Скачать презентацию Прикладная оптика Введение Рекомендуемая литература 1 Прикладная оптика Скачать презентацию Прикладная оптика Введение Рекомендуемая литература 1 Прикладная оптика

Прикладная_оптика_1-6.pptx

  • Количество слайдов: 176

Прикладная оптика Введение Рекомендуемая литература 1. Прикладная оптика/ Дубовик А. С. , Апенко М. Прикладная оптика Введение Рекомендуемая литература 1. Прикладная оптика/ Дубовик А. С. , Апенко М. И. , Дурейко Г. В. и др. М. : Недра, 1982. 2. Прикладная физическая оптика/ Нагибина И. М. , Москалев В. А. , Полушкина Н. А. , Рудин. В. Л. М. : Высшая школа, 2002. 3. Апенко М. И. . Заапрягаева Л. А. , Свешникова И. С. Задачник по прикладной оптике, М. : Высшая школа, 2003.

Прикладная оптика – это комплекс теоретических и прикладных дисциплин, изучающих общие законы и принципы Прикладная оптика – это комплекс теоретических и прикладных дисциплин, изучающих общие законы и принципы оптики, оптическое изображение, основы, методы, и технологии проектирования, контроля, аттестации и юстировки оптических систем и оптических приборов

Оптические приборы Анатомия глаза и зрение Основные характеристики оптических систем Типовые оптические приборы: ◦ Оптические приборы Анатомия глаза и зрение Основные характеристики оптических систем Типовые оптические приборы: ◦ Фотоаппараты ◦ Телескопические приборы ◦ Лупа и микроскоп ◦ Проекционные приборы ◦ Осветительные устройства

Глаз и зрение Глаз и зрение

Микроскопы 5 Микроскопы 5

Телескопы Телескопы

Фотоаппараты Фотоаппараты

Фотолитография Фотолитография

Потребности прикладной оптики в компьютерных технологиях Быстрое и точное выполнение трудоемких вычислений Возможность быстрого Потребности прикладной оптики в компьютерных технологиях Быстрое и точное выполнение трудоемких вычислений Возможность быстрого визуального представления больших объемов Сведение к минимуму рутинных действий инженера: представление необходимой информации для принятия творческих решений Возможность сэкономить на создании, покупке, настройке дорогостоящего оптического оборудования для испытания оптической схемы или метода измерений

Направления прикладной оптики Компьютерное проектирование оптических систем ◦ цель – получение конструктивных и технологических Направления прикладной оптики Компьютерное проектирование оптических систем ◦ цель – получение конструктивных и технологических параметров оптических систем требуемого качества

Направления прикладной оптики Конструирование оптических приборов ◦ цель – разработка оптического прибора при активном Направления прикладной оптики Конструирование оптических приборов ◦ цель – разработка оптического прибора при активном использовании систем автоматизированного конструирования

Направления прикладной оптики Автоматизация проектирования оптических приборов ◦ цель – разработка программного обеспечения для Направления прикладной оптики Автоматизация проектирования оптических приборов ◦ цель – разработка программного обеспечения для построения единой технологической цепочки CAЕ/CAD/CAM (проектирование/конструирование/производство) с помощью компьютера

Направления прикладной оптики Информационная поддержка жизненного цикла оптического прибора (CALS) ◦ цель – применение Направления прикладной оптики Информационная поддержка жизненного цикла оптического прибора (CALS) ◦ цель – применение CALS-технологий (Continuous Acquisition and Lifecycle Support – непрерывный сбор информации и поддержка жизненного цикла изделия) в области оптического приборостроения

Направления прикладной оптики Компьютерное моделирование оптических процессов и оптического изображения ◦ цель – моделирование Направления прикладной оптики Компьютерное моделирование оптических процессов и оптического изображения ◦ цель – моделирование работы оптического прибора или физического явления на основе математической методов

Направления прикладной оптики Обработка оптических изображений ◦ цель – обработка оптического изображения для его Направления прикладной оптики Обработка оптических изображений ◦ цель – обработка оптического изображения для его коррекции (уменьшение дефокусировки изображений, устранение смазанного изображения, коррекция слишком больших или коротких экспозиций, устранение шума) и извлечение дополнительной информации из оптического излучения (цифровая фильтрация, распознавание образов, томография)

Направления прикладной оптики Компьютерное управление оптическими системами и процессами ◦ цель – компьютерное управление Направления прикладной оптики Компьютерное управление оптическими системами и процессами ◦ цель – компьютерное управление высокоточными оптическими измерительными приборами для повышения точности перемещений в пространстве и точности управления временными процессами

Глаз и зрение Глаз и зрение

Строение глаза стекловидное тело (задняя камера) сетчатка сосудистая оболочка радужная оболочка склера передняя камера Строение глаза стекловидное тело (задняя камера) сетчатка сосудистая оболочка радужная оболочка склера передняя камера Зрительная линия 5 желтое пятно Оптическая ось роговица слепое пятно зрачок хрусталик зрительный нерв ресничное тело Диаметр глазного яблока 22 -24 мм, масса 7 -8 г.

Упрощенная оптическая схема глаза Хрусталик (n = 1. 386) сетчатка Роговица (n = 1. Упрощенная оптическая схема глаза Хрусталик (n = 1. 386) сетчатка Роговица (n = 1. 376) Стекловидное тело (n = 1, 336) Воздух (n = 1) Влага передней камеры (n = 1. 336)

Данные «схематического глаза» В состоянии наибольшей аккомодации В состоянии покоя № повти радиус кривизны Данные «схематического глаза» В состоянии наибольшей аккомодации В состоянии покоя № повти радиус кривизны осевое расстояние показатель преломления 1 7, 7 0, 5 1, 376 2 6, 8 3, 1 1, 336 6, 8 2, 7 1, 336 3 10, 0 3, 6 1, 386 5, 33 4, 0 1, 386 4 -6, 0 15 1, 336 -5, 33 15 1, 336 Оптическая сила Ф = 58 дптр Оптическая сила Ф = 70 дптр Оптическая сила глаза: , [дптр] f ◦ где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах

Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза f ´=22, 78 f ´=18, 93

Аккомодация Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют Аккомодация Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза

Аккомодация Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза Аккомодация Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр) Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета

Строение сетчатки Палочки ◦ высота 30 мкм, толщина 2 мкм ◦ 130 миллионов палочек Строение сетчатки Палочки ◦ высота 30 мкм, толщина 2 мкм ◦ 130 миллионов палочек ◦ аппарат сумеречного зрения (больше чувствительность, но не различают цветов) ◦ родопсин Колбочки ◦ высота 10 мкм, толщина 6 -7 мкм ◦ 7 миллионов колбочек ◦ аппаратом дневного зрения (чувствительны к цветам, но менее чувствительны к свету) ◦ йодопсин

Желтое пятно и центральная ямка Желтое пятно: ◦ диаметр – около 1 мм ◦ Желтое пятно и центральная ямка Желтое пятно: ◦ диаметр – около 1 мм ◦ соответствующее поле зрения – 6 -8° Центральная ямка: ◦ диаметр – около 0. 4 мм ◦ соответствующее поле зрения – 1°

Слепое пятно Слепое пятно: ◦ диаметр – около 1, 88 мм ◦ соответствующее поле Слепое пятно Слепое пятно: ◦ диаметр – около 1, 88 мм ◦ соответствующее поле зрения – 6° Опыт: ◦ поднести рисунок к глазу на расстояние 10 см, закрыть левый глаз и смотреть на крестик правым глазом 7 мм 5 см

Спектральная чувствительность глаза Видимая область спектра: = 380 – 780 нм Коэффициент относительной спектральной Спектральная чувствительность глаза Видимая область спектра: = 380 – 780 нм Коэффициент относительной спектральной чувствительности: где V – абсолютная спектральная чувствительность излучения с длиной волны ; V = 555 – абсолютная спектральная чувствительность для длины волны = 555 нм Пример: поток излучения оранжевых лучей ( =610 нм) в 1 Вт создает световое ощущение такой же интенсивности, как поток зеленых лучей ( =555) в 0, 5 Вт: V =610 = 0. 5 27

