Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

оптика / Лабы / 5метода

.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
02.04.2015
Размер:
333.31 Кб
Скачать

Оптика Лабораторная работа № 5

Министерство образования РФ

Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВОВ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2003 г.

Введение.Главная задача любой оптической системы –сформироватьправильноеизображение объекта. Однако задача эта, строго говоря, невыполнима, так как все оптические системы в той или иной степени несовершенны и дают несколько искаженное изображение. Эти искажения называются аберрациями. Аберрации можно разбить на четыре группы.

К первойотносятся погрешности изготовления оптической системы -дефекты полировки, низкое качество стекла, отступление формы поверхности от заданной. Обычно такие аберрации несущественны, так как современная технология изготовления оптических приборов достигла высокой степени совершенства.

Вторая группапогрешностей оптических систем связана с тем, что обычные оптические детали с плоскими и сферическими поверхностями идеально фокусируют только узкие и близкие к оси монохроматические пучки света, составляющие с осью малый угол. Световые же пучки, удаленные от оси или наклоненные к ней под большими углами, образуют искаженное изображение. В тщательно рассчитанных оптических системах этот тип аберрации сведен к минимуму за счет изготовления сложных объективов, представляющих собой набор линз разных сортов стекла с поверхностями различной кривизны. Иногда изготовляются асферические поверхности (параболические, эллиптические и т.д.).

Третью группувходит так называемая хроматическая аберрация, связанная с тем, что оптические стекла имеют показатель преломления, зависящий от длины волны (явление дисперсии). Как следствие фокусное расстояние объектива зависит от длины световой волны, и если для одной длины волны изображение хорошо сфокусировано, то для других длин волн хорошей фокусировки не наблюдается. Этот тип аберрации сводят к минимуму, применяя сложные объективы, состоящие из многих линз.

В четвертую группуаберраций входят искажения изображения, связанные с волновой природой света. Световые волны распространяются прямолинейно лишь в том случае, когда фронт волны ничем не ограничен. Если же на пути света стоят диафрагмы, щели, экраны и другие препятствия, ограничивающие волновой фронт, возникает дифракция – отступления от прямолинейного распространения света, огибание волнами препятствий.

Так как любая оптическая система ограничивает световой пучок, дифракционные искажения свойственны любому оптическому прибору. Таким образом этот тип аберраций носит принципиальный характер и присущ также любому объективу. Если, как это обычно бывает, оправа объектива круглая, то изображение светящейся точки имеет вид круглого пятна, окруженного концентрическими светлыми и темными кольцами (рис. 1).

Таким образом из-за наличия аберраций изображение каждой светящейся точки, образованное объективом, имеет конечные размеры.

Детали изображения, имеющие более мелкую структуру, чем эти размеры, сливаются и становятся неразличимыми или, как говорят, неразрешенными.

Способность объектива создавать раздельные изображения близко расположенных мелких деталей называется разрешающей способностью объектива. За меру угловой разрешающей способности обычно принимают минимальное угловое расстояние а между светящимися точками, которые еще разрешаются объективом. Разрешенными условно считаются точки х1их2(рис. 2), для которых провал в интенсивностиJмежду центральными максимумами, наблюдаемыми на экране, составляет не менее 20% от максимальной интенсивностиJ0 . Чем меньше угол, тем ближе находятся точких1их2друг к другу, тем больше разрешающая способность объектива.

Линейная разрешающая способность характеризует минимальное расстояние dмежду разрешенными точками изображения.

Величины иdсвязаны друг с другом соотношением

,

где F -фокусное расстояние объектива.

Разрешающая способность идеального объектива определяется только дифракцией. В этом случае разрешаются по Релею два удаленных точечных объекта, угловое расстояние между которыми

,

где D -диаметр объектива; -длина волны.

Описание установки.

Для определения разрешающей способности объективов используют установку, принципиальная схема которой, изображена на рис. З.

