WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ ОПТИКИ ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА ЧАСТЬ II УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПОД РЕДАКЦИЕЙ ПРОФЕССОРА ШЕХОНИНА А.А.

Санкт-Петербург 2003 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ ОПТИКИ ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА ЧАСТЬ II УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПОД РЕДАКЦИЕЙ ПРОФЕССОРА ШЕХОНИНА А.А.

Санкт-Петербург 2003 Цуканова Г.И., Карпова Г.В., Багдасарова О.В., Карпов В.Г., Кривопустова Е.В., Ежова К.В.

Прикладная оптика. Часть 2. Учебно-методическое пособие под редакцией профессора Шехонина А.А. – СПб: СПб ГУИТМО, 2003. – 77c.

В учебно-методическом пособии приводятся краткие теоретические сведения, варианты индивидуальных заданий, указания по выполнению 7 лабораторных работ на компьютерах по курсу «Прикладная оптика».

Для студентов направлений подготовки 551900 – Оптотехника (бакалавр, магистр) и 654000 – Оптотехника (дипломированный специалист).

Методические указания подготовлены на кафедре Прикладной и компьютерной оптики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 551900 – «Оптотехника» и направлению подготовки дипломированных специалистов 654000 – «Оптотехника».

Рецензенты: д.т.н., проф. Путилин Э.С., кафедра ОТ СПбГУИТМО д.т.н., проф. Демин А.В., ВНЦ ГОИ им С.И. Вавилова Одобрено на заседании кафедры Прикладной и компьютерной оптики 30 октября 2003 г., протокол № 3.

© Санкт-Петербургский государственный университета информационных технологий, механики и оптики, Введение Пособие охватывает следующие разделы курса «Прикладная оптика»:

«Проекционные системы», «Телескопические системы», «Оптические системы микроскопа» и «Системы преобразования лазерных пучков».

В пособии даются краткие теоретические положения, указания по выполнению 7 работ на компьютерах, варианты индивидуальных заданий, требования к оформлению работ.

На выполнение каждой работы требуется не менее 4 аудиторных часов.

Работа №«Синтез двухкомпонентной оптической системы в параксиальной области» Цель работы: углубление теоретического материала и приобретение практических навыков определения обобщённых характеристик, принятых в программе «Opal» и оптических характеристик по ГОСТ 7226-76 для четырёх типов оптических систем.

1. Задание для работы 1.1. В соответствии с индивидуальным заданием (таблица 1.1) определить конструктивные параметры компонентов. Компоненты считать однолинзовыми с одной плоской поверхностью (материал линзы – стекло К8).

1.2. Определить для системы в целом и для каждого ее компонента оптические характеристики по ГОСТ 7226-76, а также обобщенные оптические характеристики, принятые в программе «Opal».

2. Краткая теория В зависимости от положений предмета и изображения все оптические системы можно разделить на 4 типа:

1) тип 00 – телескопическая система (предмет и изображение находятся в бесконечности);

2) тип 10 – микроскоп (предмет находится на конечном расстоянии, а изображение - в бесконечности);

3) тип 11 – проекционная система (предмет и изображение находятся на конечных расстояниях);

4) тип 01 – фотообъектив (предмет находится в бесконечности, а изображение на конечном расстоянии).

Рассмотрим основные закономерности каждого типа.

1. Телескопические системы (тип 00). В общем случае могут быть построены по схеме Галилея или по схеме Кеплера. Остановимся на системе Кеплера (рисунок 1.1). Система Кеплера состоит из двух положительных компонентов: объектива (тип 01) и окуляра (тип 10). В плоскости действительного промежуточного изображения установлена полевая деафрагма.

Рисунок 1.1. Телескопическая система по схеме Кеплера.

Основные оптические параметры:

• видимое увеличение ;

T o • угловое поле в пространстве предметов 2 ;

• диаметр выходного зрачка D', мм.

Видимое увеличение T можно определить из следующего выражения:

tg ' f 'об D T = = - = tg f 'ок D'. (1.1) Фокусные расстояния объектива и окуляра можно определить из следующей системы уравнений:

d = f ' + f ' об ок { (1.2) f ' об =, T f ' ок где d – расстояние между задней главной плоскостью объектива и передней главной плоскостью окуляра.

Определив объектив и окуляр как отдельные плосковыпуклые линзы, можно рассчитать их конструктивные параметры по формуле:

r = f '(n - 1) (1.3).