Кривая спектральной чувствительности глаза k 1. 0 для сумеречного зрения для дневного зрения 0. Кривая спектральной чувствительности глаза k 1. 0 для сумеречного зрения для дневного зрения 0. 5 , нм 0. 0 400 эффект Пуркинье 500 515 555 600 700

Цветовосприятие Три типа «колбочек» , проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра Цветовосприятие Три типа «колбочек» , проявляющих наибольшую чувствительность к трем основным цветам видимого спектра (RGB): ◦ красно-оранжевому (600 – 700 нм) ◦ зеленому (500 – 600 нм) ◦ синему (400 – 500 нм) 29

Адаптация Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией: ◦ темновая адаптация – это Адаптация Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией: ◦ темновая адаптация – это процесс приспособления глаза при переходе от больших яркостей к малым (50 -60 мин) ◦ световая адаптация – это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим (8 -10 мин) Адаптация обеспечивается тремя явлениями: ◦ изменением диаметра отверстия зрачка ◦ перемещением черного пигмента в слоях сетчатки ◦ различной реакцией палочек и колбочек

Характеристики глаза Поле зрения глаза: ◦ полное поле зрения: 125° по вертикали и 150° Характеристики глаза Поле зрения глаза: ◦ полное поле зрения: 125° по вертикали и 150° по горизонтали ◦ поле зрения в области желтого пятна: 6° по вертикали и 8° по горизонтали ◦ поле наиболее совершенного зрения (в центральной ямке): 1– 1, 5° Предел разрешения глаза: около 1´ ◦ Угловой предел разрешения глаза – это минимальный угол, при котором глаз наблюдает раздельно две светящиеся точки Диаметр зрачка глаза: около 4– 5 мм

Дефекты зрения Нормальный (эмметропический) глаз – дальняя точка глаза находится в бесконечности Аметропия – Дефекты зрения Нормальный (эмметропический) глаз – дальняя точка глаза находится в бесконечности Аметропия – несовпадение дальней точки с бесконечно удаленной: ◦ миопия (близорукость) – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются перед сетчаткой ◦ гиперметропия (дальнозоркость) – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются за сетчаткой ◦ астигматизм – преломляющая способность глаза различна в разных плоскостях, проходящих через его оптическую ось 32

Близорукость – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются перед сетчаткой Близорукость – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются перед сетчаткой

Дальнозоркость – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются за сетчаткой 34 Дальнозоркость – лучи от бесконечно удаленного точечного источника фокусируются за сетчаткой 34

Астигматизм – преломляющая способность глаза различна в разных плоскостях, проходящих через его оптическую ось Астигматизм – преломляющая способность глаза различна в разных плоскостях, проходящих через его оптическую ось

Коррекция близорукости дальняя точка - aд F Коррекция близорукости дальняя точка - aд F

Коррекция дальнозоркости дальняя точка aд F Коррекция дальнозоркости дальняя точка aд F

Коррекция астигматизма Исправление астигматизма возможно при помощи цилиндрических линз Коррекция астигматизма Исправление астигматизма возможно при помощи цилиндрических линз

Аметропия глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от первой поверхности глаза до Аметропия глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от первой поверхности глаза до дальней точки, выраженной в метрах: Например: дальняя точка находится перед глазом на расстоянии 50 см (близорукость):

Аметропия Слабая степень аметропии – до 3 дптр Средняя степень аметропии – от 3 Аметропия Слабая степень аметропии – до 3 дптр Средняя степень аметропии – от 3 до 6 дптр Высокая степень аметропии – свыше 6 дптр

Интернет-ресурсы http: //shop. webmarket. ru/lornet-m/ ◦ сайт фирмы «Лорнет-М» , производящей очки и контактные Интернет-ресурсы http: //shop. webmarket. ru/lornet-m/ ◦ сайт фирмы «Лорнет-М» , производящей очки и контактные линзы. На сайте представлена информация о фирме и ее продукции, а также научно-популярные статьи об устройстве глаза и дефектах зрения, о современных способах коррекции зрения, о влиянии компьютера на зрение и о многом другом http: //vision. ochkam. net/ ◦ сайт «Компьютер и зрение» создан Центром лазерной коррекции зрения «ТАРУС» . Содержит материалы, посвященные вопросам влияния компьютеров на зрение, различным способам коррекции зрения, рекомендации по сохранению зрения из энциклопедий, методики расслабления глаз, способы безоперационного лечения близорукости и другим офтальмологическим проблемам

Оптическая система – совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями, и содержащая диафрагмы 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 42

Оптический прибор предмет оптическая система приемник изображения изображение 43 Оптический прибор предмет оптическая система приемник изображения изображение 43

Характеристики оптических систем Присоединительные характеристики ◦ Характеристики предмета и изображения ◦ Зрачковые характеристики ◦ Характеристики оптических систем Присоединительные характеристики ◦ Характеристики предмета и изображения ◦ Зрачковые характеристики ◦ Спектральные характеристики 44

Характеристики предмета и изображения Предмет – это совокупность точек, из которых выходят лучи, попадающие 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 45

4 6 Близкий предмет и изображение y y x x - S, [мм] предмет 4 6 Близкий предмет и изображение y y x x - S, [мм] предмет изображение

Удаленный предмет и изображение y y - S, [дптр] предмет изображение 47 Удаленный предмет и изображение y y - S, [дптр] предмет изображение 47

Обобщенные характеристики предмета и изображения Обобщенные размеры поля предмета и изображения (2 y 0 Обобщенные характеристики предмета и изображения Обобщенные размеры поля предмета и изображения (2 y 0 max, 2 y 0 max) – это удвоенные максимальные размеры предмета и изображения Передний и задний отрезки (S, S ) – указывают положение предмета (изображения) по отношению к оптической системе 48

Типы оптических систем Телескопическая система: ◦ дальний предмет ◦ дальнее изображение Фотографический объектив: ◦ 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 49

Зрачковые характеристики Апертурная диафрагма – это диафрагма, которая ограничивает размер осевого пучка, то есть Зрачковые характеристики Апертурная диафрагма – это диафрагма, которая ограничивает размер осевого пучка, то есть пучка, идущего из осевой точки предмета осевой пучок вых. зрачок вх. зрачок апертурная диафрагма 50

Входной и выходной зрачок Входной зрачок оптической системы – это изображение апертурной диафрагмы в Входной и выходной зрачок Входной зрачок оптической системы – это изображение апертурной диафрагмы в пространстве предметов, сформированное предшествующей частью оптической системы в обратном ходе лучей осевой пучок вых. зрачок вх. зрачок апертурная диафрагма 51

Входной и выходной зрачок Выходной зрачок – это изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, Входной и выходной зрачок Выходной зрачок – это изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, сформированное последующей частью оптической системы в прямом ходе лучей осевой пучок вых. зрачок вх. зрачок апертурная диафрагма 52

Апертура Передняя (задняя) апертура – это размер входного (выходного) зрачка Числовая апертура – это Апертура Передняя (задняя) апертура – это размер входного (выходного) зрачка Числовая апертура – это произведение размера зрачка на показатель преломления D близкий предмет: удаленный предмет: близкое изображение: удаленное изображение: 53

Положение зрачков Для удаленного предмета или изображения: ◦ положение зрачка (Sp или S p) 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) 54

Спектральные характеристики н, в – нижняя и верхняя границы спектрального интервала 0 – центральная 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 55

Характеристики оптических систем Воздействие оптической системы: ◦ преобразование расходящегося пучка лучей, исходящего от предмета, Характеристики оптических систем 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 56

Масштабные передаточные характеристики Обобщенное увеличение – это отношение величины изображения к величине предмета: обобщенное 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 57

