OPTYKA INSTRUMENTALNA

Transkrypt

1 OPTYKA INSTRUMENTALNA Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska Pokój 18/11 bud. A-1

2 Treść wykładów Spis treści: - Wykład 1: POJĘCIA WSTĘPNE OPTYKI GEOMETRYCZNEJ (I NIE TYLKO): promienie charakterystyczne (aperturowy, polowy); przysłony (aperturowa i polowa); obrazy przysłon (źrenice i luki); winietowanie; powiększenia (liniowe poprzeczne i podłużne, kątowe); głębia ostrości; zdolność rozdzielcza definicja, geneza i kryteria (Rayleigha, Sparrowa, koherentne i niekoherentne); - Wykład 2 i 3: ABERRACJE: odwzorowanie stygmatyczne; eikonał; aberracje geometryczne III rzędu (Seidla): sferyczna, koma, astygmatyzm i krzywizna pola; dystorsja; aberracje chromatyczne: położenia i powiększenia, korekcja (dublet achromatyczny, apochromat); ocena jakości odwzorowania (aberracje aperturowe i polowe; diagram śladowy); - Wykład 4: ELEMENTY UKŁADÓW OPTYCZNYCH: zwierciadła (płaskie, sferyczne, niesferyczne; kostki światłodzielące); pryzmaty odbiciowe: prostokątne, Dovego-Wollastona, delta, równoległoboczny, pentagonalny, dachowy, Bauernfeinda, narożnikowy, Porro, rewersyjny, Abbego; płytki płaskorównoległe, kliny; pryzmaty spektralne (autokolimacyjny, Bauernfeinda, Browninga, à vision directe);

3 Treść wykładów Spis treści: - Wykład 5: ELEMENTY UKŁADÓW OPTYCZNYCH cd.: siatki dyfrakcyjne (budowa, rodzaje, parametry); soczewki gradientowe; aksikony, soczewki dyfrakcyjne (soczewka i płytka strefowa Fresnela, soczewki holograficzne i kinoformowe); oko: budowa, parametry optyczne, akomodacja, wady wzroku, zdolność rozdzielcza oka, adaptacja, odczuwanie kontrastów; - Wykład 6: PRZYRZĄDY OPTYCZNE I: lupa, aparat fotograficzny (obiektywy), projektory, kolimatory; - Wykład 7: PRZYRZĄDY OPTYCZNE II: lunety (Keplera, Galileusza), lornetki, lunety astronomiczne, luneta autokolimacyjna, lunety pomiarowe, lunety celownicze, niwelator, teodolit, dalmierze, optimetr, luneta aliniometryczna, peryskopy i wzierniki, teleskopy; - Wykład 8: PRZYRZĄDY OPTYCZNE III: mikroskopy budowa, rodzaje oświetlenia i sposoby obserwacji (jasne i ciemne pole), bieg promieni charakterystycznych, zdolność rozdzielcza; elementy mikroskopów: kondensory, obiektywy, okulary (Huygensa, Ramsdena, Kellnera); rodzaje mikroskopów: biologiczny, stereoskopowy, projekcyjny, warsztatowy, autokolimacyjny, interferencyjny, polaryzacyjny, z kontrastem fazowym); goniometr, dynametr, ława optyczna;

4 Treść wykładów Spis treści: - Wykład 9: SZKŁO definicja, budowa, metody wytwarzania, własności fizyczne, parametry mechaniczne; parametry optyczne szkła: jednorodność, smużystość, pęcherzowatość, dwójłomność, absorpcja, współczynnik odbicia (definicje, sposoby pomiaru, kategoryzacje); - Wykład 10: POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA I: współczynnik załamania i dyspersja szkła: definicje, sens fizyczny; spektrometryczne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy, bazujące na prawie załamania i zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia: metoda Fraunchofera, Rydberga-Martensa, promienia prostopadle wchodzącego/wychodzącego z pryzmatu, Abbego, Kohlrausha, Wollastona; refraktometry: Pulfricha, Abbego, Bodnara; - Wykład 11: POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA II: interferencja, pojęcia spójności (koherencji) i jej warunki; zalety i wady pomiarów interferencyjnych; monochromatory; rodzaje interferometrów; interferencyjne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy: metoda Obremowa, interferometry Rayleigha, Jamina, Macha-Zehndera; metoda de Chaulnesa; pomiary współczynnika załamania w ultrafiolecie i podczerwieni;

