LABORATION 6 Astigmatism och Distorsion

Relevanta dokument
LABORATION 5 Aberrationer

LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

LABORATION 2 MIKROSKOPET

LABORATION 5 Aberrationer

LABORATION 2 MIKROSKOPET

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Geometrisk optik. Syfte och mål. Innehåll. Utrustning. Institutionen för Fysik

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Hittills har vi bara använt sfäriska ytor, dvs delar av en sfär. Plana ytor är specialfall av sfär (oändlig krökningsradie, r= ).

Teckenkonventionen: ljus in från vänster, ljusets riktning = positiv

Föreläsning 8: Linsdesign

Föreläsning 11 (kap i Optics)

Eftersom brytningsindex n ändras med våglängden (färgen) kommer olika färger hos ljuset att brytas olika genom prismor och linser.

Laboration i Geometrisk Optik

Figur 6.1 ur Freeman & Hull, Optics


Övningstal i Avbildningskvalitet för optikerstuderande. Rita figurer och motivera ordentligt!

Övningstal i Avbildningskvalitet för optikerstuderande. Rita figurer och motivera ordentligt!

Föreläsning 9 10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

Mätning av fokallängd hos okänd lins

Att räkna med mellanbilder genom ett system med många linser och gränsytor blir krångligt. Vi vill kunna avbilda genom alla ytor direkt.

3) Sag formeln ger r=y 2 /(2s). y=a/2=15 mm, s=b c=4,5 mm ger r=25 mm. Då blir F=(n 1)/r=(1,5 1)/0,025=20 D

Lösningarna inlämnas renskrivna vid laborationens början till handledaren

Instrumentoptik, anteckningar för föreläsning 4 och 5 (CVO kap. 17 sid , ) Retinoskopet

Föreläsning 9-10 (kap i Optics)

Föreläsning 9-10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

Förberedelseuppgift inför datorlaborationen

Projektorobjektiv, MTF, aberrationer i projektorer, skärpedjup, Keystone, Scheimpflugvinkel

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Geometrisk optik. Laboration

About the optics of the eye

Optik. Inledning. Fig. 1. Hålkameran

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Optisk bänk En Virtuell Applet Laboration

Tentamen i Fotonik , kl

Geometrisk optik. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Geometrisk optik

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Projekt 6. Fourieroptik Av Eva Danielsson och Carl-Martin Sikström

Exempelsamling i Ögats optik

Laboration i Fourieroptik

Laboration i Geometrisk Optik

Optik 1 Geometrisk och fysikalisk optik fo r optiker HT 2019

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

v F - v c kallas dispersion

Om du tittar på dig själv i en badrumsspegel som hänger på väggen och backar ser du:

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

Vågrörelselära och optik

Övningstal i Avbildningskvalitet för optikerstuderande. Rita figurer och motivera ordentligt!

Instuderingsfrågor extra allt

Föreläsning 2 (kap , 2.6 i Optics)

Geometrisk optik. Laboration FAFF25/FAFA60 Fotonik 2017

Tentamen i Avbildningskvalitet (SK1302)

Laboration i Geometrisk Optik

Våglära och optik FAFF30 JOHAN MAURITSSON

Optik. Läran om ljuset

Vad skall vi gå igenom under denna period?

Tentamen Optik, FYSA11,

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Övning 1 Dispersion och prismaeffekt

Optiska ytor Vad händer med ljusstrålarna när de träffar en gränsyta mellan två olika material?

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

Optik, F2 FFY091 TENTAKIT

Observera också att det inte går att både se kanten på fönstret och det där ute tydligt samtidigt.

AstroSwedens mikroskopskola - nybörjarmikroskopi. AstroSwedens mikroskopiskola att använda mikroskop

Ögonlaboration 1(1) ÖGONLABORATION

Tentamen i Fotonik , kl

Övning 9 Tenta

Tentamen i Fotonik , kl

Laboration i Geometrisk Optik

3/19/13. Refraktionslära. Refraktionering. Kontrollera visus. Uppskatta felsynthet. Mätning av sfärisk felsynthet

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

Tentamen i El- och vågrörelselära,

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

Hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Physics Handbook, Mathematics Handbook.

Ljusets polarisation

Tentamen i Fotonik , kl

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Polarisation. Abbas Jafari Q2-A. Personnummer: april Laborationsrapport

MLBINO MLBINO BIFO. Binokulär läsning på kort avstånd. Bifocal ML Bino. Vår instegsmodell

SK1140, Fotografi för medieteknik, HT14

LABORATION 4 DISPERSION

OBS: Alla mätningar och beräknade värden ska anges i SI-enheter med korrekt antal värdesiffror. Felanalys behövs endast om det anges i texten.

