Современные оптические приборы: Современные оптические приборы

Содержание

Современные оптические приборы

К оптическим приборам относятся устройства, преобразующие (пропускающие, отражающие, преломляющие) видимый свет. Они предназначаются для увеличения изображения, которое находится на отдаленном расстоянии, или детального изучения малогабаритных объектов в любое время суток.

История применения оптических приборов начинается с XIII века. В Италии впервые стали пользоваться подобными изобретениями. С того времени популярность оптических приборов растет, они распространяются по всему миру. С развитием науки и техники начали появляться многочисленные разновидности устройств. Сегодня людям доступна возможность изучать дальние объекты и мельчайшие предметы. Многие виды оптических приборов доступны человеку для повседневного использования.

Разновидности оптических приборов

Оптические приборы подразделяются на несколько групп, в зависимости от предназначения, модификации и технических параметров. Рассмотрим подробнее основные из них.

• Оптические бинокли используются для наблюдений. При этом процессе будут задействованы оба глаза. Стереоскопический эффект, который присутствует в приборах, помогает вести наблюдение без нагрузки на глаза. Это гораздо удобнее, чем пользоваться тем же монокуляром, когда наблюдение идет с помощью одного глаза. Можно приобрести как простой театральный, так и мощный профессиональный бинокль Veber БПЦ, способный исследовать мельчайшие детали объектов на удаленном расстоянии. Бинокли классифицируются в зависимости от того предназначены они для использования днем или в темное время суток. Бинокли ночного видения работают по принципу усиления светового потока в несколько раз. С недавнего времени в продаже появились усовершенствованные приборы для наблюдения ночью или условиях с пониженной освещенностью. Благодаря им возникла возможность вести наблюдения практически в любое темное время суток.

• Подзорные трубы. Нужно понимать, что подзорная труба необходима для наблюдения за отдаленными и мельчайшими предметами и ориентирами. Подзорные трубы подразделяются на крупногабаритные модификации со значительной светосилой и небольшие модели, которые можно разместить в кармане. Они отличаются низкой кратностью фокусировки.

• Оптические прицелы относятся к приборам, которые могут быть закреплены непосредственно на оружии. Предназначены для улучшенной фокусировки на мишени. Прицелы могут быть дневными, существуют также коллиматорные и даже для использования ночью. Из названия понятно, что первые используют при свете дня, а последний необходим для того, чтобы увидеть мишень в полной темноте.

• Оптический монокуляр. Это прибор, состоящий из окуляра, а также единственного объектива. Он используется для увеличения размеров качественного изображения. Преимущества монокуляра – его компактные размеры и точность передачи деталей объектов. Приборы бывают дневные и ночные.

• Оптические микроскопы и лупы. Используются для многократного увеличения изображения в процессе изучения определенных предметов. Чаще всего они применяются в лабораторных условиях, для медицинских, биологических и других исследований.

• Телескопы и прочие оптические приборы.

Оптимальное устройство найдется как для любительского наблюдения за звездами, так и для профессионального исследования веществ в лаборатории.

Назначение и области применения оптических приборов

Оптические приборы — устройства в которых происходит преобразование (пропускание, отражение, преломление) видимого света. Предназначены для получения увеличенного изображения сильно удаленных, либо малоразмерных объектов и применяются для более удобного рассмотрения тех или иных предметов в дневное и ночное время. Они могут увеличивать, уменьшать, улучшать качество изображения, или давать возможность увидеть искомый предмет косвенно.

Широкое применение оптические приборы получили уже примерно в 1280-х годах в Италии. С тех пор человечество неразрывно связано со своими изобретениями — оптическими приборами, непрерывно совершенствуемыми и позволяющими человеку заглянуть далеко за горизонт или наоборот — в микромир, то есть туда, где невооружённым глазом уже ничего не увидишь. Сравнительно недавно разрабатываются оптические приборы ночного видения: ночные монокуляры, бинокли ночного видения, охотничьи прицелы ночного видения, позволяющие видеть практически в полной темноте. И сегодня такие приборы также доступны для бытового применения.

Исходя из их назначения, конструкции и технических характеристик, оптические приборы можно разделить на основные группы:

• Оптический бинокль.
Бинокль позволяет наблюдать за удаленными объектами, используя оба глаза. Из-за стереоскопического эффекта существенно повышается удобство и информативность наблюдения и снижается утомляемость глаз по сравнению с наблюдением одним глазом. Различают дневные и ночные оптические бинокли. Используя принцип многократное усиление света, попавшего в диапазон, открытый для глаза смотрящего, бинокль ночного видения позволяет вести наблюдение ночью и в условиях недостаточной освещенности. Если, в условиях сумерек или ночной мглы Вы хотите не только смотреть на что-то, но еще и осуществлять какие-то действия, Вам помогут очки ночного видения.

