Geometrisk optik. Laboration



Relevanta dokument
Lösningarna inlämnas renskrivna vid laborationens början till handledaren

Geometrisk optik. Laboration FAFF25/FAFA60 Fotonik 2017

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

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

Ljusets böjning & interferens

Ljusets böjning & interferens

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

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Ljusets böjning & interferens

Instuderingsfrågor extra allt

Optik. Läran om ljuset

Ljusets böjning och interferens

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

Tentamen i Fotonik , kl

Laboration i Geometrisk Optik

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

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Vågrörelselära och optik

LABORATION 2 MIKROSKOPET

Tentamen i Fotonik , kl

Optisk bänk En Virtuell Applet Laboration

Sammanfattning: Fysik A Del 2

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

LABORATION 2 MIKROSKOPET

Ljusets böjning och interferens

Tentamen i Fotonik , kl

OPTIK läran om ljuset

Mikroskopering. Matti Hotokka Fysikalisk kemi

Tentamen i Fotonik , kl

SK1140, Fotografi för medieteknik, HT14

Tentamen Optik, FYSA11,

Tentamen i Fotonik , kl

Aquafloat 7x50 WP Compass

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

Introduktion till begreppet ortsfrekvens

LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

AstroSwedens mikroskopskola - nybörjarmikroskopi. AstroSwedens mikroskopiskola att använda mikroskop

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Vad skall vi gå igenom under denna period?

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

Föreläsning 9 10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

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

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Varje laborant ska vid laborationens början lämna renskrivna lösningar till handledaren för kontroll.

! = 0. !!!"ä !"! +!!!"##$%

2. Spetsen på en symaskinsnål rör sig i en enkel harmonisk rörelse med frekvensen f = 5,0 Hz. Läget i y-led beskrivs alltså av uttrycket

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

TENTAMEN I FYSIK FÖR n1 och BME1 den 19 december 2013

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

Fysik A A B C D. Sidan 1 av 9 henrik.gyllensten@tabyenskilda.se.

Hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Physics Handbook, Mathematics Handbook.

KTH Teknikvetenskap. Foto-lab 1. Fotografering med ateljékamera. Kurs: SK2380, Teknisk Fotografi

Färglära. Ljus är en blandning av färger som tillsammans upplevs som vitt. Färg är reflektion av ljus. I ett mörkt rum inga färger.

LABORATION 6 Astigmatism och Distorsion

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Exempelsamling i Ögats optik

Kort introduktion till POV-Ray, del 1

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i. SK1140, Fotografi för medieteknik. SK2380, Teknisk fotografi , 8-13, FA32

Föreläsning 11 (kap i Optics)

Tentamen i Fotonik , kl

Färgtyper. Färg. Skriva ut. Använda färg. Pappershantering. Underhåll. Felsökning. Administration. Index

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

Figur 6.1 ur Freeman & Hull, Optics

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

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.

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

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Laboration i Geometrisk Optik

Mätning av fokallängd hos okänd lins

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Tentamen i Optik för F2 (FFY091)

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

Gauss Linsformel (härledning)

för M Skrivtid re (2,0 p) används för (2p) (3,0 p) vattenbad?

Exempel på hur man kan bygga enkla former i Illustrator

Grundläggande om kameran

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

Laboration i Fourieroptik

Repetition Ljus - Fy2!!

Frågor av tentakaraktär för Vågor och Partiklar SK1131

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB53

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

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

Tentamen i Våglära och optik för F

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Ljus och strålning. Klass: 9H

Kikaren. Synvinkel. Kepler och Galileikikare. Vinkelförstoring. Keplerkikaren. Keplerkikaren FAF260. Lars Rippe, Atomfysik/LTH 1

Optik 2018 Laborationsinstruktioner Våglära och optik FAFF30+40

Tentamen i Fotonik , kl

Grundläggande om kameran

Våglära och optik FAFF30 JOHAN MAURITSSON

Fokus. Mirjam HY, Hovåsskolan F- 9, Hovås

Tentamen i Fotonik , kl

Kristian Pettersson Feb 2016

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

Att måla med ljus - 3. Slutare och Bländare - 4. Balansen mellan bländare och slutartid - 6. Lär känna din kamera - 7. Objektiv - 9.