5 Treść wykładów Spis treści: - Wykład 12: POMIARY PARAMETRÓW ELEMENTÓW OPTYCZNYCH: pomiar promieni krzywizny (sferometry: pierścieniowy, czujnikowy, Moffita; metody pryzmy i stycznych powierzchni kulistych; metoda oftalmometru oftalmometr Helmholtza; metody autokolimacyjne; pomiar za pomocą sprawdzianów interferencyjnych; pomiar dużych promieni krzywizny: metoda cieniowa Foucaulta, wykorzystanie astygmatyzmu); sprawdzanie płaskości płytek płasko-równoległych; pomiary kątów; pomiary centryczności soczewek; - Wykład 13: POMIAR OGNISKOWYCH SOCZEWEK I ZWIERCIADEŁ: frontofokometr, pomiary oparte na określeniu położenia obrazu punktu na osi, metoda Bessela, metody bazujące na wzorze Newtona (metoda Erflego, przy zastosowaniu znanego układu), określanie ogniskowej przez pomiar powiększenia poprzecznego w jednej i dwóch płaszczyznach; pomiar za pomocą klina, na goniometrze, metodami: Hartmanna, Porro, Abbego; wyznaczanie ogniskowej obiektywów mikroskopowych; pomiar długoogniskowych układów za pomocą kolimatora i lunety; pomiary ogniskowych układów ujemnych; pomiary ogniskowych zwierciadeł; wyznaczanie położenia punktów głównych i węzłowych;

6 Treść wykładów Spis treści: - Wykład 14: METODY SPRAWDZANIA INSTRUMENTÓW OPTYCZNYCH: pomiary powiększeń (lupy, mikroskopu, lunety; pomiary pola widzenia (lupy, mikroskopu, lunety); pomiary źrenic (dynametr Ramsdena); pomiar apertury numerycznej obiektywów mikroskopowych; pomiar paralaksy położenia; pomiary skręcenia obrazu; sprawdzanie podziałek przyrządów; sprawdzanie równoległości przyrządów dwuocznych; sprawdzanie zdolności rozdzielczej lunet, obiektywów fotograficznych i mikroskopowych;

7 - Wykład 1: POJĘCIA WSTĘPNE OPTYKI GEOMETRYCZNEJ (I NIE TYLKO): promienie charakterystyczne (aperturowy, polowy); przysłony (aperturowa i polowa); obrazy przysłon (źrenice i luki); winietowanie; powiększenia (liniowe poprzeczne i podłużne, kątowe); głębia ostrości; zdolność rozdzielcza definicja, geneza i kryteria (Rayleigha, Sparrowa, koherentne i niekoherentne); 1) Optyka geometryczna: definicja, podstawowe prawa, zasady graficznej konstrukcji obrazu; 2) Promienie charakterystyczne i przysłony: definicje promieni aperturowych i polowych, definicje przysłon: aperturowej i polowej; definicje źrenic i luk; 3) Powiększenia układu optycznego: definicje (trzech) powiększeń, związki między nimi; 4) Głębia ostrości układu optycznego: definicja, co decyduje o wielkości głębi ostrości?; 5) Zdolność rozdzielcza: definicja pojęcia, z czego wynika, kryteria zdolności rozdzielczej, zależność od rodzaju oświetlenia, sposoby podawania w zależności od przyrządu;