Aquafloat 7x50 WP Compass

E-strängen rör sig fyra gånger så långsamt vid samma transversella kraft, accelerationen. c) Hur stor är A-strängens våglängd?

Datorseende. Niels Chr Overgaard Januari 2010

Optik 2018 Laborationsinstruktioner Våglära och optik FAFF30+40

Anders Giörloff Leg. Optiker

Oscillerande dipol i ett inhomogent magnetfält

Polarisation laboration Vågor och optik

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november 2011

Läs i vågläraboken om holografi (sid ) och sid 5 17 i detta kompendium.

Tentamen TNM061, 3D-grafik och animering för MT2. Onsdag 20/ kl SP71. Inga hjälpmedel

för M Skrivtid i hela (1,0 p) 3 cm man bryningsindex i glaset på ett 2. två spalter (3,0 p)

Figur 1.1 Skärpedjup i objekt- och bildplanet.

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Vi är beroende av ljuset för att kunna leva. Allt liv på jorden skulle ta slut och jordytan skulle bli öde och tyst om vi inte hade haft ljus.

Ljusets böjning & interferens

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Transkript:

LABORATION 6 Astigmatism och Distorsion Personnummer Namn Laborationen godkänd Datum Assistent 1 (5)

LABORATION 6: Astigmatism och Distorsion Att läsa i kursboken: sid. 248 257, 261 266, 298 299 Förberedelseuppgifter Vad labben går ut på: Utrustning: 3 st, se nedan. Skall vara gjorda före labtillfället. Uppmätning av axiell astigmatism samt cylinderaxel i torisk lins. Undersökning av sned astigmatism och distorsion i enkel sfärisk lins. Mätning av fokallängd samt karaktärisering av distorsion och astigmatism i progressiv lins. Halogenlampskälla. Planokonvexa linser +5 D, +10 D Toriskt glasögonblank Progressiv lins Apertur (platta med ett hål) Retikel med fingraderad skala Aluminiumplatta med hålmönster Skärm med millimeterskala, skena, ryttare, hållare etc. Tumstock, papper, diffusor tejp, dubbelhäftande tejp, sax Teori I de flesta linser uppträder linsfelen astigmatism och distorsion. I den här laborationen skall du få mäta dessa aberrationer i både en enkel sfärisk lins och i en progressiv lins. Dessutom ska du karaktärisera den axiella astigmatismen i en torisk lins. I det inledande teoriavsnittet nedan beskriver vi först axiell astigmatism och de två aberrationerna. Sedan behandlas progressiva linser och svårigheterna med att få dessa aberrationsfria. Axiell astigmatism Axiell astigmatism uppkommer när linsytan inte är cirkulärsymmetrisk. Denna typ av ytor kallas för toriska och är tillverkade med olika krökningsradie, och därigenom olika brytkraft, i de två huvudsnitten. Ett strålknippe som faller in mot en torisk lins bryts inte ihop i en enda punkt utan i två olika linjer som ligger på olika ställen, enligt Fig. 1. Fig. 1. Avbildning i torisk lins. 2 (5)

FÖRBEREDELSEUPPGIFT 1: Hur ser bilderna ut och var hamnar de om ett avlägset punktobjekt avbildas genom en torisk lins med receptet +3 D sfär, 2D cylinder, axel 180? Aberrationerna astigmatism och distorsion Bilden av ett punktformigt objekt i ett linssystem blir aldrig helt punktformig. Avbildningsfel, s.k. aberrationer, förorsakar en utsmetning av bilden. Det förekommer en rad olika aberrationer, och en del av dem har redan behandlats i laboration 5. Vi skall här koncentrera oss på fältaberrationerna astigmatism och distorsion. Astigmatism i en vanlig sfärisk lins beror på asymmetrin i uppställningen då strålar faller in i vinkel mot optiska axeln (s.k. sned/radiell astigmatism). Antag att ett objekt vid sidan av optiska axeln skall avbildas. Infallsplanet, det vill säga det plan som innehåller bildpunkten för centrala strålar och den optiska axeln, kallas för meridionalplanet eller tangentialplanet. Linsens s.k. sagittalplan innehåller huvudstrålen och ligger vinkelrätt mot tangentialplanet. Strålar som utgår från objektet och som ligger i tangentialplanet ser en annan krökning än motsvarande strålar som ligger i linsens sagittalplan, och får därför en något annan fokallängd. Vid fokusering av strålar utgående från ett punktformigt objekt får man två foki i form av linjer. I det sagittala fokus har de tangentiala strålarna inte fokuseras, och man får därför en linje utdragen i tangentialplanet riktning istället för en punkt. På motsvarande sätt utgörs det tangentiala fokus av en linje i sagittalplanet. FÖRBEREDELSEUPPGIFT 2: Hur kommer bilden av en punkt från en sfärisk lins med radiell astigmatism förändras när bildplanet förskjuts mellan det sagittala och det tangentiala fokus? Fig. 7.17 i läroboken kan vara till hjälp. Distorsion yttrar sig i att bilden av ett kvadratiskt objekt blir deformerat. Kantlinjerna i bilden buktar antingen lite inåt eller lite utåt. I tunna linser förekommer ingen distorsion, men om en bländare placeras i ett annat plan än linsen själv uppträder effekten. Fig. 2 visar strålgången för en tunn lins med bländare. Vid avbildning utan bländare går den centrala strålen genom linsens mitt och träffar bildplanet i P. Bildplanet är det plan som innehåller bildpunkten vid paraxial avbildning av axiala punktformiga objekt. På grund av sfärisk aberration ligger den egentliga konvergenspunkten för ett strålknippe från ett utomaxialt objekt en bit framför bildplanet. Den centrala strålen genom bländaren går inte längre genom linsens mitt och träffar därför bildplanet i punkten P' d istället för P. Den något breddade bildpunkten kommer därför få sitt centrum lite förskjutet, och förstoringen ändras därmed för utomaxiala objekt. Om förstoringen ökar med avståndet från linsens mitt får man utdragna hörn och inåtbuktande kantlinjer på bilden av ett kvadratiskt objekt, s.k. kuddformig distorsion (eng. pincushion distortion), om förstoringen minskar får man utåtbuktande kantlinjer, s. k. tunnformig distorsion (eng. barrel distortion). 3 (5)

