5 оптика. Отчет по лабораторной работе 5 исследование разрешающей способности объектива
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра общей и технической физики Лаборатория оптики ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №5 «исследование разрешающей способности объектива» Выполнил: студент группы ИГ-20-1 Лосева Е.Г. (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) Оценка: _____________ Дата: _________ Проверил: ________ ________ ____________ (должность) (подпись) (Ф.И.О) Санкт-Петербург 2021 Цель работы Исследовать разрешающую способность объектива для различных длин волн и диаметров диафрагмы. Явление, изучаемое в работе Искажение изображений – аберрация, дифракция; интерференция. Краткое теоретическое обоснование Задача любой оптической системы – сформировать правильное изображение объекта, строго говоря, невыполнима, так как все оптические системы в той или иной степени несовершенны и дают несколько искаженное изображение. Эти искажения называются аберрациями. Аберрации можно разбить на четыре группы: 1. Погрешности изготовления оптической системы (дефекты полировки, низкое качество стекла, отступление поверхности от заданной формы). Обычно такие аберрации несущественны, так как современная технология изготовления оптических приборов достигла высокой степени совершенства. 2. Погрешности, связанные с тем, что обычные оптические системы идеально фокусируют только такие узкие монохроматические пучки света, которые составляют с оптической осью малый угол. Световые же пучки, удаленные от оси или наклоненные к ней под большими углами, образуют искаженное изображение. В тщательно рассчитанных оптических системах этот тип аберрации сведен к минимуму за счет изготовления сложных объективов, представляющих собой набор линз разных сортов стекла с поверхностями различной кривизны. Иногда изготовляются асферические поверхности (параболические, эллиптические и т.д.). 3. Хроматическая аберрация возникает вследствие того, что оптические стекла имеют показатель преломления, зависящий от длины волны (явление дисперсии). Поэтому фокусное расстояние объектива зависит от длины световой волны, и если для одной длины волны изображение хорошо сфокусировано, то для других длин волн хорошей фокусировки не наблюдается. Этот тип аберрации сводят к минимуму, применяя сложные объективы, состоящие из набора линз. 4. Искажения изображения, связанные с волновой природой света. Световые волны распространяются прямолинейно лишь тогда, когда фронт волны ничем не ограничен. Если на пути света стоят диафрагмы, щели, экраны и другие препятствия, ограничивающие волновой фронт, возникает огибание волнами препятствий, дифракция. Так как любая оптическая система ограничивает световой пучок, дифракционные искажения свойственны любому оптическому прибору. Таким образом, этот тип аберраций носит принципиальный характер и присущ любому объективу. Аберрация - отклонение от нормы, искажение (4 группы). Интерференция света – явление перераспределения энергии, переносимой волной, в результате сложения (наложения) колебаний (двух и более) от волн когерентных источников, расположенных дискретно. Когерентные колебания – колебания, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз в точке наблюдения. Коллиматор— устройство для получения параллельных пучков лучей света или частиц. Дифракция – перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно. Дисперсия света - зависимость показателя преломления от длины волны. Интенсивность света – модуль среднего во времени значения вектора Умова-Пойнтинга. Вектор Умова-Пойнтинга – физическая величина, характеризующая плотность потока энергии, переносимой волной. Мира – это испытательная таблица для определения разрешающей силы объектива (рис.1). В ней имеется 100 заштрихованных квадратиков с возрастающей частотой штриховки. Квадратики сгруппированы четверками, частота штриховки в каждой четверке одинакова, а ориентация различна.  Схема установки  Установка для определения разрешающей способности объективов состоит из осветителя 1, револьверной насадки с набором светофильтров, револьверной насадки с эталонными штриховыми мирами 2, коллиматора 3, исследуемого объектива 4 и микроскопа 5. Основные расчетные формулы  , где L – расстояние между штрихами миры; F – фокусное расстояние объектива коллиматора, F = 160 см. , где – длина волны; D – диаметр диафрагмы объектива.Величина  называется критерием Релея.Разрешающая способность R при этомопределяется, как величина обратная углу :R =  .Формулы для расчета погрешностей Максимальная относительная погрешность косвенных измерений  Прямых измерений  = 0.01 м =  мИсходные данные
В этой таблице даны расстояния между штрихами миры №1. В расчетах нужно будет учесть, что расстояния между соседними штрихами соответствующих полей миры № 2 в 2 раза больше, № 3 в 4 раза, № 4 в 8 раз, № 5 в 16 раз больше, чем в мире № 1. Результаты измерений Таблица 1
Пример вычислений 1) Исходные данные  = 6.5 мD = 46.7 *  мНомер миры = 3 Номер разрешающего поля = 13 F = 1.60 м L = 40  м2) Вычисления  =  = 17*  =  = 25 * Rк =  = 5,9 * Rз =  = 7,1 * Rф =  = 9,1 * Графический материал 𝜶эксп=f(D) и 𝜶теор=f(D) Сравнение теоретических и экспериментальных значений для красного светофильтра  Сравнение теоретических и экспериментальных значений для зеленого светофильтра  Сравнение теоретических и экспериментальных значений для фиолетового светофильтра  Вывод При исследовании разрешающей способности объектива с помощью экспериментальной установки, используемой в данной работе, было установлено, что с уменьшением диаметра диафрагмы объектива его разрешающая сила уменьшается, а величина обратная ей, угловой предел разрешения, увеличивается. Наибольшей разрешающей способностью обладает объектив с фиолетовым светофильтром, наименьшей – с красным. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