Толщину по оси определяют из условия конструктивно допустимого размера толщины по краю. Рекомендуются следующие соотношения между толщиной по оси d, толщиной по краю t и диаметром линзы D :

1) для положительных линз: 4d + 10t D,толщина по краю t должна быть не меньше 0,05D ;

2) для отрицательных линз: 12d + 3t, толщина по оси должна быть не меньше 0,05D.

Таким образом конструктивные параметры оптической системы можно представить следующим образом:

r1 = f 'об (n -1) d Kr = d = S' -S 2 F 'об Fок r3 = d Kr4 = - f 'ок (n - 1) 2. Оптическая система «микроскоп» (тип 10) может состоять из двух компонентов: объектива (тип 11) и окуляра (тип 10) (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Оптическая схема микроскопа.



Основные оптические параметры:

• видимое увеличение ;

• числовая апертура объектива в пространстве предметов A;

• линейное поле в пространстве предметов 2 y, мм.

Видимое увеличение микроскопа, состоящего из объектива и окуляра, определяется формулой:

250 250 500 A об = = - = = -, (1.4) об ок f ' f ' f ' D' M об ок где = d - f ' - f ', (1.5) об ок f ', f ', f ' - соответственно фокусные расстояния микроскопа, M об ок объектива, окуляра;

- линейное увеличение микроскопа;

об – видимое увеличение окуляра;

ок А = nsin - числовая апертура объектива в пространстве предметов;

об A D' - диаметр выходного зрачка микроскопа.

Линейное увеличение объектива определяется по формуле:

DПД =, (1.6) об 2 yоб где 2yоб - линейное поле объектива в пространстве предметов.

Отрезки а и a'об можно определить из системы уравнений:

об - a + a' = L об об {, (1.7) a' об = об a об где L – расстояние между плоскостями предмета и изображения первого компонента.

Фокусное расстояние объектива определяется по формуле:

a a' об об f '=. (1.8) a - a' об об Фокусное расстояние окуляра:

f ' = d - f ' -, (1.9) ок об где - оптический интервал (расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра).

Определив объектив и окуляр как отдельные плосковыпуклые линзы можно рассчитать их конструктивные параметры по формуле:

r = f '(n -1). (1.10) Толщину по оси определяют из условия конструктивно допустимого размера толщины по краю.

Таким образом, конструктивные параметры оптической системы можно представить следующим образом:

r = d Kr = - f ' (n -1) 2 об d = d - S 2 Hr = d Kr = - f ' (n -1) 4 ок 3. Микропроекционная система (тип 11) может состоять из двух компонентов: объектива (тип 11) и положительного проекционного окуляра (тип 11) (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3. Оптическая схема микропроекционной системы.

Основные оптические параметры:

• линейное увеличение ;

M • числовая апертура объектива в пространстве предметов A;

• линейное поле в пространстве предметов 2 y, мм.

Линейное увеличение определяется формулой:

M = K K, (1.11) M об ок M об ок где - линейное увеличение окуляра, передающего изображение на ок конечное расстояние.

a' ок K = - (1.12) коэффициент увеличения камеры ( a' - расстояние от задней главной ок плоскости окуляра до экрана).

Отсюда следует, что линейное увеличение микроскопа при проекции отличается от его видимого увеличения при визуальном наблюдении множителем “ K ”.

z' f ' y' об об = - = =, (1.13) об f ' z y об об z' f ' y' ок ок = - = =. (1.14) ок f ' z y' ок ок Линейное изображение на экране:

2 y' = D = 2 y. (1.15) 2 ПД ок 1 M Линейное поле в пространстве предметов:

D ПД 2 y1 =. (1.16) об Отрезки а и a' можно определить из системы уравнений:

об об - a + a' = L об об {, (1.17) a' об = об a об где L – расстояние между плоскостями предмета и изображения первого компонента.

Фокусное расстояние объектива определяется по формуле:

a a' об об f ' = об a - a' об об. (1.18) Отрезки а и a' определяются по формуле:

ок ок a = d - a', (1.19) ок об a' = a, (1.20) ок ок ок где d – расстояние между задней главной плоскостью объектива и передней главной плоскостью окуляра.

Фокусное расстояние окуляра определяется по формуле:

a a' ок ок f ' =. (1.21) ок a - a' ок ок Определив объектив и окуляр как отдельные плосковыпуклые линзы можно рассчитать их конструктивные параметры по формуле:

r = f '(n -1). (1.22) r1 = dKr2 = - f ' (n -1) об d = S' -S = d - S 2 об ок Hr3 = d Kr4 = - f ' (n -1) ок d1 и d3 определяют из условия конструктивно допустимого размера толщины по краю.

