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

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

Teckenkonventionen: ljus in från vänster, ljusets riktning = positiv

Föreläsning 9-10 (kap i Optics)

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

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


LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

Föreläsning 8: Linsdesign

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

Föreläsning 11 (kap i Optics)

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

Figur 6.1 ur Freeman & Hull, Optics

LABORATION 5 Aberrationer

Optik 1 Geometrisk och fysikalisk optik fo r optiker HT 2019

LABORATION 5 Aberrationer

Våglära och optik FAFF30 JOHAN MAURITSSON

LABORATION 6 Astigmatism och Distorsion

Övning 1 Dispersion och prismaeffekt

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

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

LABORATION 2 MIKROSKOPET

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

Mätning av fokallängd hos okänd lins

LABORATION 2 MIKROSKOPET

Föreläsning 2 (kap , 2.6 i Optics)

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november 2011

Laboration i Geometrisk Optik

Föreläsning 9 10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

v F - v c kallas dispersion

Föreläsning 9-10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

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

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

Vågrörelselära och optik

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

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

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

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

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

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

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

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

Tentamen i Fotonik , kl

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

Repetition Ljus - Fy2!!

Optik. Inledning. Fig. 1. Hålkameran

Förberedelseuppgift inför datorlaborationen

Tentamen i Fotonik , kl

Tentamen Optik, FYSA11,

Denna våg är. A. Longitudinell. B. Transversell. C. Något annat

Tentamen i Fotonik , kl

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

Övning 9 Tenta

Laboration i Geometrisk Optik

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

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

1 AKUSTIK Håkan Wennlöf, I = P A m 2 P effekt, A arean effekten är spridd över (ofta en sfär, ljud utbreds sfärsiskt).

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

The nature and propagation of light

Optisk bänk En Virtuell Applet Laboration

Gauss Linsformel (härledning)

Hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Physics Handbook, Mathematics Handbook.

Kapitel 35, interferens

Laboration i Geometrisk Optik

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

Böjning. Tillämpad vågrörelselära. Föreläsningar. Vad är optik? Huygens princip. Böjning vs. interferens FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Tentamen i Optik för F2 (FFY091)

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Laboration i Geometrisk Optik

Geometrisk optik reflektion och brytning. Optiska system F9 Optiska instrument. Elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska spektrumet FAF260

OPTIK läran om ljuset

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

About the optics of the eye

Datorlaboration Avbildningskvalitet

TENTAMEN I TILLÄMPAD VÅGLÄRA FÖR M

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

Tentamen i Fotonik , kl

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

Föreläsning 6: Polarisation

Tentamen i Fotonik , kl

Tentamen i Avbildningskvalitet (SK1302)

Sammanfattning: Fysik A Del 2

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

Föreläsning 6: Polarisation

Tillämpad vågrörelselära FAF260. Svängningar genererar vågor - Om en svängande partikel är kopplad till andra partiklar uppkommer vågor

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Final i Wallenbergs Fysikpris

Sammanfattning Fysik A - Basåret

Tentamen i Fysik för M, TFYA72

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

Tentamen i Fotonik , kl

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

TENTAMEN. Institution: DFM, Fysik Examinator: Pieter Kuiper. Datum: april 2010

Vinkelupplösning, exempel hålkameran. Vinkelupplösning När är två punkter upplösta? FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1. Böjning i en spalt

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

Exempelsamling i Ögats optik

Transkript:

Avbildningskvalitet Föreläsning 1 2: Sfärisk aberration och koma Repetition: brytning och avbildning i sfärisk yta och tunn lins Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv Brytningslagen (Snells lag): sin sin Paraxial approximation (vid små vinklar mätt i radianer, se tabell 3.1 i Optics): sin tan (obs radianer!), De paraxiala avbildningsformlerna: Newtons relation: L, L, F, F anges i dioptrier (=1/meter) och h, h, l, l, f, f, x, x anges i meter. 1

Ovanstående formler gäller samtliga optiska system! (Ex. sfärisk gränsyta, tunna linser, tjocka linser och sammansatta system (om man använder huvudplan)) Styrka för sfärisk yta: Styrka för tunn lins: ä Repetition: strålkonstruktion i tunn lins Strålkonstruktion med tunn lins i luft. Använd minst 2 av följande 3 strålar: Stråle från toppen av objektet som kommer in parallellt med optiska axeln bryts genom / siktandes mot linsens bakre fokalpunkt F Stråle från toppen av objektet som kommer in genom / siktandes mot linsens främre fokalpunkt F kommer ut parallellt med optiska axeln Stråle från toppen av objektet går obruten genom mitten av linsen (OBS gäller endast om det är samma brytningsindex på båda sidor om linsen. Gäller alltså inte sfärisk gränsyta) Se exempel nedan på strålkonstruktionsuppgifter med reella och virtuella objekt för positiva och negativa linser belägna i luft! 2

3

Repetition: avbildning i system av tunna linser = mellanbild 1 L F Avbilda objektet genom första linsen: 1 1 Bilden till första linsen är en mellanbild 1 2 och objekt till andra linsen Avbilda mellanbilden genom andra linsen: 2 2 L L l 2 L F l Repetera för nästa lins. 4

