Optomechatronika - Laboratorium

Ćwiczenie 2

ODPOWIEDŹ IMPULSOWA I FUNKCJA PRZENOSZENIA UKŁADU OPTYCZNEGO

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zbadanie jakości odwzorowania układu optycznego.

2. Przebieg ćwiczenia.

Ćwiczenie rozpoczęło się od wyznaczenia minimalnej wartości kontrastu, przy której możliwe jest zaobserwowanie plamek dyfrakcyjnych:

gdzie: I_min - minimalna wartość natężenia obrazu

I_max - maksymalna wartość natężenia obrazu

Powyższe wartości odczytano z wykresu intensywności obrazu.

Następnie zaobserwowano plamki dyfrakcyjne w różnych układach optycznych symulowanych przez program Photonics Laboratory:

- plamka Airy dla układu doskonałego z soczewką kołową

- plamka dla układu z aberracją sferyczną

Zjawisko to polega na odmiennych długościach ogniskowania promieni świetlnych ze względu na ich położenie pomiędzy środkiem a brzegiem urządzenia optycznego - im bardziej punkt przejścia światła zbliża się ku brzegowi urządzenia, tym bardziej uginają się promienie świetlne. Każda rzeczywista soczewka ma skończoną grubość i występuje w niej aberracja sferyczna, zależna od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest zrobiona. Efektem tego rodzaju aberracji jest spadek ostrości obrazu w całym polu widzenia. W obiektywach aberracja ta zmniejsza się wraz ze wzrostem przysłony.

- plamka dla układu z aberracją komy

Zjawisko to polega na tym, że wiązka promieni świetlnych wychodząca z punktu położonego poza osią optyczną tworzy po przejściu przez układ plamkę w kształcie przecinka lub komety. Stopień zniekształcenia jest tym większy im dalej od osi optycznej układu znajduje się źródło światła. Aberracja komy jest typowym zniekształceniem dla zwierciadła parabolicznego.

- plamka dla układu z aberracją astygmatyzmu

Zjawisko polegające na tym, że promienie padające w dwóch prostopadłych płaszczyznach są ogniskowane w różnych punktach. Wywołuje obraz nieostry i zniekształcony.

Dla każdej z zaobserwowanych plamek odczytano wartość częstości przestrzennych, dla minimalnej wartości kontrastu wyliczonej na początku ćwiczenia.

Aberracja	plamka Airy	sferyczna	komy	astygmatyzmu
częstość przestrzenna	300	165	315	309

W kolejnej części ćwiczenia zbadano rzeczywisty układ optyczny, którego schemat zamieszczono poniżej.

Za pomocą programu Photonics Laboratory zarejestrowano powstałą plamkę dyfrakcyjną, w której można było zaobserwować aberrację sferyczną i niewielką aberrację komy. Po usunięciu szumów odczytano maksymalną wartość zdolności rozdzielczej obiektywu wynoszącą 63 l/mm.

Badany układ w porównaniu z układem doskonałym, charakteryzuje się dużo mniejszą zdolnością rozdzielczą, gdyż występujące prążki dyfrakcyjne wpływają znacząco na pogorszenie jakości obrazu.

Określenie przydatności układu do wyświetlania slajdów o przekątnej 35mm na ekranie 2000x2000mm.

Naszym zdaniem powyższy układ nadaje się do wyświetlania slajdów, gdyż jego zdolność rozdzielcza (63 l/mm) pozwala na rozróżnienie szczegółów o wielkości 1,3mm na ekranie.

Biorąc pod uwagę wielkość ekranu (2x2m), można założyć, że slajdy będą oglądane z dość dużej odległości, wtedy ich wyrazistość będzie wystarczająca.

WYKONALI:

Grzegorz Drągowski

Paweł Trzewik

Krzysztof Żebrowski

Grupa 24. Zespół B3.

---