Обобщенное увеличение Тип Предмет Изображение телескопическая угловой система фотографический угловой объектив микроскоп линейный угловое Обобщенное увеличение Тип Предмет Изображение телескопическая угловой система фотографический угловой объектив микроскоп линейный угловое линейное угловое Обобщенное увеличение угловое увеличение переднее фокусное расстояние f обратное заднее фокусное расстояние 1 / f репродукционная линейный система линейное Размерност ь – мм -1 поперечное увеличение –

Дисторсия – увеличение в различных точках поля не одинаковое дисторсия изображение без дисторсии 59 Дисторсия – увеличение в различных точках поля не одинаковое дисторсия изображение без дисторсии 59 Пример

Энергетические передаточные характеристики Светосила H характеризует способность прибора давать более или менее яркие изображения: 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: n где H 0 – светосила в центре поля, H – светосила на краю поля 60

Структурные передаточные характеристики Функция рассеяния точки (ФРТ) описывает распределение интенсивности в изображении светящейся точки. Структурные передаточные характеристики Функция рассеяния точки (ФРТ) описывает распределение интенсивности в изображении светящейся точки. Изображение светящейся точки называют пятном рассеяния y I (x ) x x – 1. 12 – 0. 61 0 0. 61 1. 12 61

Разрешающая способность оптической системы – это способность изображать раздельно два близко расположенных точечных предмета Разрешающая способность оптической системы – это способность изображать раздельно два близко расположенных точечных предмета 62

Разрешающая способность по Рэлею Предел разрешения – минимальное расстояние, при котором два близко расположенных Разрешающая способность по Рэлею Предел разрешения – минимальное расстояние, при котором два близко расположенных точечных предмета будут изображаться как раздельные 20% 63

Разрешающая способность по Фуко Разрешающая способность определяется как максимальная пространственная частота периодического тест-объекта, в 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] 64

Частотно-контрастная характеристика контраст 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 пространственная Частотно-контрастная характеристика контраст 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 пространственная частота, [лин/мм] 0 9 18 28 37 46 55 65 74 83 65 92 102

Аберрации Аберрация – это отклонение хода реального луча от идеального. Аберрации приводят к ухудшению 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 дифракционноограниченными ◦ если аберрации велики, и дифракция теряется на фоне аберраций, то такие системы называются геометрически-ограниченными 66

Волновая аберрация – это отклонение выходящего волнового фронта от идеального, измеренное вдоль данного луча Волновая аберрация – это отклонение выходящего волнового фронта от идеального, измеренное вдоль данного луча в количестве длин волн: волновой фронт идеальный волновой фронт предмет волновой фронт изображение оптическая система 67

Поперечные аберрации x , y – это отклонения координат точки пересечения реального луча с 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] y 68

Продольная аберрация S – это отклонение координаты точки пересечения реального луча с осью от 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] S y 69

Хроматические аберрации Монохроматические аберрации не зависят от длины волны Хроматические аберрации – это проявление 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 70 Пример

Фотоаппарат как оптический прибор Объектив Видоискатель Система фокусировки Затвор (диафрагма) Система экспонометрии Приемник изображения Фотоаппарат как оптический прибор Объектив Видоискатель Система фокусировки Затвор (диафрагма) Система экспонометрии Приемник изображения (пленка, ПЗС-матрица) Дополнительные устройства (система перемотки пленки, вспышка и т. д. ) 71

Фотоаппараты Фотоаппараты

Фокусное расстояние фотообъектива где – поле зрения объектива, y – размер изображения Диагональ кадра Фокусное расстояние фотообъектива где – поле зрения объектива, y – размер изображения Диагональ кадра g: Пленка: размер кадра 24 35 мм, диагональ g 43 мм 73

Поле зрения фотообъектива Поле зрения объектива – это наибольший угол с вершиной в оптическом Поле зрения фотообъектива Поле зрения объектива – это наибольший угол с вершиной в оптическом центре объектива, при котором все предметы, находящиеся в его пределах, будут изображены объективом в плоскости его кадрового окна поле кадра объектив g Угловое поле зрения: f 2 74

Относительное отверстие фотообъектива Относительное отверстие – это абсолютное значение отношения диаметра апертурной диафрагмы к Относительное отверстие фотообъектива Относительное отверстие – это абсолютное значение отношения диаметра апертурной диафрагмы к заднему фокусному расстоянию объектива: обозначается: § § 1: k, где k – диафрагменное число (например: 1: 3. 5) f / k (например: f / 3. 5) 75

Светосила объектива – способность объектива передавать яркость объекта Геометрическая светосила выражается квадратом относительного отверстия: Светосила объектива – способность объектива передавать яркость объекта Геометрическая светосила выражается квадратом относительного отверстия: Эффективная светосила: n где – коэффициент светопропускания фотообъектива 76

Просветляющие покрытия используют для увеличения эффективной светосилы и уменьшения бликов Принцип действия просветляющих покрытий: Просветляющие покрытия используют для увеличения эффективной светосилы и уменьшения бликов Принцип действия просветляющих покрытий: ◦ на поверхность линз наносят один или несколько слоев пленки толщиной /4 ◦ pа счет интерференции света, отражаемого передней и задней поверхностями пленки, увеличивается коэффициент светопропускания линзы 77

Стандартный ряд относительных отверстий: 1: 0. 7; 1: 1. 4; 1: 2. 8; 1: Стандартный ряд относительных отверстий: 1: 0. 7; 1: 1. 4; 1: 2. 8; 1: 3. 5; 1: 4; 1: 5. 6; 1: 8; 1: 11; 1: 16 Объектив: ◦ светосильный – k = 2. 8… 4. 5 ◦ сверхсветосильный – k < 2. 8 ◦ малосветосильный – k > 5. 6 78

Разрешающая способность фотообъектива – это способность объектива передавать мелкие детали в фотоизображении ◦ выражается Разрешающая способность фотообъектива – это способность объектива передавать мелкие детали в фотоизображении ◦ выражается максимальным числом линий на 1 мм в центре и на краю фотоизображения 79

Примеры: разрешающая способность f=12, 5 мм, 1: 8 в центре кадра на краю кадра Примеры: разрешающая способность f=12, 5 мм, 1: 8 в центре кадра на краю кадра Изображение миры для разных фотоаппаратов 80

Глубина резкости фотообъектива Допустимый круг нерезкости – это максимально допустимый размер кружка рассеяния, который Глубина резкости фотообъектива Допустимый круг нерезкости – это максимально допустимый размер кружка рассеяния, который глаз воспринимает как одну точку 0. 05 мм Например, для негативов форматом 24 х36 мм допустимый круг нерезкости 0. 03 -0. 05 мм глубина резкости плоскость идеального изображения 81

Глубина резкости фотообъектива Глубина резкости объектива – это расстояние между самым ближним и самым Глубина резкости фотообъектива Глубина резкости объектива – это расстояние между самым ближним и самым дальним предметом, которые при данной диафрагме будут резкими Глубина резкости зависит от: § относительного отверстия § фокусного расстояния глубина резкости Например: при k = 2. 8 – передняя граница на расстоянии 15 м при k = 16 – передняя граница на расстоянии 1. 5 м плоскость идеального изображения

Гиперфокальное расстояние – это самое короткое расстояние, при котором «бесконечность» попадает в область глубины Гиперфокальное расстояние – это самое короткое расстояние, при котором «бесконечность» попадает в область глубины резкости ◦ глубина резкости – от половины гиперфокального расстояния до бесконечности ◦ Например: объектив f = 35 мм, k = 11 – гиперфокальное расстояние 3 м: глубина резкости от 1. 5 м до бесконечности ◦ Программа для расчета глубины резкости – http: //rwpbb. ixbt. com/test/rezkdl/rezk 2 d. html 83

Классификация фотообъективов Нормальные ◦ поле зрения 40 -60° Широкоугольные (короткофокусные) ◦ поле зрения более Классификация фотообъективов Нормальные ◦ поле зрения 40 -60° Широкоугольные (короткофокусные) ◦ поле зрения более 60° Узкоугольные (длиннофокусные) ◦ поле зрения менее 40° 84

