Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 10, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 10, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek"

Martyna Podgórska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej wykład 10, wykład: pokazy: ćwiczenia: Czesław Radzewicz Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek Radosław Łapkiewicz

2 Wykład 9 - przypomnienie apertura, apertura polowa, źrenice, winietowanie apertura numeryczna oraz liczba f/# soczewki pryzmaty jako lustra z różnymi transformacjami bez przybliżenia przyosiowego aberracje geometryczne sumy Seidela, klasyfikacja aberracji 3-go rzędu aberracje chromatyczne dublet achromatyczny, warunek achromatyzmu, liczba Abbego

funkcja impulsowa układu obrazującego F o F i P S obrazowanie w polu fali spójnej: Pole fali w płaszczyźnie przedmiotowej przedstawiamy jako superpozycję fal sferycznych pochodzących od źródeł

3 funkcja impulsowa układu obrazującego F o F i P S obrazowanie w polu fali spójnej: Pole fali w płaszczyźnie przedmiotowej przedstawiamy jako superpozycję fal sferycznych pochodzących od źródeł punktowych. Pole fali w płaszczyźnie obrazowej jest sumą pól obrazów źródeł punktowych Jeżeli: działanie układu obrazującego jest liniowe obowiązuje niezmienniczość względem przesunięcia to wystarczy znać obraz pojedynczego źródła punktowego funkcję impulsową układu uwaga: trzeba odróżniać obrazowanie spójne od niespójnego: w obrazowaniu spójnym dodajemy pola w niespójnym dodajemy natężenia

4 funkcja przenoszenia modulacji MTF (Modulation Transfer Function) y y' F o F i P Io y 2π ξ S ξ - częstość przestrzenna prążków I 2 I im y M T 2π ξ I 1 albo y y Io y definiujemy widzialność prążków: V = I 2 I 1 I 1 + I 2 y MTF ξ = V(ξ)

5 MTF - przykład ograniczenie dyfrakcyjne nawet układ bez aberracji nie ma nieskończonej rozdzielczości bo jest dyfrakcja dyfrakcyjnie ograniczona rozdzielczość

MTF - obrazek Abbego Ernst Abbe (1840-1905) ξ = 2π Δx Im większa

6 MTF - obrazek Abbego Ernst Abbe ( ) ξ = 2π Δx Im większa jest wartość ξ tym mniej rzędów ugięcia trafia na soczewkę modulacja w obrazie coraz mniejsza. Dla dużej wartości ξ już pierwszy rząd ugięcia nie trafia na soczewkę modulacja w obrazie jest zerowa; MTF = 0

oko ludzkie - budowa 1: komora tylna oka 2: rąbek zębaty siatkówki 3: mięsień rzęskowy 4: obwódka rzęskowa 5: kanał Schlemma 6: źrenica 7: komora przednia oka 8: rogówka 9: tęczówka 10: kora soczewki

7 oko ludzkie - budowa 1: komora tylna oka 2: rąbek zębaty siatkówki 3: mięsień rzęskowy 4: obwódka rzęskowa 5: kanał Schlemma 6: źrenica 7: komora przednia oka 8: rogówka 9: tęczówka 10: kora soczewki 11: jądro soczewki 12: wyrostek rzęskowy 13: spojówka 14: mięsień skośny, dolny 15: mięsień prosty, dolny 16: mięsień prosty, przyśrodkowy 17: tętnice i żyły siatkówki 18: tarcza nerwu wzrokowego 19: opona twarda 20: tętnica środkowa siatkówki 21: żyła środkowa siatkówki 22: nerw wzrokowy 23: żyła wirowata 24: otoczka gałki ocznej 25: plamka żółta 26: dołek centralny siatkówki 27: twardówka 28: naczyniówka 29: mięsień prosty, górny 30: siatkówka

8 oko ludzkie - obrazowanie rozdzielczość kątowa =1 S P odległość dobrego widzenia: d 0 = 25 cm

9 oko głębia ostrości i akomodacja

10 oko - jakość obrazowania najlepsze ogr. dyfr. najgorsze

11 oko wady 1 krótkowzroczność szkła korekcyjne minusy dalekowzroczność szkła korekcyjne plusy

12 oko wady 2 Astygmatyzm szkła cylindryczne bądź sferyczno-cylidnryczne Nieregularne deformacje rogówki ablacja laserowa Laser-Assisted in situ Keratomileusis (LASIK)

lupa L Liczy się wyłącznie powiększenie kątowe: y i y o F o y i L M L = yo d 0 gdzie d 0 to odległość dobrego widzenia równa ok 25cm dla przeciętnego oka ludzkiego.

