OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA"

Aneta Wróblewska
5 lat temu
Przeglądów:

1 1100-1BO15, rok akademicki 2018/19 OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA dr hab. Rafał Kasztelanic Wykład 7

2 Dystorsja Zależy od wielkości pola widzenia. Dystorsja nie wpływa na ostrość obrazu lecz dokonuje zniekształcenia geometrycznego. 2

3 Dystorsja 3 eckop.com/aberrations/

4 Dystorsja Przykłady 4

5 Aberracje monochromatyczne Wielomiany Zernickego: 5

6 Aberracje monochromatyczne Wielomiany Zernickego: Pryzmat Rozogniskowanie Astygmatyzm Koma Aberracja sferyczna 6 it.wikipedia.org

7 Aberracje chromatyczne chromatyzm położenia 7

8 Aberracje chromatyczne chromatyzm położenia aberracja podłużna = f f - f c (aberracja położenia) aberracja poprzeczna (minimalna średnica plamki) 8 LCA = F ν

9 Aberracje chromatyczne chromatyzm powiększenia y' y' 2 F 1 C y' 2 y' y' 0 486,13 nm 656,27 nm 587,56 nm 0 d 1 9

10 Aberracje chromatyczne briankoberlein.com

11 Aberracje chromatyczne Pojedyncza soczewka jest obarczona aberracją chromatyczną Dublet achromatyczny korekcja aberracji chromatycznej F 1 ν 1 + F 2 ν 2 = 0 F moc optyczna ν dyspersja F 2 = ν 2 ν 1 F 1 11

Aberracje chromatyczne Dublet achromatyczny korekcja aberracji chromatycznej Szkło kronowe (crown) szkło optyczne o dużej zawartości tlenku potasu (K 2 O), charakteryzujące się dużą przejrzystością.

12 Aberracje chromatyczne Dublet achromatyczny korekcja aberracji chromatycznej Szkło kronowe (crown) szkło optyczne o dużej zawartości tlenku potasu (K 2 O), charakteryzujące się dużą przejrzystością. Ma niski współczynnik załamania światła (1,45 1,6) i niską dyspersję (liczba Abbego ok. 60). Flint szkło optyczne o wysokiej zdolności rozszczepiania światła. Ma współczynnik załamania światła w granicach 1,55 1,9 i wysoką dyspersję (liczba Abbego 50 55). 12

Obie soczewki muszą być wykonane z różnych materiałów i mieć różnoimienne moce optyczne.

13 Aberracje chromatyczne Układ optyczny korygujący aberrację chromatyczną dla dwóch długości fali achromat, dla trzech apochromat, dla czterech superachromat. Obie soczewki muszą być wykonane z różnych materiałów i mieć różnoimienne moce optyczne. Zwykle dąży się do tego, aby różnica współczynników dyspersji była duża, gdyż wtedy wystarczą mniejsze moce soczewek. 13

14 Aberracje chromatyczne Skorygowanie chromatyzmu dla pewnej liczby długości fal nie gwarantuje korekcji dla pozostałej części widma. Powstaje tzw. chromatyzm wtórny. Achromat Apochromat 14

15 Aberracje chromatyczne

Aberracje chromatyczne Tryplet Cooke a Obiektyw zaprojektowany i opatentowany w roku 1893 przez Dennisa Taylora zatrudnionego przez Cooke of York (stąd nazwa).

16 Aberracje chromatyczne Tryplet Cooke a Obiektyw zaprojektowany i opatentowany w roku 1893 przez Dennisa Taylora zatrudnionego przez Cooke of York (stąd nazwa). Pierwszy obiektyw eliminujący w znacznym stopniu większość aberracji. Składa się z rozpraszającej soczewki ze szkła flintowego i dwóch soczewek skupiających ze szkła kronowego. 16

Aberracje oka Aberracja sferyczna istotna i różna w różnych przypadkach. Astygmatyzm istotny i różny w różnych przypadkach. Koma zaniedbywalna. Chromatyzm istotny.