Нормальные фотообъективы Фокусное расстояние близко по величине диагонали кадра: f g (f = 40 Нормальные фотообъективы Фокусное расстояние близко по величине диагонали кадра: f g (f = 40 -50 мм) Поле зрения: 40 -60° 85

Широкоугольные фотообъективы Фокусное расстояние меньше диагонали кадра: f < g (f =20 -35 мм) Широкоугольные фотообъективы Фокусное расстояние меньше диагонали кадра: f < g (f =20 -35 мм) Поле зрения: больше 60° Широкоугольные объективы: f =28 -35 мм Сверхширокоугольные объективы: f < 20 мм, 2 >100°, «Рыбий глаз» : 2 =180° ◦ ◦ большая глубина резкости наличие перспективных искажений при съемке близких объектов неравномерное освещение кадра 86

Узкоугольные объективы Фокусное расстояние больше диагонали кадра f > g (f > 50 мм) Узкоугольные объективы Фокусное расстояние больше диагонали кадра f > g (f > 50 мм) Поле зрения: менее 40° увеличивают масштаб небольшая глубина резкости 87

Объективы с переменным фокусным расстоянием ZOOM-объективы позволяют получать изображения различного масштаба при неизменном расстоянии Объективы с переменным фокусным расстоянием ZOOM-объективы позволяют получать изображения различного масштаба при неизменном расстоянии до объекта съемки f =17 -35 мм, 24 -120 мм, 100 -300 мм 28 -105 / 3. 5 -4. 5 88

Примеры: модели фотоаппаратов (Minolta GT) Minolta GT Lens 1: 2, 8– 4, 7 f=7, Примеры: модели фотоаппаратов (Minolta GT) Minolta GT Lens 1: 2, 8– 4, 7 f=7, 8– 23, 4 (fэкв=38– 114 мм) «Работающий объектив в разрезе» с сайта www. minolta. pl 89

9 0 Характеристики объективов Minolta Объектив Элементов Поле Минимальная Размер Вес / групп зрения 9 0 Характеристики объективов Minolta Объектив Элементов Поле Минимальная Размер Вес / групп зрения дистанция (диам. x длину) AF 16/2. 8 Fisheye 11/8 180° 0. 2 м 75 x 66. 5 мм 400 г AF 28/2 9/9 75° 0. 3 м 66. 5 x 49. 5 мм 285 г AF 35/2 7/6 63° 0. 3 м 66. 5 x 48. 5 мм 240 г AF 50/1. 4 7/6 47° 0. 45 м 65. 5 x 38. 5 мм 235 г AF 85/1. 4 7/6 28° 0. 85 м 78 x 71. 5 мм 550 г AF 135/2. 8 7/5 18° 1. 0 м 65. 5 x 83 мм 365 г AF 35 -105/3. 5 -4. 5 12/10 68. 5 x 59. 5 мм 290 г 63°-23° 0. 85 м

Видоискатели Зеркальные – видоискатель показывает изображение, прошедшее через объектив Не зеркальные – видоискатель не Видоискатели Зеркальные – видоискатель показывает изображение, прошедшее через объектив Не зеркальные – видоискатель не зависит от объектива ◦ отдельная телескопическая система, увеличение которой совпадает с увеличением объектива ◦ жидкокристаллический монитор (у цифровых фотоаппартов) 91

Зеркальный фотоаппарат вспышка пентапризма видоискатель объектив матовое стекло пленка зеркало диафрагма затвор 92 Зеркальный фотоаппарат вспышка пентапризма видоискатель объектив матовое стекло пленка зеркало диафрагма затвор 92

Системы фокусировки Фокусировка отсутствует (focus free) за счет большой глубины резкости Ручная фокусировка (зеркальные Системы фокусировки Фокусировка отсутствует (focus free) за счет большой глубины резкости Ручная фокусировка (зеркальные фотоаппараты) Автоматическая фокусировка: ◦ активный автофокус измеряет расстояние до объекта съемки с помощью инфракрасного импульса ◦ пассивный автофокус настраивается по резкости (контрастности) объекта 93

Экспозиция – это количество света, попадающее на фотоматериал: <экспозиция> = <интенсивность света> · <время Экспозиция – это количество света, попадающее на фотоматериал: <экспозиция> = <интенсивность света> · <время воздействия> Затвор – устройство, позволяющее открывать для света доступ к фотоматериалу Выдержка – время, в течение которого затвор фотоаппарата открыт для экспонирования кадра ◦ cтандартный ряд выдержек: 1/2000; 1/1000; 1/500; 1/250; 1/125; 1/60; 1/30; 1/15; 1/8; 1/4; 1/2; 1; 2 секунды 94

Выдержка / диафрагма Диафрагма (относительное отверстие) – контролирует интенсивность света ◦ диафрагма – выдержка, Выдержка / диафрагма Диафрагма (относительное отверстие) – контролирует интенсивность света ◦ диафрагма – выдержка, глубина резкости Автоматические режимы: ◦ «спорт» и «портрет» – устанавливается максимальная диафрагма, а выдержка подбирается ◦ «пейзаж» и «макро» – устанавливается максимальная выдержка, а диафрагма подбирается ◦ полный автомат – выбирается среднее значение диафрагмы и выдержки Ручные режимы: ◦ приоритет диафрагмы, приоритет выдержки, ручной режим 95

Замер экспозиции Экспонометры – замеряют освещенность объекта ◦ основаны на измерении освещенности фотоэлементом, преобразующим Замер экспозиции Экспонометры – замеряют освещенность объекта ◦ основаны на измерении освещенности фотоэлементом, преобразующим свет в электрический ток Режимы: ◦ точечный замер – освещенность оценивается по небольшому участку, обычно в центре кадра ◦ матричный замер – освещенность оценивается в нескольких точках кадра (равномерный, оценочно-взвешенный) Коррекция экспозиции – возможность принудительно увеличить или уменьшить экспозицию 96

Особенности цифровых фотоаппаратов Приемник изображения – ПЗС-матрица (прибор с зарядовой связью) Размер изображения у Особенности цифровых фотоаппаратов Приемник изображения – ПЗС-матрица (прибор с зарядовой связью) Размер изображения у цифровых фотоаппаратов определяется диагональю матрицы ◦ Например: матрица 3. 5 х2. 4 мм, f =15 мм, пленка 35 х24 мм, тогда эквивалентное фокусное расстояние f =150 мм Особенности: ◦ возможность использовать в качестве видоискателя жидкокристаллический дисплей ◦ настройка баланса белого 97

Разрешающая способность цифровых фотоаппаратов Фотографическая разрешающая способность учитывает разрешающую способность ПЗС-матрицы (количество элементов): ◦ Разрешающая способность цифровых фотоаппаратов Фотографическая разрешающая способность учитывает разрешающую способность ПЗС-матрицы (количество элементов): ◦ 2 млн. пикселов – 1600 х1200 пикселов ◦ 3 млн. пикселов – 2000 х1500 пикселов ◦ 4 млн. пикселов – 2350 х1700 пикселов ◦ 5 млн. пикселов – 2600 х1900 пикселов ◦ 8 млн. пикселов – 3250 х2450 пикселов 98

Разрешающая способность цифровых фотоаппаратов Разрешение при печати на бумаге: <количество пикселов> / <размер отпечатка> Разрешающая способность цифровых фотоаппаратов Разрешение при печати на бумаге: <количество пикселов> / <размер отпечатка> ◦ Например, матрица 1600 х1200, отпечаток 10 x 15 см: n разрешение (24 x 36 мм) кадра пленки ISO 100 – 100 лин/мм, для отпечатка 10 x 15 см: 99

Параметры ПЗС-матрицы Число элементов Число пикселов получаемого изображения ◦ не всегда совпадает с числом Параметры ПЗС-матрицы Число элементов Число пикселов получаемого изображения ◦ не всегда совпадает с числом элементов матрицы Чувствительность ◦ при дневном освещении – 50 -100 ISO Формат записи информации ◦ JPEG, TIFF – форматы компьютерного изображения ◦ RAW, KDC – специальные форматы Геометрический размер Производители ПЗС-матриц: Sony, Kodak, Philips, Fujifilm Твердотельные сенсоры изображения: как получается цвет http: //www. ixbt. com/digimage/sens. shtml 100

