Презентация "Оптические системы" по физике – проект, доклад

Основные характеристики оптических систем

Оптическая система

Оптическая система – совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями, и содержащая диафрагмы Оптическая система предназначена для формирования изображения посредством перераспределения электромагнитного поля, исходящего от предмета

Оптический прибор

Характеристики оптических систем

Присоединительные характеристики Характеристики предмета и изображения Зрачковые характеристики Спектральные характеристики

Характеристики предмета и изображения

Предмет – это совокупность точек, из которых выходят лучи, попадающие в оптическую систему Ближний тип – предмет или изображение расположены на конечном расстоянии Дальний тип – предмет или изображение расположены в бесконечности

Близкий предмет и изображение

y x - S, [мм] предмет изображение

Удаленный предмет и изображение

y - S, [дптр]

Обобщенные характеристики предмета и изображения

Обобщенные размеры поля предмета и изображения (2y0 max, 2y0 max) – это удвоенные максимальные размеры предмета и изображения Передний и задний отрезки (S, S ) – указывают положение предмета (изображения) по отношению к оптической системе

Типы оптических систем

Телескопическая система: дальний предмет дальнее изображение Фотографический объектив: дальний предмет ближнее изображение Микроскоп: ближний предмет дальнее изображение Репродукционная система: ближний предмет ближнее изображение

Зрачковые характеристики

Апертурная диафрагма – это диафрагма, которая ограничивает размер осевого пучка, то есть пучка, идущего из осевой точки предмета

Входной и выходной зрачок

Входной зрачок оптической системы – это изображение апертурной диафрагмы в пространстве предметов, сформированное предшествующей частью оптической системы в обратном ходе лучей

Выходной зрачок – это изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, сформированное последующей частью оптической системы в прямом ходе лучей

Апертура

Передняя (задняя) апертура – это размер входного (выходного) зрачка Числовая апертура – это произведение размера зрачка на показатель преломления

близкий предмет: близкое изображение:

удаленный предмет: удаленное изображение:

Положение зрачков

Для удаленного предмета или изображения: положение зрачка (Sp или Sp) измеряется относительно оптической системы в обратных миллиметрах, то есть в килодиоптриях Для близкого предмета или изображения: положение зрачка (Sp или Sp) измеряется в миллиметрах от предмета (изображения)

Спектральные характеристики

н, в – нижняя и верхняя границы спектрального интервала 0 – центральная (основная) длина волны Функция относительного спектрального пропускания () показывает, какое количество света пропускает оптическая система по отношению к падающему свету

Воздействие оптической системы: преобразование расходящегося пучка лучей, исходящего от предмета, в сходящиеся пучки (изменение масштаба) ограничение размеров пучка лучей и ослабление интенсивности света (передача энергии) искажение структуры предмета вследствие нарушения формы пучка лучей (передача структуры) Передаточные характеристики: масштабные передаточные характеристики энергетические передаточные характеристики структурные передаточные характеристики

Масштабные передаточные характеристики

Обобщенное увеличение – это отношение величины изображения к величине предмета:

обобщенное увеличение также связывает между собой входные и выходные апертуры:

Видимое увеличение – это отношение тангенса угла, под которым предмет наблюдается через оптическую систему, к тангенсу угла, под которым предмет наблюдается невооруженным глазом

Обобщенное увеличение

Дисторсия

Дисторсия – увеличение в различных точках поля не одинаковое

Пример

Энергетические передаточные характеристики

Светосила H характеризует способность прибора давать более или менее яркие изображения: где E – освещенность предмета, E – освещенность изображения

Функция светораспределения по полю Ф характеризует равномерность изображения: где H0 – светосила в центре поля, H – светосила на краю поля

Структурные передаточные характеристики

Функция рассеяния точки (ФРТ) описывает распределение интенсивности в изображении светящейся точки. Изображение светящейся точки называют пятном рассеяния

Разрешающая способность

Разрешающая способность оптической системы – это способность изображать раздельно два близко расположенных точечных предмета

Разрешающая способность по Рэлею

Предел разрешения – минимальное расстояние, при котором два близко расположенных точечных предмета будут изображаться как раздельные

Разрешающая способность по Фуко

Разрешающая способность определяется как максимальная пространственная частота периодического тест-объекта, в изображении которого еще различимы штрихи Пространственная частота измеряется: для удаленного изображения [лин/рад] для близкого изображения [лин/мм]

Частотно-контрастная характеристика

Аберрации

Аберрация – это отклонение хода реального луча от идеального. Аберрации приводят к ухудшению качества изображения если аберрации малы и преобладает дифракция, то такие системы называются дифракционно-ограниченными если аберрации велики, и дифракция теряется на фоне аберраций, то такие системы называются геометрически-ограниченными

Волновая аберрация

Волновая аберрация – это отклонение выходящего волнового фронта от идеального, измеренное вдоль данного луча в количестве длин волн:

Поперечные аберрации

Поперечные аберрации x, y – это отклонения координат точки пересечения реального луча с плоскостью изображения от координат точки идеального изображения: для изображения ближнего типа – [мм] для изображения дальнего типа – [рад]

Продольная аберрация

Продольная аберрация S – это отклонение координаты точки пересечения реального луча с осью от координаты точки идеального изображения вдоль оси: для изображения ближнего типа – [мм] для изображения дальнего типа – [мм–1]

Хроматические аберрации

Монохроматические аберрации не зависят от длины волны Хроматические аберрации – это проявление зависимости характеристик оптической системы от длины волны света: хроматизм положения – это аберрация, при которой изображения одной точки предмета расположены на разном расстоянии от оптической системы для разных длин волн хроматизм увеличения – это аберрация, при которой увеличение оптической системы зависит от длины волны