Наличие в конструкции очков специальной маски, которая позволяет закрепить прибор на голове наблюдателя, позволяет вести наблюдение и одновременно что-то делать руками, которые остаются свободными.

• Оптический прицел.
Прицел — прибор, который закрепляется на огнестрельном оружии для лучшего наведения оружия на цель. Различают дневные, коллиматорные и ночные оптические прицелы, из которых первые два предназначены для использования в светлое время суток, а прицел ночного видения позволяет вести стрельбу ночью. Дневной оптический прицел представляет собой телескопическую систему, наподобие зрительной трубы, закрепленную на оружии, в одной или нескольких плоскостях изображений которой нанесены специальные метки (сетка) предназначенные для наведения оружия на цель. Как видно уже из самого этого названия, коллиматорный прицел оснащен особым оптическим устройством — коллиматором. Использование в конструкции прицела коллиматора обеспечивает высокую скорость прицеливания, раза в 2-3 больше, чем у простых оптических прицелов.

На оружии прицелы закрепляются с помощью специальных крепежных приспособлений – кронштейнов, планок, колец и т.д. Широко используется на оружии также подствольный фонарь для охоты и лазерный целеуказатель. Подствольный фонарь предназначен для обнаружения и освещения цели при наблюдении, осмотре и ведении стрельбы из стрелкового охотничьего оружия в ночных условиях и в условиях ограниченной видимости. В качестве источника света в оружейном фонаре применяется оптический модуль с полупроводниковым сверх ярким светодиодом ярко белого свечения или оптического модуля с ксеноновой лампой. Лазерный целеуказатель предназначен для формирования на цели светового пятна, совмещенного со средней точкой прицеливания оружия, в условиях недостаточной освещенности днем и в сумерках.

• Оптический монокуляр.
Монокуляры имеют один окуляр и один объектив. Отсюда, собственно, и название: "моно" — значит "один". Уступая по качеству изображения биноклям, монокуляры имеют существенное преимущество в размерах по сравнению с ними. Монокуляры обычно применяют, когда необходима минимальная масса прибора при достаточном увеличении и высоком качестве изображения, и при этом допустимо некоторое снижение удобства наблюдения по сравнению с соответствующим биноклем. Также как и бинокли, выпускаются ночные монокуляры для наблюдения в темное время суток, в том числе и комплекте с маской.

• Зрительная (подзорная) труба.
Основное назначение зрительных труб — это наблюдение за сильно удаленными или малоразмерными объектами с максимально возможным увеличением. Среди зрительных труб редко можно встретить модели с большим диаметром выходного зрачка и большой светосилой, у большинства приборов эти показатели минимизированы, и на первый план выходит такая характеристика как высокая кратность. Большинство зрительных труб, кроме компактных «карманных» моделей с небольшой кратностью, имеют крепление на штатив.

• Оптический телескоп.
Телескоп предназначен для наблюдения удаленных объектов ночного неба. Все существующие телескопы по конструкции можно разделить на две большие группы: зеркальные (рефлекторы) и линзовые (рефракторы). Основные характеристики телескопов: диаметр объектива и увеличение. Чем больше диаметр объектива, тем больше света он соберет, и тем более слабые объекты станут в него видны. Наиболее сложные модели телескопов имеют автоматический привод, позволяющий отслеживать объекты вслед за их перемещением по ночному небу. Комплектуются штативами, так-как наблюдение "с рук" в телескоп невозможно.

• Оптический микроскоп и лупа.
Микроскоп (от греческих слов "маленький" и "смотрю") — оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений того или иного объекта с целью изучения этого объекта. Микроскоп применяется, главным образом, в лабораториях ученых — медиками, биологами и т.д. При помощи микроскопа конструкторы определяют форму, размеры и многие другие параметры для каких-нибудь микроэлементов сложного технического устройства.