P AS h' h' d P' P' d Fig. 2. Distorsion i tunn lins med bländare. FÖRBEREDELSEUPPGIFT 3: Distorsionen kan definieras som h' h', där h ' är det förväntade avståndet från optiska axeln för en punkt och ' d d h det verkliga avståndet. Storheten brukar anges för den maximalt tillåtna infallsvinkeln. Föreslå hur man skall mäta h ' och h. ' d Progressiva linser Progressiva linser är linser med en successiv förändring av brytkraften över linsens yta. Dessa linser har kommit till användning i glasögon för att kompensera för ögats oförmåga att adaptera ögonlinsen till nära objekt (ackommodation). Problemet kallas presbyopi och uppträder hos alla människor vid hög ålder. Normalt görs progressiva linser så att övre delen avpassas för fjärrseende, och man har sedan en mjuk övergång till den mer positiva nedre delen som utnyttjas för närseendet (vid negativ avståndskorrektion görs nederdelen med svagare negativ brytkraft), se Fig. 8.26 i läroboken. Ett problem med progressiva linser är att linsytan inte är sfärisk, och man kan därför aldrig göra linserna helt fria från astigmatism och distorsion. INSTRUKTIONER 1. Gör en förstorande avbildning (ca 2 ggr) av aluminiumplattan med hålmönster med hjälp av den sfäriska +5 D linsen (vänd linsen rätt). Objektet (hålmönstret) belyses lämpligen diffust med lampan genom att sätta tejp på objektet. Se till att den mittersta punkten i mönstret verkligen ligger på optiska axeln i systemet. Placera den toriska glasögonlinsen direkt bakom den sfäriska +5 D linsen och hitta de två bildplanen. Mät upp bildplanens lägen och räkna ut cylinderstyrkan för den toriska linsen. Rotera den toriska linsen så att dess cylinderaxel ligger horisontellt (180). Tips: Titta på hur de linjeformade bilderna vrider sig när du roterar linsen eller titta på kanten på den toriska linsen för att hitta cylinderaxeln. 2. Ta bort den toriska linsen och hitta den skarpa bilden för den sfäriska +5 D linsen. Vrid linsen ca 30 grader och studera aberrationen sned astigmatism som då uppkommer. Mät upp sagittal och tangential styrka. Jämför med teoretiskt beräknade värden. 3. Sätt nu ett litet hål med diffusor (tejp) framför lampan. Använd den sfäriska +10 D linsen felvänd för att göra en avbildning av retikelskalan (rutnät) med ca. fem ggr. förstoring. Rita en figur motsvarande Fig. 2 ovan och förklara varför och vilken typ 4 (5)

av distorsion man får. Mät upp distorsionen och ange i mm och för maximalt bildfält. Hur förändras distorsionen om du vänder linsen? Varför? 4. Gör en förstorande avbildning (ca 2 ggr) av aluminiumplattan med hålmönster med hjälp av den progressiva linsen. Mät upp linsens addition (d.v.s. skillnaden i brytkraft mellan fjärr och närdel) genom att sätta ett hål framför den del av linsen som ska mätas. Undersök även den axiella astigmatismen och distorsionen i de olika delarna av linsen (delen för fjärrseende, närdelen, samt vid sidan av närdelen i linsen). 5 (5)