Optik lenslerin ana parametreleri

Optik alanında, optik lenslerin parametreleri performanslarında ve uygulamalarında belirleyici bir rol oynar. Aşağıda, optik lenslerin temel parametrelerinin ayrıntılı ve derinlemesine bir analizi, gösterilecek pratik uygulama örnekleri ile birleştirilmiştir.

Odak Uzunluğu: Görüntüleme Oranı Kontrolörü

Optik sistemin temel unsurlarından biri olarak odak uzunluğu, ana noktadan odak noktasına olan mesafe olarak tanımlanır. Görüntü ve gerçek nesne arasındaki orantılı ilişkinin belirlenmesinde merkezi bir rol oynar. Nesne mesafesi sabit tutulduğunda, büyük bir orantılı görüntü isteniyorsa uzun odak uzunluğu lensleri tercih edilir.

Örneğin, vahşi yaşam fotoğrafçılığında, fotoğrafçıların genellikle onları rahatsız edecek kadar yaklaşmadan hayvanların keskin detaylarını yakalamaları gerekir. Bu durumda, uzun bir odak uzunluğunda lensin kullanımı (örn. 600mm veya daha uzun) uzak hayvanı daha yakınlaştırabilir, böylece resmin daha büyük bir kısmını ve hayvanın kürkünün, gözlerinin ve diğer özelliklerinin detaylarını işgal edebilir. açıkça gösterilmiştir.

Optik bir sistemin mimarisinde, nesne odak uzunluğu (ön odak uzunluğu F) ile görüntü odak uzunluğu (F ') arasında bir fark vardır. Nesne odak uzunluğu, ana nesne noktasından H H odak noktası F'ye olan mesafedir. Görüntü odak uzunluğu, ana görüntü noktasından H 'nden görüntü odak noktası f' mesafesidir. Pozitif ve negatif özellikleri, odak noktasının ana noktasının yönüne bağlıdır ve ışığın yayılmasının yönü aynıdır, eğer ikisi aynı yön, pozitifin odak uzunluğu ise; Aksi takdirde, negatiftir. Her iki tarafta aynı ortama sahip bir sistem durumunda, görüntü tarafı odak uzunluğu ve nesne tarafı odak uzunluğunun, işaret olarak eşit ve zıt, yani f '= -F.

Göreceli diyafram ve diyafram sayısı (F-Number): Görüntü aydınlatması için ayar merkezleri

Nispi diyafram, öğrencinin çapının esas olarak görüntü düzleminin aydınlatmasını etkileyen odak uzunluğuna (d/f) oranıdır. Bir fotoğraf merceğinin görüntü düzleminin aydınlatılması, nispi diyaframın karesi ile orantılıdır. Gece fotoğrafçılığı gibi düşük ışığa sahip sahnelerde veya yüksek hızlı hareketi yakalamak için çok kısa pozlama süreleri gerektiğinde (sporcuların bir spor etkinliğinde bölünmüş saniye hareketi gibi), görüntü aydınlatmasını iyileştirme ihtiyacı kritiktir. ve bu nedenle büyük bir göreceli diyafram gereklidir. Lensler genellikle diyaframın boyutunu belirtmek için F diyaframı F numarasını kullanır ve F diyaframı f = f '/d nispi diyaframın karşılıklıdır.

Görüş alanı ve görüntü düzlemi boyutu: Çekim alanının unsurlarını tanımlama

Bir lensin görüş alanı, fotoğraflanan sahnenin kapsamını belirler. Fotoğraf sistemlerinin uzak nesneleri görüntüleme eğiliminde olduğu göz önüne alındığında, görüntü düzlemi genellikle odak düzlemine yakındır. Bu nedenle, görüntü düzlemi boyutu ile 2W görüntü alanı arasındaki ilişki, y 'formülü olarak ifade edilebilir: y', y 'görüntü düzlemi alanının yarıçapını temsil eder.

Endüstriyel kameralar alanında, ortak bir görüntü yüz alıcısı olarak CCD veya CMOS sensörleri, yüz dizisine ve hat dizisine iki tip olarak bölünmüştür. Lensin parametrelerinde, sensörün boyutu da görüş alanının boyutunu belirtmek için kullanılır.

Yüz dizisi sensörleri, boyutu genellikle çapraz uzunluk açısından ölçülen dikdörtgen bir çalışma alanına sahiptir; Satır dizisi sensörleri tek bir satırda düzenlenmiş piksel birimlerine sahiptir ve özellikleri piksel birimlerinin sayısı ve boyutu açısından ifade edilir. Hat dizisi sensörlerinin özellikleri 1K, 2K, 4K, 8K, 12K, vb. Ve piksel birimleri 5 μm, 7 μm, 10 μm, 14 μm vb.

Aynı sensör için, uzun odak uzunluğu lensi daha küçük bir görüş alanına karşılık gelir, daha büyük bir görüntü çekmek için sahneden uzakta olabilir, bu nedenle uzun mesafeli fotoğrafçılık sahnesinde teleskop kafası olarak bilinen yaygın olarak kullanılır; Kısa odak uzunluğu lens daha geniş bir görüş alanına sahiptir, görüntü yüzeyine daha geniş bir sahneye yakın olabilir, bu nedenle geniş açılı lens denirken, görüş alanı daha geniş bir balıkgöz lens olarak adlandırılır; Aradaki ikisi arasında, odak uzunluğu yaklaşık olarak lensin çapraz uzunluğuna eşittir, standart lens.

Çalışma dalga boyu: Bir lensin çalıştığı spektral aralık.

