pikselowe ułożone w jednym rzędzie, a ich specyfikacje są wyrażone pod względem liczby i wielkości jednostek pikselowych. Specyfikacje czujników macierzy linii wynoszą 1k, 2k, 4k, 8k, 12k itp., A jednostki pikseli to 5 μm, 7 μm, 10 μm, 14 μm i tak dalej.

W przypadku tego samego czujnika długi obiektyw ogniskowy odpowiada mniejszym polu widzenia, może być daleko od sceny, aby nakręcić większy obraz, więc na scenie fotograficznej na duże odległości jest powszechnie używany, znany jako Heless Head; Krótki obiektyw ogniskowy ma większe pole widzenia, może znajdować się w pobliżu większego zakresu scen na powierzchni obrazu, więc nazywa się go obiektywem szerokokątnym, podczas gdy pole widzenia jest szerzej nazwane obiektywem rybackim; Pomiędzy nimi pomiędzy, ogniskowa jest w przybliżeniu równa przekątnej długości soczewki jest standardową soczewką.

Długość fali operacyjnej: zakres widmowy, w którym działa soczewka.

Soczewki optyczne są przeznaczone do fal światła w określonym zakresie długości fali. Fale światła emitowane z płaszczyzny obiektu mogą przechodzić przez soczewkę, tworząc wyraźny obraz na płaszczyźnie obrazu tylko wtedy, gdy znajdują się w zakresie długości fali, dla której soczewka jest przystosowana, a tłumienie energii jest stosunkowo niewielkie w tym procesie. W dziedzinie obserwacji astronomicznej światło emitowane przez różne ciała niebieskie obejmuje szeroki zakres długości fal. Na przykład obserwacja gwiazd wymaga zastosowania soczewek optycznych zdolnych do dostosowania się do światła widzialnego i niektórych długości fali bliskiej podczerwieni, ponieważ gwiazdy silnie promieniują w tych zakresach długości fali. W przypadku obserwacji niektórych mgławicy, ponieważ emitują światło, które może zawierać określone linie emisji, takie jak niektóre linie spektralne wodoru przy określonych długościach fali, konieczne jest specjalizacja w tych długościach fal zaprojektowanych dla soczewki, aby uchwycić ich słabe sygnały światła, Aby uzyskać jasny obraz, aby pomóc astronomom zbadać strukturę i skład mgławicy. Światło jest zasadniczo falą elektromagnetyczną, a w zależności od długości fali można je podzielić na kilka pasm spektralnych obejmujących ultrafiolet próżniowy, ultrafiolet, widoczne, podczerwieni i inne, z których każde z unikalnymi właściwościami optycznymi.

Rezolucja: sędzia jakości obrazu obiektywu

Rozdzielczość jest jednym z najważniejszych wskaźników jakości soczewki i jest definiowana jako liczba par czarno-białych pasków, które soczewka jest w stanie rozróżnić w jednostce milimetrowej płaszczyzny obrazu.

Rozdzielczość wynosi 1/2 d, gdzie D jest szerokością linii. Jednostką rozdzielczości to LP/mm (para linii/mm). W płaszczyźnie ogniskowej idealnego obiektywu obrazowania odpowiadające odstępy między dwoma paskami, które można rozwiązać.

Jego wzajemną jest rozdzielczość idealnego soczewki, która jest obliczana jako:

Gdzie λ reprezentuje środkową długość fali, w milimetrach. Można zauważyć, że rozdzielczość idealnej soczewki i względnej apertury jest ściśle związana z względną otworem, tym większym względnym otworem, tym mniejsza f/#, tym wyższa rozdzielczość.

W litografii półprzewodnikowej istnieją wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące rozdzielczości soczewki. Aby utworzyć mniejsze struktury obwodów na układie, konieczne jest użycie soczewek optycznych o bardzo wysokiej rozdzielczości. Na przykład w zaawansowanym sprzęcie litograficznym rozdzielczość soczewki do rozróżnienia dziesiątek nanometrów lub nawet mniejszych linii i wzorów, co wymaga soczewki w procesie projektowania i produkcyjnym do ściśle kontrolowania aberracji i innych czynników, aby zapewnić, że The the the inni w celu upewnienia się, że Bardzo mała skala w celu uzyskania obrazowania o bardzo precyzyjnym, aby promować ciągły postęp technologii produkcji chipów. Należy jednak zauważyć, że ten wzór określa tylko rozdzielczość środka pola widzenia. Na krawędzi pola widzenia rozdzielczość jest zmniejszona, ponieważ kąt przysłony wiązki obrazującej jest mniejszy niż punkt na osi.

W rzeczywistych obiektywach fotograficznych faktyczna rozdzielczość jest znacznie niższa niż w przypadku idealnego soczewki z powodu obecności dużej aberracji resztkowej. Dlatego faktyczna rozdzielczość soczewki jest zwykle charakteryzowana przez funkcję przenoszenia modulacji (MTF: Funkcja przenoszenia modulacji), która jest zdefiniowana jako stosunek kontrastu płaszczyzny obrazu do kontrastu płaszczyzny obiektu przy określonej częstotliwości przestrzennej, który wyraża się w kategoriach liczby par linii na milimetr (LP/mm). Dla danego soczewki wartość MTF zmienia się przy różnych częstotliwościach przestrzennych. Ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem częstotliwości przestrzennej wartość MTF będzie stopniowo zmniejszać się, aż będzie miała dystansowanie zero, a częstotliwość przestrzenna, gdy MTF wynosi zero, nazywa się częstotliwością odcięcia soczewki.

W praktycznych zastosowaniach przemysłowych, ponieważ system wykorzystuje tablicę powierzchni lub czujnik tablicy linii jako urządzenie obrazujące, rozdzielczość systemu będzie również ograniczona rozdzielczością elementu obrazu czujnika obrazowania. Rozdzielczość piksela jest obliczana jako NF-1/2p, gdzie P jest wielkością jednostki pikselowej. Na przykład, gdy rozmiar piksela CCD wynosi 5 x 5 mikronów, rozdzielczość piksela wynosi

Rozdzielczość pikseli czujnika zasadniczo ogranicza maksymalną rozdzielczość systemu, nawet jeśli sam obiektyw ma wysoką rozdzielczość, system nie może rozróżnić drobnych szczegółów powyżej rozdzielczości piksela. Dlatego w rzeczywistym procesie wyboru obiektywu rozdzielczość soczewki jest zwykle wymagana, aby była nieco wyższa niż rozdzielczość piksela, aby system może osiągnąć maksymalną rozdzielczość ograniczoną przez czujnik.