8 - Wykład 2 i 3: ABERRACJE: odwzorowanie stygmatyczne; eikonał; aberracje geometryczne III rzędu (Seidla): sferyczna, koma, astygmatyzm i krzywizna pola; dystorsja; aberracje chromatyczne: położenia i powiększenia, korekcja (dublet achromatyczny, apochromat); ocena jakości odwzorowania (aberracje aperturowe i polowe; diagram śladowy); 6) Pojęcie odwzorowania stygmatycznego, jakie warunki muszą być spełnione, aby takie odwzorowanie miało miejsce?; 7) Aberracje Seidla geneza: pojęcie eikonału, w jaki sposób Seidel wykorzystał to pojęcie do swojej teorii aberracji, a co to są wielomiany Zernike a?; 8) Aberracje Seidla systematyka: jakie aberracje wyróżnił Seidel w swoim rozwinięciu, od czego zależą (a od czego nie ) poszczególne człony aberracyjne?; 9) Aberracje Seidla diabeł tkwi w szczegółach: a) Aberracja sferyczna; b) Koma; c) Krzywizna pola i astygmatyzm; d) Dystorsja; - od czego zależą poszczególne aberracje, co jest obrazem aberracyjnym równoległej wiązki, przechodzącej przez układ optyczny (rysunki!);

9 - Wykład 2 i 3: ABERRACJE: odwzorowanie stygmatyczne; eikonał; aberracje geometryczne III rzędu (Seidla): sferyczna, koma, astygmatyzm i krzywizna pola; dystorsja; aberracje chromatyczne: położenia i powiększenia, korekcja (dublet achromatyczny, apochromat); ocena jakości odwzorowania (aberracje aperturowe i polowe; diagram śladowy); - ciąg dalszy 10) Aberracje chromatyczne geneza: z czego wynikają, co powodują, definicja pojęc aberracji chromatycznej położenia i powiększenia; 11) Aberracje chromatyczne korekcja: jak można korygować aberracje chromatyczne? Wyjaśnić pojęcia: dublet achromatyczny, apochromat, superapochromat; 12) Metody oceny jakości odwzorowania: podział aberracji na polowe i aperturowe, wyjaśnić pojęcia: raytracing, schemat Federa, diagram śladowy;

10 - Wykład 4: ELEMENTY UKŁADÓW OPTYCZNYCH: zwierciadła (płaskie, sferyczne, niesferyczne; kostki światłodzielące); pryzmaty odbiciowe: prostokątne, Dovego-Wollastona, delta, równoległoboczny, pentagonalny, dachowy, Bauernfeinda, narożnikowy, Porro, rewersyjny, Abbego; płytki płaskorównoległe, kliny; pryzmaty spektralne (autokolimacyjny, Bauernfeinda, Browninga, à vision directe); 13) Zwierciadła definicja, rodzaje, zasady tworzenia obrazu, zastosowania; zwierciadła półprzepuszczalne, Körtego, Mangina; 14) Pryzmaty definicja, zastosowania ogólne, rodzaje; typy pryzmatów odbiciowych: nazwa, rysunek (albo precyzyjny opis słowny kształtu ), zastosowanie; pryzmaty spektralne: sposób użycia, parametry, typy; 15) Płytka płasko-równoległa definicja, zastosowanie; 16) Kliny optyczne definicja, zastosowanie;

11 - Wykład 5: ELEMENTY UKŁADÓW OPTYCZNYCH cd.: siatki dyfrakcyjne (budowa, rodzaje, parametry); soczewki gradientowe; aksikony, soczewki dyfrakcyjne (soczewka i płytka strefowa Fresnela, soczewki holograficzne i kinoformowe); oko: budowa, parametry optyczne, akomodacja, wady wzroku, zdolność rozdzielcza oka, adaptacja, odczuwanie kontrastów; 17) Siatki dyfrakcyjne definicja, rodzaje siatek, podstawowe parametry; zastosowanie; 18) Soczewki gradientowe definicja ogólna i definicja szczegółowa typu SELFOC ; parametry (wielkości charakterystyczne) i zastosowanie na przykładzie typu SELFOC ; 19) Aksikony definicja, zastosowanie; 20) Soczewki dyfrakcyjne definicja ogólna, rodzaje DOE (co znaczy ten skrót?) i ich krótki opis/definicja (soczewka Fresnela, płytka strefowa Fresnela, soczewki holograficzne i kinoformowe); 00) O oko NIE pytam! ;-)