4. Оптическая схема фотообъектива (тип 01), состоящего из двух компонентов: первый компонент – положительный (тип 01), второй компонент - отрицательный (тип 11) (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4. Оптическая схема фотообъектива.

Основные оптические параметры:

• фокусное расстояние f ', мм ;

D • относительное отверстие f ';

o • угловое поле в пространстве предметов 2.

Оптическая сила системы определяется по формуле:

= 1 +2-12d, (1.23) где d – расстояние между задней главной плоскостью первого компонента и передней главной плоскостью второго компонента.

Расстояние от задней главной плоскости второго компонента до заднего фокуса системы определяется по формуле:

1 - d a' =, (1.24) F ' где d – расстояние между задней главной плоскостью первого компонента и передней главной плоскостью второго компонента.

= - оптическая сила всей системы.

f ' Фокусные расстояния первого и второго компонентов объектива можно определить из системы:

= + - d 1 2 1 {. (1.25) 1 - d a' = F ' Определив первый и второй компоненты как плосковыпуклые линзы можно рассчитать их конструктивные параметры по формуле:

r = f '(n -1). (1.26) Таким образом, конструктивные параметры оптической системы можно представить следующим образом:

r1 = f '1 (n - 1) d Kr = d = d + S' -S 2 H '1 Hr = d Kr4 = f '2 (n - 1) d и d определяют из условия конструктивно допустимого размера 1 толщин по краю (для первого положительного компонента) и по оси (для второго отрицательного компонента).

3. Указание по выполнению работы.

В программе «Opal» используются обобщенные характеристики оптической системы, а не оптические характеристики, принятые по ГОСТ 7226-76 (см. таблица 1.2), связь между ними приведена в таблице 1.3.





4. Оформление работы.

В отчете должны быть представлены:

5.1. Габаритный расчет оптической системы.

5.2. Оптическая схема системы с указанием положения предмета и изображения (компоненты представить их главными плоскостями).

5.3. Конструктивные параметры оптической системы.

5.4. Расчеты, выполненные по формулам идеальной оптической системы и результаты, полученные по программе «Opal».

5.5. Таблицы (см. таблицу 1.2) должны быть заполнены для системы в целом и для каждого ее компонента.

Таблица 1.1.

Обобщеные характеристики V A A ' Y Y ' 0 0 0 0 0 d 1 L 1 ближнее дальнее 0.18 0.15 210.00 -40.00 190.2 ближнее дальнее 0.25 0.20 210.00 -8.00 190.3 дальнее дальнее -3.50 2.50 3.00 112.4 дальнее ближнее -500.00 4.00 1.30 100.00 30.5 ближнее ближнее 0.20 0.10 207.00 -40.00 190.00 -10.6 ближнее ближнее 100.00 0.20 0.20 176.00 160.00 -5.7 дальнее дальнее -4.00 2.50 3.0 125.8 ближнее дальнее 0.20 0.15 174.00 -30.00 160.9 дальнее ближнее -400.00 20.00 8.00 150.00 100.10 дальнее ближнее -300.00 4.00 5.00 100.00 70.11 ближнее дальнее 0.20 0.26 210.00 -7.00 190.12 дальнее дальнее -4.40 2.00 16.30 120.13 ближнее ближнее 400.00 0.18 0.10 -25.00 160.00 220.14 ближнее ближнее 350.00 0.20 0.10 190.00 -10.00 200.15 ближнее дальнее 0.20 0.50 190.00 -6.00 160.16 ближнее дальнее 0.20 0.20 174.00 -6.00 160.17 ближнее дальнее 0.16 14.00 210.00 -30.00 190. Расстояние между Положение плоскости Положение плоскости изображения 1го пл ми предмета и посл.