Optik lensler, belirli bir dalga boyu aralığında ışık dalgaları için tasarlanmıştır. Nesne düzleminden yayılan ışık dalgaları, görüntü düzleminde sadece lensin uyarlandığı dalga boyu aralığında ve enerji zayıflaması işlemde nispeten küçükse net bir görüntü oluşturmak için mercekten geçebilir. Astronomik gözlem alanında, farklı göksel cisimler tarafından yayılan ışık, çok çeşitli dalga boylarını kapsar. Örneğin, yıldızların gözlemlenmesi, görünür ışığa ve bazı kızılötesine yakın dalga boylarına uyum sağlayabilen optik lenslerin kullanılmasını gerektirir, çünkü yıldızlar bu dalga boyu aralıklarında güçlü bir şekilde yayılır. Bazı bulutsuların gözlemlenmesi için, yaydıkları ışık, belirli dalga boylarında spektral hidrojen çizgilerinin bazıları gibi belirli emisyon hatları içerebileceğinden, lensin zayıf ışık sinyallerini yakalaması için tasarlanmış bu dalga boylarında uzmanlaşmak gerekir, Gökbilimcilerin bulutsörün yapısını ve bileşimini incelemelerine yardımcı olacak açık bir görüntü elde etmek için. Işık aslında bir elektromanyetik dalgadır ve dalga boyuna bağlı olarak, her biri benzersiz optik özelliklere sahip vakum ultraviyole, ultraviyole, görünür, kızılötesi ve diğer bölgeleri kapsayan birkaç spektral bantlara bölünebilir.

Çözünürlük: lens görüntü kalitesi hakimi

Çözünürlük, bir lensin kalitesinin en önemli göstergelerinden biridir ve lensin görüntü düzleminin birim milimetre içinde ayırt edebileceği siyah beyaz şerit çiftlerinin sayısı olarak tanımlanır.

Çözünürlük 1/2 D'dir, burada D çizgi genişliğidir. Çözünürlük birimi LP/mm'dir (çizgi çifti/mm). İdeal bir görüntüleme lensinin odak düzleminde, çözülebilen iki şerit arasındaki karşılık gelen boşluk.

Karşılıklı, şu şekilde hesaplanan ideal lensin çözünürlüğüdür:

Burada λ milimetre olarak merkez dalga boyunu temsil eder. İdeal lensin çözünürlüğünün ve nispi diyaframın nispi diyafram ile yakından ilişkili olduğu görülebilir, göreceli açıklık ne kadar büyük olursa, f/#ne kadar küçük olursa, çözünürlük o kadar yüksek olur.

Yarı iletken litografide, lens çözünürlüğü için son derece yüksek gereksinimler vardır. Çip üzerinde daha küçük devre yapıları oluşturmak için çok yüksek çözünürlüklü optik lensler kullanmak gerekir. Örneğin, ileri litografi ekipmanlarında, lensin, tasarım ve üretim sürecindeki lensin, sapmayı ve diğer faktörleri kesinlikle kontrol etmesini gerektiren onlarca nanometreyi veya hatta daha küçük çizgileri ve desenleri ayırt edebilmek için çözünürlüğü, Chip üretim teknolojisinin sürekli ilerlemesini teşvik etmek için yüksek hassasiyetli görüntüleme elde etmek için çok küçük ölçekli. Bununla birlikte, bu formülün sadece görüş alanının merkezinin çözünürlüğünü belirlediğine dikkat edilmelidir. Görüş alanının kenarında, görüntüleme ışınının diyafram açısı eksen üzerindeki noktadan daha küçük olduğu için çözünürlük azalır.

Gerçek fotoğrafik lenslerde, gerçek çözünürlük, büyük artık sapma varlığı nedeniyle ideal bir lensinkinden çok daha düşüktür. Bu nedenle, bir lensin gerçek çözünürlüğü genellikle, görüntü düzleminin kontrastının belirli bir uzamsal frekansta kontrastına oranı olarak tanımlanan bir modülasyon transfer fonksiyonu (MTF: modülasyon transfer fonksiyonu) ile karakterizedir. milimetre başına (Lp/mm) hat çift sayısı açısından ifade edilir. Belirli bir lens için MTF değeri farklı uzamsal frekanslarda değişir. Genel olarak konuşursak, uzamsal frekans arttıkça, MTF değeri sıfıra kadar kademeli olarak azalır ve MTF sıfır olduğunda uzamsal frekansa lensin kesme frekansı denir.

Pratik endüstriyel uygulamalarda, sistem görüntüleme cihazı olarak bir yüzey dizisi veya hat dizisi sensörü kullandığından, sistemin çözünürlüğü de görüntüleme sensörünün görüntü öğesi çözünürlüğü ile sınırlı olacaktır. Piksel çözünürlüğü NF-1/2P olarak hesaplanır, burada P, piksel biriminin boyutudur. Örneğin, bir CCD'nin piksel boyutu 5 x 5 mikron olduğunda, piksel çözünürlüğü

Sensörün piksel çözünürlüğü, lensin kendisi yüksek bir çözünürlüğe sahip olsa bile, sistemin maksimum çözünürlüğünü temel olarak sınırlar, sistem ince ayrıntıları piksel çözünürlüğünün üzerindeki ayırt edemez. Bu nedenle, gerçek lens seçim işleminde, sistemin sensör tarafından sınırlı maksimum çözünürlüğe ulaşabilmesini sağlamak için lens çözünürlüğünün genellikle piksel çözünürlüğünden biraz daha yüksek olması gerekir.