När paraxial approximation inte gäller Använd brytningslagen: sin sin och följ varje stråle, en i taget (görs ofta på dator med strålberäkningsprogram). Exempel: Planokonvex lins i luft nlins = 1,5 nluft= 1 r1 = m r2 = -0.06 m L = 0 D (avlägset objekt) Paraxiala beräkningar: 1,5 1 11,5 0,06 0 8,33 D 8,33 D => 12 cm, (bildavståndet blir detsamma även om vi räknat på tjock lins, varför?) 0 D 8,33 D 8,33 D Följ strålar enligt figuren på nästa sida och använd följande formler för brytningen i linsens andra yta (den krökta): sin, 1cos, sin sin, Stråle nr y [cm] sini i [rad] sini i [rad] s [cm] l m [cm] Paraxial - - - - - - 12 1 2,0 0,333 0,340 0,500 0,524 0,34 10,4 2 3,5 0,58 0,623 0,875 1,06 1,13 6,3 3 5,0 0,83 0,985 1,25 - - - 5

6

Avvikelser från paraxial approximation => Monokromatiska aberrationer. (Det finns också kromatiska aberrationer som beror på dispersion i linsmaterialet, se föreläsn. 7) LA = l -l m = Longitudinell Aberration TA = Transversell Aberration (OBS! felritad i fig 7.9 och 7.10 i Optics) (ekv. 7.9 i Optics) Aberrationen i den planokonvexa linsen ovan kallas Sfärisk aberration. Seidel aberrationer Tredje ordningens aberrationer sin De största monokromatiska aberrationerna i linssystem (rotationssymmetriska system). Sfärisk aberration Koma Bildfältskrökning Astigmatism (sned/radiell) Distorsion Sfärisk aberration (TA~y 3 ) Bildavståndet, l, varierar med höjden (y) som strålen träffar linsen med (Det vanligaste är att randstrålarna bryts för mycket.) Enda aberration för objekt på optiska axeln. Oberoende av läget i bildplanet (oberoende av bildhöjden h ) Ger en cirkulär halo runt bildpunkterna i paraxialt bildplan Växer snabbast med aperturens storlek, y, av alla Seidel aberrationer (TA~y 3, liten öppning ger mindre suddighet) Se figuren på föregående sida för strålkonstruktion vid positiv sfärisk aberration. 7

Hur räknar man ut den sfäriska aberrationen? För en sfärisk, tunn lins i luft gäller: (7.21) (7.9) LA>0 positiv sfärisk aberration Fm>F (vanligt för positiva linser) LA<0 negativ sfärisk aberration Fm<F (vanligt för negativa linser) l = paraxialt bildavstånd l m = randstrålens bildavstånd y = randstrålens höjd F = linsens paraxiala styrka Fm = linsens styrka för randstrålar (h = paraxial bildhöjd) (Formfaktor) (7.19) (Konjugatfaktor) (7.20),,, och är positiva konstanter som minskar med ökande n: (7.22) (7.50) Tabell 7.1 n 1,4 3,79 4,28 1,11 3,06 2,14 1,36 1,5 2,33 3,33 1,08 2,25 1,67 1,33 1,6 1,56 2,71 1,06 1,78 1,35 1,31 1,7 1,11 2,27 1,04 1,48 1,13 1,29 8

Figur 3: Formfaktorer Figur 4: Konjugatfaktorer 9

Hur kan man minska den sfäriska aberrationen? Vänd linsen rätt: Dela upp brytningen mellan ytorna genom att vända den mest krökta ytan mot det planaste fältet Minsta suddighet = TA/4 fås på avståndet ¾LA från paraxialt bildplan i riktning mot bilden för randstrålarna. (Bästa bild framför paraxialt bildplan vid positiv sfärisk aberration.) Om möjligt minska aperturen: Randstrålarna som bryter mest fel tas bort Om möjligt välj högre brytningsindex: Mindre krökta ytor ger mindre aberrationer Om möjligt välj rätt formfaktor: (7.24) Objekt: Bild: Koma (TA~h y 2 ) Figur 5: Koma i tunn lins (negativ koma i detta fall). 10

Förstoringen (m) varierar med höjden (y) som strålen träffar linsen med (vid positiv koma ger randstrålarna mindre förstoring, vid negativ koma ger de större förstoring) Ger kometformade bildpunkter Första aberration som dyker upp för objekt utanför optiska axeln (TA~h ) Växer näst snabbast med aperturens storlek (TA~y 2 liten öppning ger mindre suddighet) Hur räknar man ut koma? 3 2 3 >0 positiv koma Med beteckningar och uträkningar på samma sätt som för sfärisk aberration på förra sidan. Hur minskar man koma? Vänd linsen rätt: Dela upp brytningen mellan ytorna Om möjligt minska aperturen och välj högre brytningsindex Om möjligt välj rätt formfaktor: ingen koma om 0 Objekt: Bild (positiv koma): Bild (negativ koma): 11