комп та до увеличение 1го увеличение 2го компонентами Расстояние от изображения компонента компонента компонента Расстояние Линейное Линейное изображения Увеличение изображения между №№ вариантов Величина Величина Передняя предмета предмета апертура апертура Задняя 18 дальнее дальнее -4.20 2.50 3.00 130.19 ближнее дальнее 0.20 0.30 190.00 -7.00 160.20 ближнее дальнее 0.15 0.20 174.00 -7.00 160.21 ближнее дальнее 0.20 0.15 210.00 -25.00 190.22 ближнее дальнее 0.20 0.15 210.00 -30.00 190.23 дальнее дальнее -3.50 2.00 3.30 112.24 дальнее ближнее -600.00 5.00 2.30 100.00 70.25 ближнее ближнее 0.13 0.15 207.00 -30.00 190.00 -10.26 ближнее ближнее 110.00 0.20 0.15 176.00 160.00 -5.27 дальнее дальнее -5.00 2.00 2.30 125.28 дальнее дальнее -4.20 2.00 3.00 150.29 дальнее ближнее -450.00 5.00 5.00 110.00 100.30 дальнее ближнее -330.00 6.00 6.00 100.00 70.31 ближнее дальнее 0.20 0.23 184.00 -7.00 160.32 ближнее дальнее 0.25 0.20 210.00 -8.00 190.33 ближнее ближнее 440.00 0.13 0.13 -25.00 160.00 220.34 ближнее ближнее 325.00 0.20 0.12 190.00 -8.00 200.35 дальнее дальнее -4.00 2.20 6.00 140.36 дальнее дальнее -4.60 2.40 8.00 160.37 дальнее дальнее -5.00 1.90 10.00 180.38 дальнее ближнее -350.00 22.00 8.00 150.00 70.39 дальнее ближнее -500.00 20.00 6.00 150.00 100. Таблица 1.2.

Обобщеные характеристики Основные характеристики оптических систем по ГОСТ 7226-Видимое Диаметр вх. Диаметр Угловое поле в Угловое поле в увеличение зрачка вых. зрачка пр-ве пр-ве изоб-ний предметов 2 2' D D' T Заднее Диаметр вх. Числовая Угловое поле в Линейное поле фокусное зрачка апертура в пр-ве в пр-ве изобрасстояние пр-ве изоб- предметов ний ний f ' 2y' A'= n'sin ' D V A A ' Y Y ' 0 0 0 0 Линейное поле Угловое поле в Видимое Числовая Диаметр в пр-ве пр-ве изоб-ний увеличение апертура в вых. зрачка предметов пр-ве предметов 2y 2' A = nsin D' Линейное Числовая Числовая Линейное поле Линейное поле увеличение апертура в апертура в в пр-ве в пр-ве изоб пр-ве пр-ве изоб- предметов ний предметов ний 2y' A = nsin A'= n'sin ' 2y изображения Положение Положение плоскости дальнее дальнее ближнее плоскости дальнее ближнее дальнее предмета системы Тип Величина Величина Передняя предмета Увелич е апертура апертура Задняя изоб я ближнее ближнее Таблица 1.3.

Связь между обобщенными характеристиками и характеристиками по ГОСТ 7226-D D' V = A = A' = Y = Y ' = ' 0 T 0 0 0 2 D V = - f ' A = A' = A' Y = Y ' = y' 0 0 0 D' V = = A = A A' = Y = y Y ' = ' 0 0 250 f ' V = A = A A' = A' Y = y Y ' = y' 0 0 0 0 изображени Положение Положение плоскости плоскости предмета системы Тип дальнее дальнее ближнее ближнее дальнее ближнее дальнее ближнее Работа №«Проекционная установка» Цель работы: закрепление знаний теоретического материала и расчет проекционной установки с системой освещения.

1. Задание для работы 1.1. Исходя из заданных параметров всей системы, рассчитать оптические характеристики проекционного объектива и конденсора.

1.2. Подобрать из библиотеки оптических систем «Опал» объектив.

1.3. Произвести расчет проекционной части с определением световых диаметров линз и аберраций.

1.4. Рассчитать конденсор на минимум сферической аберрации с определением кружка рассеяния по программе «Опал».

1.5. Построить ход лучей.

2. Краткая теория Проекционные системы служат для получения на экране действительных изображений предметов, освещенных лучами источника света. Проекция прозрачных предметов в проходящем свете называется диапроекцией, а непрозрачных в отраженном – эпипроекцией. Изображение на экране должно иметь достаточную яркость. Из экспериментальных исследований установлено, что яркость экрана L при диапроекции должна быть от 20 до кд 50.

м Яркость любого экрана зависит от его отражающей способности и освещенности. Для диффузно отражающего экрана:

E L = (2.1), где - коэффициент отражения экрана (можно считать 0.8);

E - освещенность экрана.

Следовательно, освещенность экрана должна при диапроекции быть 80 200лк.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.