12 - Wykład 6: PRZYRZĄDY OPTYCZNE I: lupa, aparat fotograficzny (obiektywy), projektory, kolimatory; 21) Lupa - definicja, budowa, rodzaje lup ze względu na korekcję aberracji, schemat biegu promieni, powiększenie lupy (od czego ono zależy?); 22) Aparat fotograficzny budowa, do czego służy, schemat biegu promieni; parametry obiektywów fotograficznych oraz ich definicje (zwłaszcza definicje nowych parametrów: otwór względny, liczba otworowa, jasność); podział obiektywów ze względu na ogniskowa i zastosowanie; 23) Projektory do czego służą, schemat budowy, typy projektorów; 24) Kolimator do czego służy? (zwrócić uwagę na kilka pozornie różnych definicji!); budowa kolimatora: od najprostszego, poprzez różne dodatki ;

13 - Wykład 7: PRZYRZĄDY OPTYCZNE II: lunety (Keplera, Galileusza), lornetki, lunety astronomiczne, luneta autokolimacyjna, lunety pomiarowe, lunety celownicze, niwelator, teodolit, dalmierze, optimetr, luneta aliniometryczna, peryskopy i wzierniki, teleskopy; 25) Lunety definicja (ze względu na zastosowanie!), ogólny schemat budowy (nazwy elementów składowych, ich parametry, wzajemne ustawienie); definicja powiększenia lunet (jakie to powiększenie?); typy lunet; bieg promieni w lunecie Keplera i Galileusza; podstawowe parametry lunet; 26) Lornetki definicja, budowa (w porównaniu z lunetami), wielkości charakteryzujące; 27) Luneta autokolimacyjna budowa (co trzeba zrobić, aby ze zwykłej lunety zrobić autokolimacyjną?); schemat działania autokolimacji, zastosowania; 28) Lunety celownicze charakterystyczne cechy tego typu lunet; 29) Niwelator i teodolit do czego służą, schemat budowy (z jakich elementów się składają); 30) Dalmierze do czego służą, typy dalmierzy, budowa na przykładzie jednego z typów; 31) Optimetr do czego służy, na jakiej zasadzie oparte jest jego działanie;

14 - Wykład 8: PRZYRZĄDY OPTYCZNE III: mikroskopy budowa, rodzaje oświetlenia i sposoby obserwacji (jasne i ciemne pole), bieg promieni charakterystycznych, zdolność rozdzielcza; elementy mikroskopów: kondensory, obiektywy, okulary (Huygensa, Ramsdena, Kellnera); rodzaje mikroskopów: biologiczny, stereoskopowy, projekcyjny, warsztatowy, autokolimacyjny, interferencyjny, polaryzacyjny, z kontrastem fazowym); goniometr, dynametr, ława optyczna; 32) Mikroskop definicja (do czego służy, z jakich elementów jest zbudowany, jak ustawione są te elementy); schemat biegu promieni w mikroskopie; dwa rodzaje oświetlaczy mikroskopowych; powiększenie mikroskopu; zdolność rozdzielcza mikroskopu (od czego zależy); parametry konstrukcyjne mikroskopu; rodzaje oświetlenia i sposoby obserwacji; obiektywy mikroskopowe oznaczenia; typy okularów mikroskopowych; rodzaje okularów mikrometrycznych; 33) Rodzaje mikroskopów wraz z ich krótką charakterystyką (cechy budowy, do czego służą, typowe parametry): biologiczny, stereoskopowy, projekcyjny, warsztatowy, autokolimacyjny, interferencyjny, polaryzacyjny, z kontrastem fazowym; 34) Goniometr do czego służy, z jakich elementów jest zbudowany, jak są one względem siebie rozmieszczone; 35) Dynametr do czego służy, budowa (na przykładzie dynametru Ramsdena);

15 - Wykład 9: SZKŁO definicja, budowa, metody wytwarzania, własności fizyczne, parametry mechaniczne; parametry optyczne szkła: jednorodność, smużystość, pęcherzowatość, dwójłomność, absorpcja, współczynnik odbicia (definicje, sposoby pomiaru, kategoryzacje); 36) Szkło definicja (pojęcie uporządkowania krótkozasięgowego), budowa, składniki; parametry optyczne szkła: jednorodność, smużystość, pęcherzowatość, dwójłomność, absorpcja, współczynnik odbicia przy każdym parametrze należy podać jego definicję, sposoby pomiaru (układy pomiarowe) oraz kryteria, według których się te parametry kategoryzuje (ale NIE numerki kategorii i ich zakres!);