Föreläsning 9-10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

LJ-Teknik Bildskärpa

Assistent: Markku Jääskeläinen Laborationen utfördes: 23 februari 2000

Transkript:

... Laboration Innehåll 1 Förberedelseuppgifter 2 Laborationsuppgifter Geometrisk optik Linser och optiska instrument Avsikten med laborationen är att du ska få träning i att bygga upp avbildande optiska system, såsom enkla kikare och mikroskop. Redogörelsen Du ska inte skriva en laborationsredogörelse, istället redovisar du dina resultat i det förtryckta svarshäftet. Förberedelser Läs i Våglära och optik, Jönsson/Nilsson om Avbildning med tunna linser (sid 219 225) Ögat (sid 260 262) Färg och färgseende (sid 263) Additiv- och subtraktiv färgblandning (sid 264 265) Glasögon (sid 268 271) Kameran (sid 271 277) Vinkelförstoring (sid 282 283) Förstoringsglas (sid 283 284) Mikroskopet (sid 284 286) Kikare (sid 286 290) Läs igenom laborationshandledningen och lös förberedelseuppgifterna. Lösningarna lämnar du renskrivna vid laborationens början till handledaren. 1

Geometrisk optik Förberedelseuppgifter 1. Digitalkamera. En digitalkamera har ett objektiv med brännvidden 10 mm. Bildsensorn, dvs den ljuskänsliga delen i kameran, har bildelement med storleken 7,5 µm x 7,5 µm. En testkarta med en mängd olika tätt liggande linjepar (se figuren) befinner sig 1,0 m från objektivet. Hur smala kan de svarta strecken (på testkartan) vara om de ska kunna upplösas av digitalkameran? Observera att i det här fallet begränsas upplösningen enbart av bildelementens storlek. Svar: 0,74 mm Figur 1 Testkarta som används för att mäta upplösningen hos digitalkameran. Notera att ett linjepar alltid består av en svart och en vit linje 2. Positiv lins. Brännvidden för en positiv lins kan bestämmas på följande sätt. Om avståndet L mellan objekt och bild är större än 4 f så finns det två linsplaceringar som ger skarp bild. Kalla avståndet mellan linsens två möjliga placeringar d (se figuren). Med hjälp av L och d kan f bestämmas. Visa att L d f = 4 L 2 2 Ledning: Skriv ner Gauss linsformel med hjälp av f, a 1 och b 1. Eftersom b 2 = a 1 (av symmetriskäl, se figuren) blir L = 2 a 1 + d. Notera också att b 1 = L a 1. 3. Tunn lins. En positiv lins är uppställd på en optisk bänk. Om optiska axeln är en x-axel så är den positiva linsen placerad vid x = 0 mm. Bilden från den positiva linsen finns då vid x = 1200 mm. Om nu en lins L 2 placeras vid x = 1000 mm kommer bilden från L 1 att avbildas vidare och slutbilden hamnar vid x = 1400 mm. Bestäm brännvidden hos lins L 2. Svar: - 400 mm 2

4. Bildsensor/element. För att bestämma bildsensorns och bildelementens storlek i en digitalkamera fotograferades två korsade linjaler med zoomobjektivets brännvidd inställd på 17,5 mm. Avståndet mellan objektivet och linjalerna var 365 mm. När man tittade på bilden syntes 115 mm av den horisontella linjalen och 86 mm av den vertikala. Behandla objektivet som en tunn lins och lös följande uppgifter. a) Hur långt ifrån objektivets brännpunkt ska bildsensorn sitta om bilden ska bli skarp? b) Hur stor är kamerans bildsensor? c) Kameran har 4,0 miljoner kvadratiska bildelement. Hur stor sida har bildelementen? Svar: a) 0,9 mm b) 4,33 mm x 5,79 mm c) 2,50 µm. Figur 2 Överst: Två korsade linjaler. Nederst: Digitalkamerans bild av de två korsade linjalerna. 3

