ЛАБЫ / ЛР3

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа новых производственных технологий Обеспечивающее подразделение: Отделение материаловедения Направление подготовки: 12.03.02 Оптотехника ООП: Оптико-электронные приборы и системы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Расчёт линзы в воздухе, оценка её качества изображения и

оптимизация

дисциплина «Прикладная оптика»

Томск

1. Исходные данные:

Стекло: Ф4;

nF`=1,637673;

ne=1,628472;

nC`=1,620052;

Диаметр линзы: 40 мм;

Заднее фокусное расстояние f`: -95 мм;

Радиус кривизны передней и задней поверхности: R2=R1;

Точка предмета находится в бесконечности и на оси.

Тип линзы: двояковогнутая.

1. В программе «Оптика» рассчитать на линии e конструктивные параметры линзы на основе исходных данных, указанных в пункте 1.

Выбор толщины двояковогнутой линзы:

D≤50 мм; ∆N≤0.3=0.1D - ошибка при изготовлении линзы.

Отсюда: d=0.1D=4 мм.

Рис. 1. Расчёт двояковыпуклой линзы с равными радиусами

R1 = -120.1767486; R2 = 120.1767486.

2

2. Рассчитать Гауссовы характеристики линзы (с конструктивными параметрами, рассчитанными на линии e) на линиях F`, e, C`.

Рис. 2. Гауссовы характеристики линзы на линии, где: а) F`, б) e, в) C`

3. В графическом редакторе «Компас» нарисовать эскиз линзы и указать на нем кардинальные точки и кардинальные элементы на линии e с численными значениями.

Рис. 3. Эскиз линзы

4. Рассчитать точечную диаграмму (ТД), функцию концентрации энергии (ФКЭ) и радиус кружка рассеяния по уровню энергии 80% (r0.8) в заданной плоскости (ЗП), в плоскости Гаусса (ПГ) и в плоскости наилучшей установки (ПНУ) на линиях F`, e, C`.

3

Линия F`:

Рис. 4. ТД и ФКЭ в ЗП, линия F`

Диаметр изображения точки (в приближении геометрической оптики) получился равным ≈ 3.4 мм. Для сравнения: диаметр ТД в идеальной оптической системе равен 0. То есть качество изображения линзы весьма далеко от идеала.

4

Рис. 5. ТД и ФКЭ в ПНУ, линия F`

Из рис. 4 видим, что диаметр ТД в ПНУ равен ≈ 0.94 мм, что значительно меньше, чем в ПГ. По графику ФКЭ находим (строка 29), что радиус ядра ТД в ПНУ с содержанием «энергии» 74.7 % равен 0.27 мм.

5

Рис. 6. ТД и ФКЭ в ПГ, линия F`

6

Линия e:

Рис. 7. ТД и ФКЭ в ЗП, линия e

Диаметр изображения точки (в приближении геометрической оптики) получился равным ≈ 2.755 мм. Для сравнения: диаметр ТД в идеальной оптической системе равен 0. То есть качество изображения линзы весьма далеко от идеала.

7

Рис. 8. ТД и ФКЭ в ПНУ, линия e

Из рис. 7 видим, что диаметр ТД в ПНУ равен ≈ 0.93 мм, что значительно меньше, чем в ПГ. По графику ФКЭ находим (строка 29), что радиус ядра ТД в ПНУ с содержанием «энергии» 74.7 % равен 0.27 мм.

8

Рис. 9. ТД и ФКЭ в ПГ, линия e

9

Линия C`:

Рис. 10. ТД и ФКЭ в ЗП, линия C`

Диаметр изображения точки (в приближении геометрической оптики) получился равным ≈ 2.1 мм. Для сравнения: диаметр ТД в идеальной оптической системе равен 0. То есть качество изображения линзы весьма далеко от идеала.

10