Тема 10. Оценка качества оптического изображения.

На качество изображения влияют: 1) дифракция; 2) степень коррекции аберрации; 3) точность изготовления деталей и юстировки схемы; 5) контраст изображения. Поэтому ни реальная (кроме плоского зеркала), ни идеальная оптическая система не изображает точку в виде точки, а изображает в виде пятна рассеяния, геометрические размеры которого и распределение освещённости в нём и определяют качество изображения.

П равильный выбор критерия

должен учитывать задачу, для решения которой формируется изображение.

Разрешающая способность - это способность оптической системы давать раздельное изображение двух близко расположенных точек или линий. Разрешающую способность выражают: а) числом N[мм ] разрешаемых точек или линий на отрезке длиной 1 мм (для фото- и кинообъективов); б)наименьшим разрешаемым расстоянием δ’[мм] или линейным пределом разрешения (для микрообъективов); в) наименьшим разрешаемым углом ψ[минуты] или угловым пределом разрешения (для визуальных систем). Их взаимосвязь: [мм ]

Дифракционный предел разрешения установлен Рэлеем (1879г.) для идеальной оптической системы:

Д ва дифракционных пятна, соответствующих изображениям двух точек, разрешаются глазом, если центральный максимум распределения освещённости в изображении одной точки совпадает с первым минимумом распределения освещённости в изображении другой.

Более полное представление о качестве изображения даёт оптическая передаточная функция (ОПФ) и, в частности, - функция передачи модуляции (ФПМ).

С точки зрения процесса образования изображения, освещённость в каждой точке плоскости изображения можно рассматривать как результат суммирования освещённостей элементарных изображений от различных точек объекта и это описывается математической операцией свёртки: , где L - функ­ция распределения яркости на предмете; A’ - функция рассеяния линии (ФРЛ) или точки (ФРТ). Рассматривая оптическую систему как фильтр низких пространственных частот и используя математический аппарат Фурье, можно упростить анализ формирования изображения, если использовать в качестве предмета синусоидальную миру.

Предмет: Изображение K(K’) -контрастность предмета (изображения)

ОПФ: Ã(N) (преобразование Фурье ФРЛ): - это график зависимости коэффициента TN передачи модуляции от N (N - пространственная частота)

Тема 11. Оптические системы приборов

и их технические характеристики.

Технические характеристики основных типов оптических систем приборов.

Регистрирующие		Визуальные
Объектив(съёмочный)	Проекционная система	Микроскоп(лупа)	Телескопические системы
П редмет Изображение F’ 1. - заднее фокусное расстояние 2. - относительное отверстие - диафрагменное число 3. 2ω - угловое поле 4. N(ф) или N - разрешающая способность (фотогр. или визуальная) 5. ФПМ - функция передачи модуляции 6. -распределение освещённости по полю 7. τ - коэффициент пропускания 8. - спектральный коэффициент пропускания 9. Светорассеяние 10. Цветность	П редмет -a Изображение a’ 1. β - линейное увеличение 2. - распределение освещённости по полю 3. 2y(2y’) - размеры предмета (экрана) Примечание Для кинопроекционного объектива характеристики те же, что и для съёмочного, но N - визуальная разрешающая способность	П редмет -a И зображение 1. - видимое увеличение 2. 2y - линейное поле в пространстве предметов 3. D’ - диаметр выходного зрачка	П редмет И зображение 1. - видимое увеличение 2. 2ω - угловое поле 3. D’ - диаметр выходного зрачка 4. ψ - угловой предел разрешения 5. l - длина системы

Т ема 12. Глаз как оптическая система

1 –склера; 8-хрусталик;

2 –сосудистая оболочка; 9 –передняя камера;

3 –желтое пятно; 10 –роговица;

4 –слепое пятно; 11 –мышцы цилиарного тела;

5 –зрительный нерв; 12 –задняя камера, заполненная телом;

6 –сетчатка (ретина); 13 –зрительная ось;

7 –радужная оболочка; 14 –оптическая ось.