Сравнение пленочных и цифровых фотоаппаратов Пленочные Цифровые Дешевле в 2 -3 раза При большой Сравнение пленочных и цифровых фотоаппаратов Пленочные Цифровые Дешевле в 2 -3 раза При большой чувствительности зерно пленки лучше шумов у матриц Большие отпечатки выглядят лучше Полная автоматика ◦ все делают в фотолаборатории Фотоширота (диапазон регистрируемых без потерь входных значений) пленки ◦ в линейном участке шире современных матриц ◦ в нелинейном участке пленка сохраняет детали Отсутствие затрат на пленку ◦ нет проблем с пылью и царапинами Оперативность Стабильность Автономность ◦ не зависит от фотолаборатории Возможность регулировать ISO, баланс белого от кадра к кадру Лучше цветопередача, баланс белого без специальных фильтров и пленок Меньше размеры и вес 101

Примеры: модели фотоаппаратов (Di. MAGE X) Minolta Di. MAGE X 102 Di. MAGE X Примеры: модели фотоаппаратов (Di. MAGE X) Minolta Di. MAGE X 102 Di. MAGE X 50

Примеры: анализ характеристик фотоаппарата Пример анализа характеристик цифрового фотоаппарата OLYMPUS E-300 – http: //www. Примеры: анализ характеристик фотоаппарата Пример анализа характеристик цифрового фотоаппарата OLYMPUS E-300 – http: //www. ixbt. com/digimage/olympuse 300. shtml 103

Интернет-ресурсы http: //www. photoweb. ru/ ◦ содержит статьи о фотооборудовании, полезные советы покупателям фототехники, Интернет-ресурсы http: //www. photoweb. ru/ ◦ содержит статьи о фотооборудовании, полезные советы покупателям фототехники, словарь терминов, виртуальный магазин http: //www. photodome. ru/ ◦ cодержит информацию о фототехнике, истории фотографии, цифровой фотографии. На сайте есть фотовыставки, виртуальная фото-школа http: //www. photoline. ru/ ◦ содержит интерактивную фотовыставку, статьи и полезные советы для начинающих, большой список литературы и ссылки на интернет-ресурсы http: //www. photoforum. ru/ ◦ содержит фотовыставку, фото-конференции, и фото-библиотеку http: //www. interlink. ru/ ◦ содержит статьи, посвященные цифровой фототехнике, полезные советы по выбору цифровых фото- и видеокамер и словарь терминов http: //www. ixbt. com/digimage. shtml ◦ посвящен цифровой фотографии, cодержит статьи, описание и тесты наиболее популярных моделей 104

Телескопы Телескопы

Телескопическая система – оптическая система, с помощью которой можно рассматривать увеличенное изображение удаленного объекта Телескопическая система – оптическая система, с помощью которой можно рассматривать увеличенное изображение удаленного объекта ◦ бинокли, зрительные трубы, телескопы, перископы, дальномеры и геодезические приборы (теодолиты, нивелиры и др. ) ◦ f = f = объектив окуляр F об Fок 106

Видимое увеличение телескопической системы Видимое увеличение оптической системы – это отношения угла, под которым Видимое увеличение телескопической системы Видимое увеличение оптической системы – это отношения угла, под которым наблюдается изображение в оптической системе, к угловому размеру объекта при наблюдении его непосредственно глазом ◦ Г > 0 – изображение прямое ◦ Г < 0 – изображение перевернутое ◦ Единицы измерения – краты (например 8 ) 107

Поле зрения телескопической системы Угловое поле окуляра: примерно 50 - 70° Видимое увеличение: примерно Поле зрения телескопической системы Угловое поле окуляра: примерно 50 - 70° Видимое увеличение: примерно 10 - 30 Угловое поле: не превышает 10° 108

Диаметры входного и выходного зрачков телескопической системы Диаметр выходного зрачка определяется зрачком глаза: Диаметр Диаметры входного и выходного зрачков телескопической системы Диаметр выходного зрачка определяется зрачком глаза: Диаметр входного зрачка: Светосила: n где g – коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента пропускания оптической системы

Угловой предел разрешения телескопической системы Например, диаметр входного зрачка 6 м: 110 Угловой предел разрешения телескопической системы Например, диаметр входного зрачка 6 м: 110

Полезное видимое увеличение телескопической системы Угловой предел разрешения глаза: Угловой предел разрешения телескопа в Полезное видимое увеличение телескопической системы Угловой предел разрешения глаза: Угловой предел разрешения телескопа в пространстве изображений: Полезное видимое увеличение – увеличение, при котором глаз полностью использует разрешающую способность телескопической системы 111

Схема Кеплера объектив окуляр F об Fок 112 Схема Кеплера объектив окуляр F об Fок 112

Длина системы Кеплера n Длина оптической системы: Например, при фокусном расстоянии окуляра и увеличении Длина системы Кеплера n Длина оптической системы: Например, при фокусном расстоянии окуляра и увеличении : w фокусное расстояние объектива: w общая длина системы: 113

Линзовые оборачивающие системы оборачивающая система объектив окуляр F об Fок 114 Линзовые оборачивающие системы оборачивающая система объектив окуляр F об Fок 114

Призменные оборачивающие системы 115 Призменные оборачивающие системы 115

Особенности схемы Кеплера Большая длина оптической системы Перевернутое изображение Наличие промежуточного изображения в фокусе Особенности схемы Кеплера Большая длина оптической системы Перевернутое изображение Наличие промежуточного изображения в фокусе объектива Используются: для телескопов, подзорных труб, дальномеров, морских биноклей большого увеличения (до 20 ), измерительных систем 116

Схема Галилея объектив окуляр F об Fок 117 Схема Галилея объектив окуляр F об Fок 117

Особенности схемы Галилея Небольшая длина оптической системы Прямое изображение Малое поле зрения Отсутствие промежуточного Особенности схемы Галилея Небольшая длина оптической системы Прямое изображение Малое поле зрения Отсутствие промежуточного изображения Используются: для театральных биноклей с увеличением 2 -3 , систем сумеречного и ночного наблюдения, в видоискателях фотоаппаратов и видеокамер 118

Схема Кассегрена объектив окуляр F об Fок 119 Схема Кассегрена объектив окуляр F об Fок 119

Особенности зеркальных телескопов Меньше длина системы Увеличение диаметра зеркала дает возможность увеличить диаметр входного Особенности зеркальных телескопов Меньше длина системы Увеличение диаметра зеркала дает возможность увеличить диаметр входного зрачка: ◦ увеличение светосилы ◦ увеличение видимого увеличения ◦ увеличение разрешающей способности Уменьшение хроматических аберраций 120

2 1 Характеристики биноклей Carl Zeiss Увеличение, крат Диаметр объектива, мм Поле зрения Диаметр 2 1 Характеристики биноклей Carl Zeiss Увеличение, крат Диаметр объектива, мм Поле зрения Диаметр вых. зрачка, мм Габариты, мм Вес, г Activa 7 x 35 WP. FP 7 35 9. 3° 5 180 x 62. 5 x 129. 5 680 Activa 8 x 42 D WP XL 8 42 6. 3° 4. 2 127 x 145 x 56 620 Activa 10 x 42 D WP Sport 10 42 6. 1° 4. 2 127 x 151 x 51 640 Activa 12 x 25 FM 12 25 4. 5° 2. 1 103 x 46 x 106 270 Activa 12 x 50 WP. FP 12 50 5. 5° 4. 2 192 x 69 x 182 870 Activa Zoom 8 -22 x 27 FM 8 -22 27 4. 3 -2. 5° 3. 4 -1. 2 110 x 53 x 118 370 Activa Zoom 10 -30 x 27 FM 10 -30 27 3. 6 -2. 0° 2. 7 -0. 9 110 x 53 x 118 370 Модель