16 - Wykład 10: POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA I: współczynnik załamania i dyspersja szkła: definicje, sens fizyczny; spektrometryczne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy, bazujące na prawie załamania i zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia: metoda Fraunchofera, Rydberga-Martensa, promienia prostopadle wchodzącego/wychodzącego z pryzmatu, Abbego, Kohlrausha, Wollastona; refraktometry: Pulfricha, Abbego, Bodnara; 37) Definicje współczynnika załamania i dyspersji różne miary dyspersji; 38) Spektrometryczne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy, bazujące na prawie załamania ogólna charakterystyka tego typu metod (jakich przyrządów wymagają, co się zwykle mierzy, jak trzeba przygotować próbkę mierzoną) oraz szczegółowy opis wybranych metod: Fraunchofera, Rydberga-Martensa, promienia prostopadle wchodzącego/wychodzącego z pryzmatu, Abbego (najważniejsze: schematy układów pomiarowych lub opis stanowiska; jakie wielkości trzeba zmierzyć w danej metodzie aby obliczyć współczynnik załamania; jakie wielkości się z góry ustawia jako znane w danej metodzie); 39) Spektrometryczne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy, bazujące na zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia ogólna charakterystyka tego typu metod (jakich przyrządów wymagają, co się zwykle mierzy, jak trzeba przygotować próbkę mierzoną) oraz szczegółowy opis wybranych metod: Kohlrausha, Wollastona; zasada działania i budowa refraktometrów Abbego i Pulfricha;

17 - Wykład 11: POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA II: interferencja, pojęcia spójności (koherencji) i jej warunki; zalety i wady pomiarów interferencyjnych; monochromatory; rodzaje interferometrów; interferencyjne metody pomiaru współczynnika załamania szkieł i cieczy: metoda Obremowa, interferometry Rayleigha, Jamina, Macha-Zehndera; metoda de Chaulnesa; pomiary współczynnika załamania w ultrafiolecie i podczerwieni; 40) Podstawowe pojęcia interferencji spójność (i jej warunki), koherencja czasowa i przestrzenna; rodzaje interferometrów; zalety i wady pomiarów interferencyjnych; 41) Metoda Obremowa schemat układu, jak przygotować próbkę badaną, idea pomiaru; 42) Interferometr Rayleigha schemat układu, co się mierzy, jak powstają prążki, w jaki sposób kompensuje się przesunięcie prążków; 43) Interferometr Jamina schemat układu, co można zmierzyć, co wytwarza prążki; 44) Pomiary współczynnika załamania i dyspersji w ultrafiolecie i podczerwieni problemy do rozwiązania (źródła, detektory, układy);

18 - Wykład 12: POMIARY PARAMETRÓW ELEMENTÓW OPTYCZNYCH: pomiar promieni krzywizny (sferometry: pierścieniowy, czujnikowy, Moffita; metody pryzmy i stycznych powierzchni kulistych; metoda oftalmometru oftalmometr Helmholtza; metody autokolimacyjne; pomiar za pomocą sprawdzianów interferencyjnych; pomiar dużych promieni krzywizny: metoda cieniowa Foucaulta, wykorzystanie astygmatyzmu); sprawdzanie płaskości płytek płasko-równoległych; pomiary kątów; pomiary centryczności soczewek; 45) Sferometry ogólna zasada działania, co się mierzy a co oblicza; budowa sferometru pierścieniowego, czujnikowego, Moffita; 46) Pomiar promieni krzywizny (czego?) metodami pryzmy i stycznych powierzchni kulistych schemat metody, jakich przyrządów wymaga, co się mierzy a co oblicza; 47) Oftalmometr ogólna idea działania przyrządu; budowa i zasada działania oftalmometru Helmholtza (czego promienie krzywizny się mierzy?); 48) Autokolimacyjne metody pomiaru promieni krzywizny zwierciadeł idea metody, wykonanie za pomocą lunety lub mikroskopu (autokolimacyjnego); 49) Pomiar promieni krzywizny za pomocą szklanych sprawdzianów interferencyjnych idea metody, warunki stosowalności, osiągane dokładności; 50) Metoda cieniowa Foucault schemat układu, zasada pomiaru; 51) Pomiary kątów odchylenia wymienić metody;