17 Aberracje oka Aberracja sferyczna istotna i różna w różnych przypadkach. Astygmatyzm istotny i różny w różnych przypadkach. Koma zaniedbywalna. Chromatyzm istotny. Aberracje wyższych rzędów istotne w szczególnych warunkach obserwacji. Dystorsja zaniedbywalna. Mózg ludzki jest w stanie zaadaptować się do wielu aberracji, korygując obraz. 17

18 Aberracje a przesłony Aberracje aperturowe przedmiot znajduje się na osi optycznej: aberracja sferyczna, chromatyzm położenia, Wielkość aberracji zależy od wielkości przysłony aperturowej. 18

19 Aberracje a przesłony Aberracje polowe przedmiot leży poza osią optyczną układu: koma, krzywizna pola i astygmatyzm, dystorsja, chromatyzm powiększenia Wielkość aberracji zależy od odległości punktu przedmiotowego od osi (y), czyli od kąta polowego. 19

20 Aberracje - diagram śladowy Równomiernie rozłożony w kącie bryłowym pęk promieni wychodzący ze źródła punktowego prowadzony jest przez układ i uderza w ekran. Kształt plamki i rozkład punktów przebicia tych promieni określają rozkład energii w plamce aberracyjnej. 20

21 Aberracje - diagram śladowy Aberracja chromatyczna Coma Astygmatyzm Krzywizna pola 21 customers.zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-design-a-singlet-lens

22 Głębia ostrości głębia ostrości mała duża 22

Głębia ostrości im mniejsza przysłona, tym większa głębia ostrości im odległość ustawienia ostrości obiektywu mniejsza, tym mniejsza głębia ostrości im krótsza ogniskowa tym większa głębia ostrości w

23 Głębia ostrości im mniejsza przysłona, tym większa głębia ostrości im odległość ustawienia ostrości obiektywu mniejsza, tym mniejsza głębia ostrości im krótsza ogniskowa tym większa głębia ostrości w fotografii: odległość hiperfokalna H odległość od aparatu gdzie dla danej przysłony ostre są wszystkie obiekty począwszy od tej odległości aż do nieskończoności) H 2 f Nc N liczba przysłony, c krążek rozmycia (Airy) photographylife.com 23

24 Głębia ostrości 24 photographylife.com/what-is-depth-of-field

25 Głębia ostrości pl.pinterest.com/pin/ / photography.tutsplus.com 25

26 Optyka falowa Zasada Huygensa każdy punkt do którego dotrze fala staje się nowym źródłem fali kulistej. Fale te nakładają się zgodnie z zasadą superpozycji. W efekcie pojawiają się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal (interferencja konstruktywna lub destruktywna). 26

27 Optyka falowa - interferencja Interferencja: nakładanie się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. y P A sin t A t 1 sin

sobie wyobrażać za Huygensem jako falę pochodzącą ze

28 Optyka falowa - interferencja Pojedyncza szczelina Propagację fali elektromagnetycznej za przeszkodą możemy sobie wyobrażać za Huygensem jako falę pochodzącą ze zbioru punktowych źródeł światła umieszczonych w płaszczyźnie przesłony. 28

29 Optyka falowa - interferencja Pojedyncza szczelina I = I 0 sin β/2 β/2 2 Warunki na występowanie minimum: πdsinθ λ = mπ m = ±1, ±2, ±3, ,47 3-2, , ,43 2 2,46 3 3,47 29

30 Optyka falowa - dyfrakcja Doświadczenie Younga 2 szczeliny Dyfrakcja ugięcie na przeszkodzie maksimum: d sinα k = kλ k Z, k d λ, d λ minimum: d sinα k = 2k λ k Z, k 2d λ 2λ, 2d λ 2λ 30

Optyka falowa - dyfrakcja Doświadczenie Younga 2 szczeliny 4 3.5 3 2.

31 Optyka falowa - dyfrakcja Doświadczenie Younga 2 szczeliny

32 Optyka falowa siatka dyfrakcyjna Wzór siatki dyfrakcyjnej: d sin k k k 0, 1, 2,... d stała siatki k rząd ugięcia, numer wzmocnienia

33 Optyka falowa siatka dyfrakcyjna Da Ia siatka dyfrakcyjna

Rozdzielczość siatki dyfrakcyjnej: Określa możliwość rozdzielenia dwóch długości fali różniących się o Maksimum od jednej

34 Optyka falowa siatka dyfrakcyjna Przykładowa siatka płyta CD Odległość między ścieżkami: d = 1,6 μm Liczba linii na mm: N = 625 Długość fali (laser He-Ne): = 632,8 nm Rzędy ugięcia: Czyli: 1 3 k 23, ,2791 nie ma k arcsin d Rozdzielczość siatki dyfrakcyjnej: Określa możliwość rozdzielenia dwóch długości fali różniących się o Maksimum od jednej wypada w pierwszym minimum od drugiej (kryterium Rayleigha) Nd sin sin gdzie: θ 0 kąt padania wiązki na siatkę 0 0,506 nm (2 rząd) 34

Podobne dokumenty

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

1100-1BO15, rok akademicki 2018/19 OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA dr hab. Rafał Kasztelanic Wykład 6 Optyka promieni 2 www.zemax.com Diafragmy Pęk promieni świetlnych, przechodzący przez układ optyczny