2 2 Характеристики любительских телескопов Наименование Диамет р гл. з. , мм f , 2 2 Характеристики любительских телескопов Наименование Диамет р гл. з. , мм f , мм Увеличение, крат Разрешающ ая способность Габаритные размеры, мм Вес, кг HUBBLE 700 60 714 35, 57, 89, 178 4, 6 " 1250 х750 х140 2, 5 АСТЕЛ-102 МН 102 561 200, 22, 56 1, 14 " 145 х563 17, 2 ТАЛ 65 502 33, 88, 133 2, 5 " 520 х400 х1260 9 ТАЛ-М 80 526 20, 35, 96 1, 9 " 530 х500 х1400 12 ТАЛ-1, ТАЛ-1 М 110 805 32, 54, 96, 162 1, 5 " 640 х780 х1400 20 ТАЛ-2 150 1200 28, 81, 190, 316 0, 9 " 1160 х915 х1700 40 ТАЛ-100 R 1000 40, 102 1, 4 " 950 х920 х1460 25 ТАЛ-100 RM 1000 40, 102 1, 4 " 950 х920 х1460 25 ТАЛ-150 П 150 750 30, 60, 75, 150 1 " 850 х910 х1620 25 ТАЛ-150 K 150 1550 47, 94, 117, 234 0. 8 " 850 x 910 x 1620 25 ТАЛ-120, ТАЛ 120 М 120 805 32, 54, 96, 162 1, 2 " 640 х780 х1400 20 ТАЛ-200 К 2000 80, 160, 200, 400 0, 6 " 550 х780 х1320 30

Любительские телескопы Внешний вид любительских телескопов Фотографии луны, сделанные любительским 123 телескопом Любительские телескопы Внешний вид любительских телескопов Фотографии луны, сделанные любительским 123 телескопом

Большой Телескоп Азимутальный (БТА) БТА – самый большой оптический телескоп со сплошным зеркалом (Карачаево-Черкесия, Большой Телескоп Азимутальный (БТА) БТА – самый большой оптический телескоп со сплошным зеркалом (Карачаево-Черкесия, Зеленчукский район, гора Пастухова, высота 2100 метров над уровнем моря) ◦ ◦ ◦ создан на ЛОМО в 60 -х годах, введен в эксплуатацию в 1976 году, главное зеркало: параболоид, D=6 м, f =24 м, допуск на кривизну 0, 01 мкм башня высотой 53 м, диаметр купола 45, 2 м ширина открывающейся щели 11 м масса всего телескопа 850 т масса подвижной части телескопа 650 т масса зеркала с оправой 80 т масса главного зеркала 42 т ◦ http: //www. sao. ru/ – cайт Специальной астрофизической обсерватории (САО) Российской академии наук 124

БТА(вид изнутри) 125 БТА(вид изнутри) 125

Большие телескопы телескоп KECK I, KECK II GEMINI North, GEMINI South SUBARU D, м Большие телескопы телескоп KECK I, KECK II GEMINI North, GEMINI South SUBARU D, м место установки участники проекта год 10 Mauna Kea, Гавайи США 1996 8 Mauna Kea, Гавайи Cerro Pachon, Чили США, Англия, Канада, Чили, Аргентина 19982000 8. 2 Mauna Kea, Гавайи Япония 1998 VLT (четыре телескопа) 8. 2 х4 Paranal, Чили ЕЭС, Чили 19982001 LBT (бинокулярный) 8. 4 х2 Mt. Graham , Аризона США, Италия, Германия 2001 GTC (Gran Telescopio Canarias) 10 La Palma, Канарские острова Испания HET (Hobby&Eberly) 11 Mt. Fowlkes, Texac США, Германия 1998 SALT (Southern African Large Telescope) 11 Sutherland, Южная Африка ЮАР, США, Германия, Великобритания 2005 ELT 35 США 2012 OWL 100 Германия, Швеция, Дания 2020? 126 2002

Большие телескопы 127 Большие телескопы 127

Большие телескопы 128 Большие телескопы 128

Интернет-ресурсы http: //www. telescope. ru/ ◦ Сайт посвящен астрономам-любителям. На сайте рассказывается о любительских Интернет-ресурсы http: //www. telescope. ru/ ◦ Сайт посвящен астрономам-любителям. На сайте рассказывается о любительских телескопах, советы по покупке телескопов, биноклей и подзорных труб, список литературы об астрономии и телескопах и интернет-магазин. http: //astronomer. ru ◦ На сайте приводится описание фирмпроизводителей любительских телескопов, ссылки на аналогичные сайты, статьи и ссылки. 129

Лупа – оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, Лупа – оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, расположенных на конечном расстоянии F 130

Видимое увеличение лупы – отношение тангенса угла, под которым виден предмет через лупу, к Видимое увеличение лупы – отношение тангенса угла, под которым виден предмет через лупу, к тангенсу угла, под которым наблюдается предмет невооруженным глазом с расстояния наилучшего видения F 250 мм f наблюдение невооруженным глазом наблюдение через лупу 131

Диаметр выходного зрачка лупы Апертурной диафрагмой и одновременно выходным зрачком системы «лупа-глаз» является зрачок Диаметр выходного зрачка лупы Апертурной диафрагмой и одновременно выходным зрачком системы «лупа-глаз» является зрачок глаза: 132

Поле зрения лупы f = f S Размер поля в пространстве изображений: – диаметр Поле зрения лупы f = f S Размер поля в пространстве изображений: – диаметр лупы – диаметр зрачка глаза Размер поля в пространстве предметов: 133

3 4 Примеры луп Модель Увеличение, Диаметр Габариты крат (мм) Вес (г) Материал линзы 3 4 Примеры луп Модель Увеличение, Диаметр Габариты крат (мм) Вес (г) Материал линзы Корпус ЛПК 471 2, 1 78 113 x 95 x 20 127 Стекло Пластик ЛП 3 (90) 3 88 195 x 20 150 Стекло Пластик ЛТ 1 -7* 7 16 36 x 21 x 14 20 Стекло Металл / Пластик ЛЧ-5 5 17 30 x 38 9 Стекло Пластик ЛЧ-10 10 16 50 x 38 15 Стекло Пластик ЛБН-2, 5* (стерео) 2, 5 56 x 188 x 240 145 Стекло Пластик Горизонт 4* 4 30 70 х50 х50 190 Стекло Пластик Горизонт 8* 8 20 53 х47 110 Стекло Горизонт 10* 10 18 44 х49 112 Стекло Пластик Лупа 6 х30 двойная 6/3 30 36 x 58 Пластик

Микроскоп объектив F об окуляр Fок Fм 135 Микроскоп объектив F об окуляр Fок Fм 135

Увеличение микроскопа Линейное увеличение микрообъектива: ◦ где – фокусное расстояние микрообъектива, – оптическая длина Увеличение микроскопа Линейное увеличение микрообъектива: ◦ где – фокусное расстояние микрообъектива, – оптическая длина тубуса (расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра) Видимое увеличение окуляра: 136

Увеличение микроскопа Общее увеличение микроскопа: где – фокусное расстояние микроскопа стандартные увеличения объективов: 3. Увеличение микроскопа Общее увеличение микроскопа: где – фокусное расстояние микроскопа стандартные увеличения объективов: 3. 5, 8, 10, 20, 40, 60, 90 крат стандартные увеличения окуляров: 5, 7, 10, 15, 20 крат 137

Поле зрения микроскопа § где – угловое поля окуляра 138 Поле зрения микроскопа § где – угловое поля окуляра 138

Диаметр выходного зрачка микроскопа § где A – передняя апертура микроскопа 139 Диаметр выходного зрачка микроскопа § где A – передняя апертура микроскопа 139

Разрешающая способность микроскопа Линейный предел разрешения микроскопа – это минимальное расстояние между точками предмета, Разрешающая способность микроскопа Линейный предел разрешения микроскопа – это минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные: Предельно достижимая разрешающая способность оптического микроскопа: максимально возможное значение синуса угла Иллюстрация разрешающей способности 140