19 - Wykład 13: POMIAR OGNISKOWYCH SOCZEWEK I ZWIERCIADEŁ: frontofokometr, pomiary oparte na określeniu położenia obrazu punktu na osi: metoda Bessela, metody bazujące na wzorze Newtona (metoda Erflego, przy zastosowaniu znanego układu); określanie ogniskowej przez pomiar powiększenia poprzecznego w jednej i dwóch płaszczyznach; pomiar za pomocą klina, na goniometrze, metodami: Hartmanna, Porro, Abbego; wyznaczanie ogniskowej obiektywów mikroskopowych; pomiar długoogniskowych układów za pomocą kolimatora i lunety; pomiary ogniskowych układów ujemnych; pomiary ogniskowych zwierciadeł; wyznaczanie położenia punktów głównych i węzłowych; 53) Frontofokometr budowa przyrządu, zasada działania; 54) Pomiary ogniskowych bazujące na pomiarze położenia przedmiotu i obrazu na osi: metoda wzory soczewkowego, metoda Bessela, metoda Erflego, metoda znanego układu w przypadku każdej z metod opisać stosowalność metody, schemat układu, podstawę fizyczną pomiaru (wzorek?), podać jakie wielkości trzeba zmierzyć a jakie znać; 55) Pomiary ogniskowych bazujące na pomiarze powiększenia poprzecznego w jednej lub dwóch płaszczyznach schemat układu pomiarowego, podać jakie wielkości trzeba zmierzyć a jakie znać; 56) Pomiar ogniskowej na goniometrze schemat układu, co mierzymy, problem dystorsji; 57) Pomiar ogniskowej metodą Hartmanna i Porro schematy układów; 58) Wyznaczanie ogniskowej obiektywów mikroskopowych na czym polega problem, schemat metody; 59) Pomiar ogniskowych układów długoogniskowych schemat metody, użyte przyrządy; 60) Schemat pomiaru ogniskowych układów ujemnych problemy, rozwiązania; 61) Wyznaczanie położenia punktów głównych metodami Abbego i Hartmanna schemat układu; 62) Wyznaczanie położenia punktów węzłowych schemat układu, zasada pomiaru;

20 - Wykład 14: METODY SPRAWDZANIA INSTRUMENTÓW OPTYCZNYCH: pomiary powiększeń (lupy, mikroskopu, lunety; pomiary pola widzenia (lupy, mikroskopu, lunety); pomiary źrenic (dynametr Ramsdena); pomiar apertury numerycznej obiektywów mikroskopowych; pomiar paralaksy położenia; pomiary skręcenia obrazu; sprawdzanie podziałek przyrządów; sprawdzanie równoległości przyrządów dwuocznych; sprawdzanie zdolności rozdzielczej lunet, obiektywów fotograficznych i mikroskopowych; 63) Pomiary powiększenia lupy: z definicji, bezpośredni; 64) Określanie powiększenia mikroskopu: przez pomiar powiększenia obiektywu i okularu, za pomocą aparatu Abbego, za pomocą lunety; 65) Pomiar powiększenia lunety: metoda polowa, przez pomiar powiększenia poprzecznego, za pomocą kolimatora i lunety; 66) Pomiary pola widzenia: lupy i mikroskopu, lunet; 67) Pomiary źrenic dynametr Ramsdena (budowa, zasada działania); 68) Pomiar apertury numerycznej obiektywów mikroskopowych apertometr Abbego (budowa, zasada działania); 69) Pomiar paralaksy położenia (definicja paralaksy, układ paralaksometru); 70) Sprawdzanie zdolności rozdzielczej lunet, obiektywów fotograficznych i mikroskopów )gwiazda Siemensa, test Romera, preparaty mikroskopowe).