焦点 Focus

2022-11-24 10:52:21 浏览:271

定义

不同光线相遇的点,成像系统的最佳调整,或沿光束的一个位置,使光束直径达到最小。

在光学和激光技术领域,术语焦点具有几种不同的含义,但它们彼此相关。

专注于几何光学和成像

焦点可以是某个点。

在几何光学中,焦点是不同光线相遇的点。 更具体地说,这主要是在成像的背景下,其中考虑了从物体的共同点出现并通过一些成像光学器件传播的不同光线。 例如,这样的焦点可以位于焦平面阵列的表面上,当成像光学元件被最佳地调整时,然后获得最佳图像。 如果光学元件有些散焦,则不同物体点的对焦点可能在探测器表面之前或之后,从而导致较大的照明点,从而降低图像清晰度。

焦点 Focus

图1:从物体平面到图像平面的点成像(来自关于用镜头成像的文章)。对于两个不同的对象点,光路用不同的颜色表示。对于对象平面中的每个点,相应的焦点都在图像平面中。

焦点也可以意味着最佳调整或调整过程。

名词焦点也可以表示调整成像系统以获得最佳图像清晰度 - 有效地将焦点放置在适当的平面上。 焦点也可以指达到最佳清晰度的物体平面(例如,“焦点在30厘米的距离”);请注意,景深通常有限,超出该范围的物体会失焦。

焦点是特定情况下的焦点。

还有动词要聚焦;这意味着实现成像系统的最佳聚焦。 自动对焦是指自动调整成像系统的焦距。 与聚焦相反的是散焦,即导致图像模糊。

在这种情况下,光的波动性质通常不被考虑。 但是,可以使用波动光学来考虑这一点。 然后发现成像会导致图像平面中尺寸有限的斑点。 最佳聚焦,例如关于焦平面阵列的纵向位置,则会产生最小尺寸的光斑。

激光束的焦点

激光束的焦点(光束焦点或激光焦点)被理解为光束半径达到最小的纵向位置(或空间区域)。 这也称为梁腰。

请注意,有关不同横向的焦点可能位于不同的位置;请参阅有关散光的文章。 此外,由于色差,焦点位置可能取决于波长。

对于光在非吸收介质中的传播,焦点是具有最大光学强度的点。 事实上,聚焦激光束的目的通常是以这种方式实现足够高的强度,用于某些激光应用。 还可能需要强烈限制暴露区域,例如在激光微加工中。

由于激光经常表现出的高空间相干性(在允许衍射限制光束的理想情况下),紧密聚焦(即聚焦到一个小点)是可能的:聚焦光束半径通常是光学波长的数量级甚至更小。 高光束质量本质上意味着光束可以很好地聚焦。

在具有最佳光束质量的光束焦点中,波前是平面的。 在聚焦之前和之后,波前是弯曲的,并且该曲率与辐射的会聚或发散有关。 具有非理想光束质量的光束会在焦点中表现出明显的加扰波前。

在激光束的背景下,通常使用波光学器件,因为波效应决定了焦点大小,这通常与应用非常相关。

一些相关术语:

  • 焦点位置是光束焦点的纵向或横向位置。
  • 焦点的长度可以用其瑞利长度来量化。
  • 紧密(或锐利或强)对焦意味着将光线聚焦到一个小点 - 与轻度对焦相反。
  • 聚焦光学元件的对焦距离是从该元件到实现对焦位置的距离。
  • 重新聚焦光束意味着将其再次聚焦在更远的纵向位置。 例如,从光纤发出的光或多或少表现出发散,但可以使用合适的透镜重新聚焦到另一个位置的点。

聚光

聚光是聚焦的另一个可能含义。

在某些情况下,光的聚焦意味着更普遍地操纵它,使其更加集中 - 即使没有获得真正的光束焦点(或光线的交叉点),例如因为光在达到最小光束直径之前击中了某个物体。 从这个意义上说,聚焦透镜(或其他光学元件)是将准直光束(例如)转换为会聚光束的透镜,或者更具体地说是用于聚焦目的的透镜。 聚焦本质上意味着波前曲率的变化。透镜和曲面镜通常用于聚焦或散焦光。

基础光学

作          者: 泮桥成像光电商城

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