Повышение разрешающей способности микроскопа Иммерсия Иммерсионная жидкость – прозрачное вещество с показателем преломления больше Повышение разрешающей способности микроскопа Иммерсия Иммерсионная жидкость – прозрачное вещество с показателем преломления больше единицы: ◦ вода (n=1. 33), кедровое масло (n=1. 52), раствор глицерина и т. д. Апертура иммерсионного объектива A=1. 5 Предельно достижимая разрешающая способность иммерсионного оптического микроскопа: 141 Иллюстрация иммерсии

Повышение разрешающей способности микроскопа Применение ультрафиолетовых лучей Длина волны ультрафиолетовых лучей =0. 2 мкм Повышение разрешающей способности микроскопа Применение ультрафиолетовых лучей Длина волны ультрафиолетовых лучей =0. 2 мкм Предельно достижимая разрешающая способность микроскопа: 142

Полезное увеличение микроскопа Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет Полезное увеличение микроскопа Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью использовать разрешающую способность микроскопа, то есть разрешающая способность микроскопа будет такая же, как и разрешающая способность глаза 143

Полезное увеличение микроскопа Угловое расстояние между изображениями двух точек, расположенных на расстоянии : Видимое Полезное увеличение микроскопа Угловое расстояние между изображениями двух точек, расположенных на расстоянии : Видимое увеличение микроскопа: Для гл=2 -4 , и =0. 5 мкм: если Г < 500 A : если Г >1000 A: 144

Методы наблюдения Метод светлого поля ◦ в проходящем свете – для исследования прозрачных препаратов Методы наблюдения Метод светлого поля ◦ в проходящем свете – для исследования прозрачных препаратов (тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов) ◦ в отраженном свете – для наблюдения непрозрачных объектов (травленые шлифы металлов, биологические ткани, минералы) Метод темного поля ◦ в проходящем свете – для исследования прозрачных и непоглощающих объектов (применяется в биологии, коллоидной химии, минералогии) ◦ в отраженном свете 145

Методы наблюдения Метод исследования в поляризованных лучах Метод фазового контраста ◦ применяется в проходящем Методы наблюдения Метод исследования в поляризованных лучах Метод фазового контраста ◦ применяется в проходящем и в отраженном свете для анизотропных объектов (минералы, угли, некоторые животные и растительные ткани и клетки, искусственные и естественные волокна) Пример ◦ для прозрачных и бесцветных объектов (неокрашенные биологические препараты, нетравленые шлифы металлов и минералогические объекты) 146 изображение в светлом поле и фазовом контрасте

Типы микроскопов Световые микроскопы Электронные микроскопы Сканирующие микроскопы 147 Типы микроскопов Световые микроскопы Электронные микроскопы Сканирующие микроскопы 147

Световые микроскопы Биологические микроскопы (серии MULTISCOPE™, LABOROSCOPE™, INVERTOSCOPE™) ◦ имеют несколько сменных объективов и Световые микроскопы Биологические микроскопы (серии MULTISCOPE™, LABOROSCOPE™, INVERTOSCOPE™) ◦ имеют несколько сменных объективов и окуляров, фотоокуляры и проекционные окуляры ◦ различные методы наблюдения: светлое поле, темное поле, метод фазового контраста • Микроскопы сравнения • обеспечивают визуальное сопоставление двух препаратов (изображение каждого занимает половину поля зрения) • Контактные микроскопы (серия METAM™) • прижимают объектив к объекту исследования • используется для наблюдения микроструктур металлов и т. д. • 148

Световые микроскопы Стереомикроскопы (серии SF™ и MX™) создается стереоскопический эффект, и изображение воспринимается объемно Световые микроскопы Стереомикроскопы (серии SF™ и MX™) создается стереоскопический эффект, и изображение воспринимается объемно • Ультрафиолетовый и инфракрасный микроскопы для исследования объектов в ультрафиолетовом или инфракрасном излучении снабжены флуоресцентным экраном, фотокамерой или электронно-оптическим преобразователем • Поляризационный микроскоп (серия POLAM™) позволяет выявлять анизотропию структуры при в поляризованном свете используют при изучении препаратов крови, шлифов зубов, костей и т. п. 149

Световые микроскопы Люминесцентный микроскоп (серия LUMAM™) ◦ под действием УФ излучения возникает люминесценция некоторых Световые микроскопы Люминесцентный микроскоп (серия LUMAM™) ◦ под действием УФ излучения возникает люминесценция некоторых объектов ◦ используется в микробиологии и иммунологических исследованиях Сравнение люминесцентного и фазово-контрастного методов Интерференционный микроскоп часть света проходит через исследуемый объект, а другая – мимо, в окулярной части лучи соединяются и интерферируют дает возможность исследовать объекты с низкими показателями преломления света и малой толщины Операционный микроскоп (серии MIKO™, MX™) используется для проведения микрохирургических операций в офтальмологии, нейрохирургии и др. имеет демонстрационное визуальное устройство, фотоприставку 150

Сканирующие микроскопы Устройство сканирующего микроскопа: ◦ принцип действия основан на сканировании объекта сверхмалым зондом. Сканирующие микроскопы Устройство сканирующего микроскопа: ◦ принцип действия основан на сканировании объекта сверхмалым зондом. Прошедший или отраженный сигнал регистрируется и используется для формирования трехмерной топографии поверхности образца с помощью ЭВМ ◦ в зависимости от принципа взаимодействия зонда и образца разделяют на электронные, атомно-силовые и ближнепольные 151

Ближнепольный растровый сканирующий микроскоп Работает в видимом излучении, позволяет работать с биологическими и медицинскими Ближнепольный растровый сканирующий микроскоп Работает в видимом излучении, позволяет работать с биологическими и медицинскими препаратами в естественных условиях Принцип действия: ◦ сканирование объекта оптическим зондом на расстоянии меньше длины волны от объекта (в ближнем поле) ◦ роль светового зонда выполняют светоизлучающие острия с выходными отверстиями, радиус которых в 10 -20 раз меньше длины волны света << 152

Электронные микроскопы Устройство электронного микроскопа: ◦ вместо видимого света используется пучок электронов ◦ роль Электронные микроскопы Устройство электронного микроскопа: ◦ вместо видимого света используется пучок электронов ◦ роль линз играет совокупность электрических и магнитных полей ◦ изображение фотографируется, или проецируется на экран ◦ контраст создается за счет разного рассеяния электронов от соседних участков Предел разрешения электронного микроскопа: ◦ =0. 005 нм, A=0. 01: Недостатки электронного микроскопа: невозможность изучения живых биологических объектов Примеры изображений

Интернет-ресурсы http: //www. lomo. ru ◦ Сайт ОАО Интернет-ресурсы http: //www. lomo. ru ◦ Сайт ОАО "ЛОМО". На сайте содержится информация о фирме и описание производимых приборов. http: //micro. magnet. fsu. edu/optics/index. html ◦ представлена история развития оптики, микроскопии и астрономии, обучающие программы моделируют работу микроскопов различных типов и различных методов наблюдения. На английском языке. http: //www. microscopyu. com/ ◦ Сайт содержит подробное описание, наглядные иллюстрация, фотографии и интерактивные обучающие программы, посвященные микроскопам. На английском языке. http: //www. infectology. spb. ru/microscopy/ ◦ Раздел «Микроскоп от А до Я» в журнале «Вестник инфектологии и паразитологии» . Размещена информация о применении микроскопов в медицине, полезные советы по работе с современными микроскопами, информация о фирмах – производителях микроскопов. 154

Осветительные системы Осветительная система – это устройство, предназначенное для освещения несамосветящихся объектов Оптическая осветительная Осветительные системы Осветительная система – это устройство, предназначенное для освещения несамосветящихся объектов Оптическая осветительная система позволяет: ◦ наиболее полно использовать световой поток ◦ создать равномерную освещенность предмета 155

Коллектор Предмет находится в бесконечности: ◦ источник света – в переднем фокусе оптической системы Коллектор Предмет находится в бесконечности: ◦ источник света – в переднем фокусе оптической системы ◦ изображение источника света – в бесконечности освещаемый предмет коллектор источник -f 156