13 lupa L Liczy się wyłącznie powiększenie kątowe: y i y o F o y i L M L = yo d 0 gdzie d 0 to odległość dobrego widzenia równa ok 25cm dla przeciętnego oka ludzkiego. Rachunki y i = s i = = 1 + y o s o skąd M L = d L l L f L l f Jeśli l = f to M L = d 0 f 1 Jeśli l = 0 to M L = d ; dla L = d L f 0 mamy M L = 1 + d 0 f Jeśli L = to M L = d 0 f

14 dobra lupa -okular Ramsden Kellner Erfle Parametry: powiększenie: xn, np. x10 oznacza ogniskową 25mm położenie i rozmiar źrenicy wyjściowej kąt widzenia aberracje

15 klasyczny mikroskop optyczny Obiektyw soczewka złożona (refrakcyjna bądź odbiciowa) Okular soczewka złożona Apertura polowa w płaszczyźnie obrazu pośredniego Powiększenie: M = M Tob M Tok

16 oświetlacz + obiektyw

17 oświetlacz Köhlera, 1 Wymagania: jednorodne oświetlenie niezależna regulacja pola i jasności August Köhler,

18 oświetlacz Köhlera, 2

19 obiektywy parametry obiektywów mikroskopowych: powiększenie Nx apertura numeryczna NA położenie płaszczyzny obrazowej: 160 mm odległość robocza immersja (olej, woda) grubość szkiełka przykrywkowego achromat, apochromat aplanat, anastygmat

20 rozdzielczość mikroskopu obraz źródła punktowego Dyfrakcja światła na aperturze obiektywu przy czym I u = I 0 J 1 (u) u u = 2π NA λ r o = 2π NA Mλ r i Promień 1. zera w rozkładzie natężenia r Airy = 0.61 λ NA 2 α n Kryterium Rayleigha: minimalna odległość dwóch (rozróżnialnych) punktów to: d = r Airy 0.61 λ NA d NA = n sin α Liczby: λ = 0.5μm, NA = 1.4 d 0.22μm

21 funkcja rozmycia punktu ang. Point Spread Function (PSF) PSF w 3D z x 4 μm y y

22 mikroskop c.d. 1. Obrazowanie w skończonej odległości S P F o Ob 1. Obrazowanie w nieskończoności S F o P Ob

23 mikroskop ciemnego pola, 1

24 mikroskop ciemnego pola, 2 bright field dark field

25 mikroskop konfokalny fluorescencyjny, 1

26 mikroskop konfokalny, 2

27 mikroskop dwu-fotonowy wiązka gaussowska w ognisku I L x, y = I L0 e x2 +y 2 w 2 wzbudzenie dwufotonowe I fl I L 2 rozmiar obszaru wzbudzanego I fl I 2 L = I 2 L0 e 2x2 +y 2 w 2 = I 2 L0 e x2 +y 2 w 2 eff w eff = w/ 2

28 luneta refrakcyjna Powiększenie kątowe: M α = f ob fok ob ok Problemy z dużymi lunetami: waga obiektywu jednorodność materiału

29 dopasowanie źrenicy wyjściowej do źrenicy oka

30 luneta odbiciowa - teleskop

31 optyka adaptatywna w astronomii

32 detektor Shacka-Hartmanna Detektor Hartmanna Detektor Shacka-Hartmanna

33 teleskop z optyką adaptatywną Keck Observatory Uran, Palomar 5 m, 1-2mm

34 lornetka, 1 oznaczenia: NxM powiększenie średnica obiektywu (mm)

35 lornetka, 2 Carl Zeiss Jena

36 Format obrazu: 4:3, 3:2,... Kąt widzenia Jasność obiektywu Regulowana apertura (irys) Zoom Makro aparat fotograficzny 1

37 aparat fotograficzny, 2 Lustrzanka jednoobiektywowa SLR (Single Lens Reflex) 1. Obiektyw 2. Zwierciadło w dolnej pozycji (obraz widoczny w wizjerze) 3. Migawka 4. Błona światłoczuła lub Matryca CCD 5. Matówka lub zwierciadło w górnej pozycji (w momencie naciśnięcia spustu) 6 Soczewka skupiająca 7. Pryzmat pentagonalny lub pentagonalny układ zwierciadeł 8. Wizjer

38 aktywny bierny (pasywny) autofokus

39 kontrast fazowy

40 mikroskop bliskiego pola Scanning Near Field Optical Microscope (SNOM)

Podobne dokumenty

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 10, 30.10.2015. Radosław Łapkiewicz, Michał Nawrot

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej wykład 10, 30.10.2015 wykład: pokazy: ćwiczenia: Czesław Radzewicz Radosław Łapkiewicz, Michał Nawrot Łukasz Zinkiewicz Wykład 9 - przypomnienie