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Eine optische Prüfvorrichtung ist ein Gerät oder eine Einrichtung, die zur Bewertung und Beurteilung der Leistung optischer Komponenten, Geräte oder Systeme dient. Diese Vorrichtungen werden häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt. Das Hauptziel optischer Tests ist es, die Genauigkeit, Qualität und Zuverlässigkeit optischer Geräte und Systeme sicherzustellen.
Unten sehen Sie ein typisches Modell einer optischen Linsenprüfstation im nichtsequenziellen Modus von Zemax. Der Zweck besteht darin, die Eigenschaften von Linsen wie Brennweite, Brennpunktdurchmesser, Verzeichnung und Aberrationen zu bewerten. Die Halterung hält das Objektiv in einer präzisen Position relativ zum Testgerät. Bei Brennweitentests beispielsweise ist diese Vorrichtung eine spezielle Einrichtung zur genauen Messung der Brennweite einer optischen Komponente (in Abbildung 1 orange markiert). Die Brennweite ist ein wichtiger Parameter, der den Abstand zwischen dem Objektiv und dem Bild oder Brennpunkt, der letzten Ebene des Systems, definiert.
Abbildung 1 Konfiguration der Testhalterung
Die wichtigsten optischen Komponenten des obigen Systems sind handelsübliche Teile von Thorlabs. Die Lichtquelle ist eine Weißlicht-LED von Thorlabs, Teilenummer: LEDW7E. Diese Quelle emittiert weißes Licht im Wellenlängenbereich von 430-660 nm, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der halbe Betrachtungswinkel beträgt etwa 7,5°, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 2 Emissionsbande der LED-Quelle
Abbildung 3 Abstrahlwinkel der LED-Quelle
Um diese LED-Quelle im Zemax NSQ-Modus zu modellieren, wird als Quellentyp „Source Diode“ ausgewählt, wobei die Zuordnung von X- und Y-Divergenz möglich ist. In diesem Fall geben wir 7,5 sowohl in der X-Divergenz als auch in der Y-Divergenz leer ein, wie das Objekt 3 in Abbildung 4. Für die Wellenlänge können Sie die Standardeinstellung in Zemax für sichtbares Licht verwenden, wobei die primäre Wellenlänge 588 nm beträgt, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 4 Abstrahlwinkel der LED-Quelle
Abbildung 5 Einstellung der Wellenlänge
Als Kollimationslinse wurde die Thorlabs AC050-010-A-ML gewählt. Der Aufbau des Objektivs ist in der Abbildung unten dargestellt. Diese Doublette ist mit einer Öffnung von 5 mm und einer hinteren Brennweite von 10 mm konzipiert. Es ermöglicht eine gute Lichtsammlung des 7,5° Emissionswinkels, da 2*tan(7,5)*10 = 2,6 mm, also weniger als die volle Öffnungsgröße von 5 mm. Die Wahl der Dublettenstruktur dient dem Ausgleich der chromatischen und sphärischen Aberration.
Abbildung 6 Struktur der Kollimationslinse für die LED-Quelle
Die zu testende Linse, d.h. der orangefarbene Teil in Abbildung 1, wird in den kollimierten Lichtweg gestellt. Der Abstand beträgt etwa 4 mm im Durchmesser. Bei dieser Größe kann das kollimierte Licht durch die gesamte Blende fallen. Er befindet sich 6 mm vom Kollimator entfernt, was eine gewisse Flexibilität der mechanischen Komponenten ermöglicht. Die Brennweite kann mit Hilfe eines Kamerasensors reflektiert werden, der die letzte Komponente in Abbildung 1 ist. Er befindet sich im Brennpunkt des getesteten Objektivs, d.h. Objekt 9 in Abbildung 4.
Das Licht wird wie unten dargestellt auf den Kamerasensor fokussiert. Der kleinste Mittelpunkt zeigt den besten Fokusstatus des zu testenden Objektivs an. Obwohl es sich aufgrund von Aberration und Beugung nicht um einen Punkt handeln kann, ist der kleinste Punkt derjenige, der die beste Leistung beim Fokussieren bietet.
Abbildung 7 Fokussierte Energieverteilung am Kamerasensor
Diese Kollimations- und Fokussierungsstruktur kann in großem Umfang für die Konstruktion allgemeiner optischer Prüfvorrichtungen verwendet werden. Das Testverfahren umfasst in der Regel die Einstellung der Objektivposition, bis ein fokussiertes Bild auf dem Ziel oder dem Bildsensor erhalten wird. Der Abstand zwischen dem Objektiv und dem fokussierten Bild wird dann zusammen mit anderen Parametern zur Berechnung der Brennweite verwendet. Es ist wichtig, dass das Gerät eine stabile und kontrollierte Umgebung bietet, um genaue Messungen zu gewährleisten. Eine professionelle Kalibrierung des Geräts und seiner Komponenten ist entscheidend für zuverlässige Ergebnisse. Außerdem sollte das Gerät für verschiedene Objektivtypen und -größen geeignet und benutzerfreundlich sein, um die Bedienung zu erleichtern.
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