Конденсор (схема 1) Предмет находится на конечном расстоянии Источник проецируется на освещаемый предмет: ◦ Конденсор (схема 1) Предмет находится на конечном расстоянии Источник проецируется на освещаемый предмет: ◦ каждой освещаемой точке предмета соответствует сопряженная с ней точка источника ◦ используется, если яркость источника света равномерна и нет опасений, связанных с нагревом предмета конденсор источник освещаемый предмет 157

Конденсор (схема 2) Предмет находится на конечном расстоянии Источник проецируется во входной зрачок последующей Конденсор (схема 2) Предмет находится на конечном расстоянии Источник проецируется во входной зрачок последующей оптической системы: ◦ каждая точка предмета освещается лучами, исходящими из всех точек источника ◦ используется при неравномерной яркости источника конденсор источник освещаемый предмет 158

Элементы осветительных систем Основные элементы осветительных систем: ◦ простые линзы или зеркала (сферические или Элементы осветительных систем Основные элементы осветительных систем: ◦ простые линзы или зеркала (сферические или асферические) ◦ линзы или зеркала со сложным профилем (линзы Френеля и др. ) ◦ растровые системы, световоды и оптическое волокно Угол охвата 2 – двойной апертурный угол в пространстве предметов 159

Линзовые осветительные системы Содержат только линзы сферической или асферической формы Максимальный угол охвата 90° Линзовые осветительные системы Содержат только линзы сферической или асферической формы Максимальный угол охвата 90° Простейшая схема конденсора – одиночная линза с углом охвата не более 15 – 20° 160

Зеркальные осветительные системы Содержат только зеркальные элементы Угол охвата до 140° Особенности: ◦ отсутствие Зеркальные осветительные системы Содержат только зеркальные элементы Угол охвата до 140° Особенности: ◦ отсутствие хроматических аберраций ◦ меньше масса ◦ больше коэффициент пропускания Простейшая схема – вогнутое сферическое зеркало с углом охвата до 110° ◦ источник света в фокусе зеркала, его изображение на бесконечности 161

Зеркало Манжена Угол охвата около 140° F 162 Зеркало Манжена Угол охвата около 140° F 162

Зеркально-линзовые осветительные системы Cодержат зеркальные и линзовые компоненты 163 Зеркально-линзовые осветительные системы Cодержат зеркальные и линзовые компоненты 163

Линза Френеля Оптические детали со ступенчатой поверхностью сложного профиля ◦ угол охвата до 100 Линза Френеля Оптические детали со ступенчатой поверхностью сложного профиля ◦ угол охвата до 100 – 120° ◦ небольшие аберрации ◦ малые габариты (толщины линз) и вес ◦ используются в некоторых светофорах, в фарах машин, в осветительных системах простых проекторов 164

Прожектор – это оптическая система, концентрирующая световой поток источника света в узкий пучок для Прожектор – это оптическая система, концентрирующая световой поток источника света в узкий пучок для освещения удаленных объектов или для передачи сигналов на большие расстояния ◦ используется в маяках, театральных прожекторах, фарах автомобилей и т. д. коллектор источник - f = f дистанция оформления пучка 165

Характеристики прожектора Сила света прожектора (поток излучения на единицу телесного угла): где – коэффициент Характеристики прожектора Сила света прожектора (поток излучения на единицу телесного угла): где – коэффициент пропускания оптической системы D – диаметр выходного зрачка L – яркость источника (поток, излучаемый единицей площади на единицу телесного угла) Справедливо при удалении освещаемого предмета на расстояние, большее, чем дистанция оформления пучка 166

Характеристики прожектора Коэффициент усиления прожектора – это отношение силы света прожектора к силе света Характеристики прожектора Коэффициент усиления прожектора – это отношение силы света прожектора к силе света источника: где – коэффициент пропускания оптической системы D – диаметр выходного зрачка d – диаметр источника Может достигать kпр=10000 167

Характеристики прожектора Угол рассеяния прожектора зависит от размеров светового тела источника излучения: • Угол Характеристики прожектора Угол рассеяния прожектора зависит от размеров светового тела источника излучения: • Угол охвата 2 – двойной апертурный угол в пространстве предметов, характеризующий полноту использования светового потока коллектор источник 2 2 168

Осветительные системы проекционных приборов Проекционные приборы предназначены для получения на экране изображений предметов требуемого Осветительные системы проекционных приборов Проекционные приборы предназначены для получения на экране изображений предметов требуемого масштаба Основные устройства проектора: ◦ осветительное – обеспечивает равномерное и интенсивное освещение проецируемого предмета ◦ изображающее (проекционное) – формирует на экране изображение требуемого масштаба и качества Проекционные приборы разделяют на два класса: ◦ диаскопические – проектируют прозрачные предметы в проходящем свете ◦ эпископические – проецируют непрозрачные предметы в отражающем свете 169

Осветительные системы проекционных приборов Изображение источника света в плоскости входного зрачка проекционного объектива ◦ Осветительные системы проекционных приборов Изображение источника света в плоскости входного зрачка проекционного объектива ◦ каждая точка диапозитива освещается светом от всех точек источника ◦ увеличение осветительной системы – отношение диаметра входного зрачка проекционного объектива к диаметру источника: кадровое конденсор окно проекционный объектив экран источник вх. зрачок вых. зрачок 170

Осветительные системы проекционных приборов Изображение источника света в плоскости диапозитива ◦ каждая точка диапозитива Осветительные системы проекционных приборов Изображение источника света в плоскости диапозитива ◦ каждая точка диапозитива освещается сопряженной точкой источника ◦ увеличение осветительной системы – отношение диагонали кадра к диаметру источника: кадровое конденсор окно проекционный объектив источник вх. зрачок 171 вых. зрачок экран

Характеристики проекционных приборов Размер проецируемого предмета определяется диагональю кадра dкадра Масштаб проекции (линейное увеличение) Характеристики проекционных приборов Размер проецируемого предмета определяется диагональю кадра dкадра Масштаб проекции (линейное увеличение) проекционного объектива: 172

Характеристики проекционных приборов Разрешающая способность проекционной системы оценивается кружком рассеяния на кадре или предельной Характеристики проекционных приборов Разрешающая способность проекционной системы оценивается кружком рассеяния на кадре или предельной частотой при заданном контрасте Освещенность изображения зависит от: ◦ фокусного расстояния ◦ относительного отверстия проекционного объектива ◦ коэффициента пропускания осветительной и проекционной оптической системы проектора ◦ яркости источника ◦ расстояния между объективом и экраном 173

Осветительные системы микроскопов Схема Кёлера ◦ обеспечивает равномерную освещенность изображения ◦ все лучи, попадающие Осветительные системы микроскопов Схема Кёлера ◦ обеспечивает равномерную освещенность изображения ◦ все лучи, попадающие в микроскоп, участвуют в образовании изображения ◦ изменяя диаметр апертурной диафрагмы, можно изменять апертуру осветителя, а следовательно, и освещенность входного зрачка конденсор коллектор объектив микроскопа источник апертурная диафрагма конденсора апертурная предметная диафрагма микроскопа плоскость микроскопа 174 вх. зрачок микроскопа

Конденсоры микроскопов Конденсор светлого поля рассчитан на проходящее освещение препарата Конденсор темного поля рассчитан Конденсоры микроскопов Конденсор светлого поля рассчитан на проходящее освещение препарата Конденсор темного поля рассчитан на освещение препарата полым световым конусом Конденсоры отраженного света (эпиконденсоры), представляющие собой кольцеобразную зеркальную или зеркально-линзовую систему вокруг объектива Конденсор, создающий косое световое поле (под углом к оптической оси микроскопа) Конденсор для фазово-контрастных исследований 175

Liquid Lenses (2000) Fluid. Focus Lens (Philips) Liquid Lens (Varioptic) 176 Advantage: change the Liquid Lenses (2000) Fluid. Focus Lens (Philips) Liquid Lens (Varioptic) 176 Advantage: change the optical power without motion