Установка состоит из осветителя 1,револьверной насадкиСс набором светофильтров, револьверной насадки с эталонными штриховыми мирами 2,коллиматора 3,исследуемого объектива 4и микроскопа 5.Осветитель с лампочкой накаливания 12В питается от сети через понижающий трансформатор,

Объектив коллиматора, в фокусе которого расположена мира, образует параллельные пучки света от каждой точки миры. Угол между этими пучками

,

где L- расстояние между штрихами миры;F -фокусное расстояние объектива коллиматора,F=160 см.

На пути этих пучков ставится исследуемый объектив 4,в фокальной плоскости которого образуется изображение миры. Мира (рис. 4) -это испытательная таблица для определения разрешающей силы объектива. В ней имеется 100заштрихованных квадратиков с возрастающей частотой штриховки. Квадратики сгруппированы четверками, частота штриховки в каждой четверке одинакова, а ориентация различна. Таким образом, каждая мира содержит 25полей с различными частотами штриховки. Первое поле содержит четыре квадратика с самой грубой штриховкой, последнее (двадцать пятое) -четыре квадратика с самой мелкой штриховкой. Всего мир пять, самая крупная № 5.Мира № 4вдвое мельче и т.д.

Расстояния между штрихами миры №Iданы в табл. 1.

Таблица 1

Номер поля

L, мкм

Номер поля

L, мкм

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

5,0

5,3

5,6

5,9

6,3

6,7

7,1

7,4

7,9

8,4

8,7

9,5

10,0

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

10,5

11,2

11,8

12,6

13,3

14,1

14,9

15,8

16,8

17,8

18,9

20,0

Расстояния между соседними штрихами соответствующих полей миры № 2в 2 раза больше, № 3в 4раза, №4в 8 раз, №5 в 16раз больше, чем в мире 1.Наблюдая в микроскоп изображение миры, полученное с помощью исследуемого объектива, необходимо определить, с какого номера поля штрихи в квадратиках сливаются.

Оптическая установка (оптическая скамья) представляет большую материальную ценность. Поэтому при работе на скамье необходимо проявлять осторожность! Экспериментальную работу можно начинать только с разрешения преподавателя. Категорически запрещается касаться пальцами рабочих поверхностей объективов!

Порядок выполнения работы.

1.Включаем осветитель и устанавливаем один из светофильтров.

2. Полностью раскрываем диафрагму, исследуемого объектива.

3.Перемещая микроскоп 5по рельсу оптической скамьи, при непрерывном наблюдении находим изображение миры, которая в данный момент находится против объектива коллиматора. Точно фокусируем изображение винтом плавного хода микроскопа.

4.Замечаем элементы миры, которые можно четко рассмотреть. Если таковых нет, то либо плохо проведена фокусировка, либо необходимо перейти к более крупной мире. Если же все элементы миры вплоть до самых мелких разрешены, то следует перейти к более мелкой мире. Номер миры и номер последнего разрешенного элемента миры записываем в табл.2.

Таблица 2

Красный фильтр

 = 6500 А

Зеленый фильтр

 = 5500 А

Фиолетовый фильтр

 = 4200 А

Номер разрешающего поля

Номер миры

D, мм

экс

теор

Номер разрешающего поля

Номер миры

D, мм

экс.

теор

Номер разрешающего поля

Номер миры

D, мм

экс

теор

5.Повторяем измерения для всех диаметров диафрагм, указанных в таблице, приложенной к установке.

6.Вычисляем по формуле (3)разрешающую силу объектива для данной длины волны при различных диаметрах диафрагмы.

7.Укрепляем на осветителе второй светофильтр и, проделав измерения для всех диаметров, вычисляемэксп, для длины волны, выделяемой этим фильтром.

8.Установив третий фильтр, повторяем все операции, указанные в пп. 3-6.

9.Для всех длин волн и диаметров диафрагмы объектива вычисляемтеор по формуле (2).

10.Результаты измерений и вычисления заносим в табл.2 и на одном чертеже строим графики зависимостиэксп =f(D) итеор=f(D),для каждой длины волны (три графика), чтобы сравнить теоретические расчеты с результатами эксперимента.

20

Соседние файлы в папке Лабы