Оптическую систему глаза можно представить как комбинацию из двух линз: роговицы 10 и хрусталика 8, разделенных полостью передней камеры 9, заполненной водянистой средой (влагой). Передняя поверхность роговицы граничит с воздухом, между хрусталиком и сетчаткой 6 находится стекловидное тело 12. Через зрачок – отверстие в радужной оболочке 7 – свет проникает в глаз. Оптическая система глаза образует на желтом пятне 3 сетчатки действительные изображения объекта наблюдения, которые воспринимаются светочувствительными элементами (колбочками и палочками), расположенными на сетчатке.

Основными свойствами глаза являются:

аккомодация – способность глаза приспосабливаться к четкому наблюдению разноудаленных предметов за счет изменения кривизны поверхностей хрусталика под действием мышц 11цилиарного тела; объем аккомодации глаза около 11 диоптрий;

адаптация – способность глаза реагировать на очень большой перепад яркостей от 10 ^-7до 10 ⁵ кд/м ; различают световую ( ) и темновую ( ) адаптацию;

световая чувствительность характеризуется наименьшим световым потоком 2*10 ^-14 лм, способным вызывать зрительное ощущение или пороговой освещенностью зрачка Е_зр 10^-9 лк; слепящая яркость наблюдаемого поля составляет около кд/м ;

спектральная чувствительность – глаз воспринимает цвета в диапазоне длин волн 380-770 нм и это характеризуется графиком относительной спектральной световой эффективности с максимумом при нм;

контрастная чувствительность – способность глаза к различению предметов и деталей предметов по их яркостному или цветовому контрасту , где - пороговая разность яркости; наивысшая контрастная чувствительность имеет место при интервале яркостей 80-320 кд/м ;

восприятие мельканий и их слияние – способность глаза к восприятию прерывисто светящегося объекта как светящегося непрерывно с постоянной яркостью при критической частоте мельканий равной 48-50 Гц играет большую роль при кинопроекции;

стереоскопическое зрение (или бинокулярное) – позволяет получать объемное восприятие пространства, построенное на разности монокулярных изображений, наблюдаемых правым и левым глазами наблюдателя.

Основные характеристики глаза

Фокусное расстояние, мм: переднее -17,055

заднее 22,785

Оптическая сила глаза, дптр 58,64

Увеличение в зрачках 0,909

Расстояние наилучшего зрения, мм 250

Поле зрения одного глаза, град: по горизонтали 150

по вертикали 125

Область резкого изображения (в пределах желтого пятна) 6

Разрешающая способность глаза (при освещенности 50 лк и нм)

Недостатки глаза и их коррекция

близорукость:

(миопия)

дальнозоркость:

(гиперметропия)

Т ема 13. Лупа и микроскоп. Телескопические системы.

Лупой называется оптическая система, состоящая из одной или нескольких линз, предназначенная для рассматривания глазом близко расположенных предметов.

Видимое увеличение лупы:

Микроскоп -это сложная лупа; он состоит из объектива и окуляра и также служит для наблюдения за близко расположенными предметами.

Объектив Окуляр

Для упрощения схемы входной зрачок расположен в передней главной плоскости объектива.

Виньетирование отсутствует.

∆ - Оптический интервал (расстояние между F’об и Fок)..

Видимое увеличение:

Полезное увеличение: , где - числовая апертура

Наименьшее разрешаемое расстояние:

Телескопические системы (афокальные) -это такие системы, которые служат для рассматривания глазом далеко расположенных предметов.

Видимое увеличение: ; ; длина системы Диаметры: ; при виньетировании 50% ;

Местоположение выходного зрачка:

Система Кеплера (изображение обратное) Система Галилея (изображение прямое)

Объектив Окуляр

Достоинства
Наличие промежуточного изображения позволяет сделать систему измерительной; большое увеличение и угловое поле; возможность избежать виньетирования.	Прямое изображение (система наблюдательная); большая светосила; малая длина.
Недостатки
Большая длина; малая светосила; необходимость применения дополнительных оборачивающих систем.	Малое увеличение ( ) и угловое поле ( ); виньетирование на краю; не может быть измерительной.