Geometrisk optik Laborationsuppgifter Uppgifterna 1 och 2 genomförs vid de långa optiska bänkarna medan uppgifterna 3, 4 och 5 genomförs vid de korta. 1. Undersökning av tunna positiva linser a) Placera en ljuskälla, ett föremål, linsen märkt L 1 samt en skärm på den optiska bänken. Se till att avståndet mellan föremål och skärm är större än 1 meter. Skapa en skarp bild av föremålet på skärmen. Notera att det finns två möjligheter ett projektorläge och ett kameraläge. Använd projektorläget och mät de sträckor som behövs för att bestämma L 1:s brännvidd f 1 och avbildningens lateralförstoring M. b) Bestäm brännvidden med metoden som beskrivs i förberedelseuppgift 2. Notera att d är just avståndet mellan linsens projektor- och kameraläge. c) Använd valfri metod för att bestämma brännvidd och brytningsstyrka på en av de positiva glasögonlinserna. d) Beräkna avståndet a + b uttryckt i linsen L 1:s brännvidd när lateral-förstoringen M = 1. Kontrollera resultatet med hjälp av den optiska bänken. 2. Undersökning av tunna negativa linser a) Bestäm brännvidden f 2 på lins L 2 med hjälp av linsen L 1 enligt metoden som används i förberedelseuppgift 3. b) Bestäm brännvidden och brytningsstyrkan på någon av de negativa glasögonlinserna. 3. Galileikikaren a) Bygg med hjälp av lämpliga linser en Galileikikare (teaterkikare) med vinkelförstoringen G = 3. Normalställ kikaren genom att beräkna kikarlängden L för de linser du valt, och ställ in detta avstånd mellan objektiv och okular. Titta på väggkartan med strecken. Kikaren behöver säkert justeras något eftersom avståndet till väggen inte är särskilt långt. Försök se på strecken med båda ögonen öppna (dvs genom kikaren och bredvid) och kontrollera på så vis att vinkelförstoringen verkligen är 3 gånger. Rita strålgången genom din normalställda teaterkikare i svarshäftet. b) Bygg med hjälp av samma linser som i a-uppgiften en kikare med vinkelförstoringen G = 1/3. I vilka sammanhang används denna typ av kikare? 4

4. Keplerkikaren a) Bygg med hjälp av lämpliga linser en Keplerkikare med vinkelförstoringen G = 4. Normalställ kikaren genom att beräkna kikarlängden L för de linser du valt, och ställ in detta avstånd mellan objektiv och okular. Justera linsavstånden så att strecken på väggkartan syns skarpt. Försök se på strecken både genom kikaren och bredvid och kontrollera på så vis att vinkelförstoringen verkligen är 4 gånger. Rita strålgången genom din normalställda Keplerkikare i svarshäftet. Vad skiljer framför allt Keplerkikaren från Galileikikaren? b) Nu ska du med hjälp av tre positiva linser med brännvidderna 50 mm, 100 mm och 200 mm bygga en terresterkikare, dvs en Kepler-kikare med en bildvändarlins (M = 1) i mitten. Börja med att beräkna avstånden och gör kikaren så kompakt som möjligt! 5. Mikroskopet Bygg ett normalställt mikroskop med hjälp av två positiva linser med brännvidderna 50 mm och 100 mm. Tublängden (avståndet mellan objektivets och okularets brännpunkter) ska vara 160 mm. Beräkna mikroskopets förstoring och kontrollera att svaret är rimligt genom att använda mikroskopet. Använd en belyst mattglasskiva som föremål och justera mikroskopbilden genom att flytta på föremålet. 6. Digitalkameran a) Bestäm, med hjälp av metoden i förberedelseuppgift 4, hur stor bildsensorn i en digitalkamera är. b) Beräkna bildelementens storlek. Du får förutsätta att dessa är kvadratiska. 7. Färgsammansättning hos bilder på skärm och bilder i tryck a) I mappen Geometrisk optik finner du ett foto som heter Laos. Öppna bilden i programmet PhotoShop. Använd en lupp för att studera bilden på skärmen. Vilka färger avger bildskärmen? Beskriv färginnehållet i ett vitt, ett svart och ett gult område på fotot. b) Öppna bilden Färger i PhotoShop. Analysera färginnehållet i respektive fält med hjälp av pipettverktyget. Hämta pipetten (från verktygen) och klicka med denna på den färg du vill analysera. Färgens tre färgkoordinater R, G och B anges då. I ett helrött område är R = 255, G = 0 och B = 0. Här lyser alltså alla röda punkter med maximal intensitet medan alla gröna och blåa punkter är släckta (minimal intensitet är alltså 0.) 5

Geometrisk optik Vad kallas de tre färgerna i mittenraden och hur är de uppbyggda? c) Studera en sedel och en tryckt tidningsbild med hjälp av en lupp. Av vilka färger är bilderna uppbyggda? Hur trycks en sedel respektive en tidning? 6