• Лазерный дальномер.
Лазерный дальномер — это электронно-оптический прибор, применяемый для измерения расстояний до объектов. Можно измерить расстояние до любого предмета на местности, находящегося в прямой видимости, с погрешностью около одного метра. Лучше всего производится измерение дальности до крупных объектов с высокой отражающей способностью, хуже всего — до мелких объектов интенсивно поглощающих лазерное излучение. Лазерный дальномер может быть выполнен в виде монокуляра или бинокля с увеличением от 2 до 7 крат. Некоторые производители встраивают дальномеры в другие оптические приборы, например в оптические прицелы.

Оптические приборы и оптическая система - Лихтер

Современные оптические системы

Оптическая система

Тонкая линза представляет простейшую оптическую систему. Простые тонкие линзы применяются главным образом в виде стекол для очков. Кроме того, общеизвестно применение линзы в качестве увеличительного стекла.

Действие многих оптических приборов - проекционного фонаря, фотоаппарата и других приборов - может быть схематически уподоблено действию тонких линз. Однако тонкая линза дает хорошее изображение только в том сравнительно редком случае, когда можно ограничиться узким одноцветным пучком, идущим от источника вдоль главной оптической оси или под большим углом к ней. В большинстве же практических задач, где эти условия не выполняются, изображение, даваемое тонкой линзой, довольно несовершенно. Поэтому в большинстве случаев прибегают к построению более сложных оптических систем, имеющих большое число преломляющих поверхностей и не ограниченных требованием близости этих поверхностей (требование, которому удовлетворяет тонкая линза).

Рис. 3.24. Классификация линз и особенности преломления лучей; а - собирающая линза; б - рассеивающая линза.

Фотографический аппарат

Оптический прибор, предназначенный для получения фотографических снимков находящихся перед ним предметов, называют фотографическим аппаратом. Он состоит из светопроницаемой камеры К (рис. 3.25) с подвижной передней стенкой, в которой находится объектив О.

При фотографировании предмета АВ сначала с по­мощью перемещения объ­ектива на задней стенке аппарата получают резкое изображение предмета A1

B1. Затем объектив закрывается и на зад­ней стенке фотоаппарата помещается пластинка или пленка П, покрытая светочувствительным слоем. Затем объектив открывается на определенное время, называемое выдержкой. При этом на светочувствительном слое под действием света происходит химиче­ская реакция и возникает скрытое изображение предмета.

Рис. 3.25. Схема фотоаппарата.

После проявления и закрепления с помощью специальных со­ставов изображение на пластинке или пленке становится видимым. На полученном изображении светлые места предметов оказываются темными, а темные - светлыми и прозрачными, поэтому такое изоб­ражение называют негативом. Для получения обыкновенно­го фотоснимка, который называют позитивом, на негатив накладывают светочувствительную бумагу и освещают его так, чтобы лучи попадали на бумагу сквозь негатив. Через некоторое время на бумаге возникают скрытое изображение предмета. После проявления и закрепления на ней получается уже обычная фотогра­фия предмета. С одного негатива можно получить много позитивов, т. е. фотоснимков.

Рис. 3.26. Схема фотоувеличителя

Для «засвечивания» фотобумаги обычно используют фотоувеличитель (рис. 3.26).

Глаз как оптическая система

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют со­бой почти совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека - это шарообразное тело диаметром око­ло 2,5 см, которое называют глазным яблоком (рис.3.27). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть - роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против ро­говицы сосудистая оболоч­ка переходит в радуж­ную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы каме­рой с прозрачной водяни­стой массой.

Рис. 3.27. Схема строения глаза

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может из­меняться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при сла­бом освещении - увеличивается. Внутри глазного яблока за ра­дужной оболочкой расположен хрусталик, который представ­ляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольце­вая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое. Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то на сетчатке получается изображение далеких предметов. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе 6 м от глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее  до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, «наводка на фокус» глаза человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы. Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения предметов, находящих на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио» - приспособление). При рассматривании очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность.

Аккомодация глаза не бесконечна. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предмета расплывается.

Глаза человека позволяют хорошо видеть предметы не только при дневном освещении. Способность глаза приспосабливаться к различной степени раздражения окончаний светочувствительного нерва на сетчатке глаза, т.е. к различной степени яркости наблюдаемых объектов называют адаптацией.

Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называется конвергенцией. Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при переводе  глаз с одного предмета на другой расстояние между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положение предмета. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно, и человек не может даже определить, движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.

Оптические системы, вооружающие глаз

Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу, в нем можно все же найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления, т.е. точку, играющую роль оптического центра. Оптический центр глаза  находится внутри хрусталика вблизи задней его поверхности. Расстояние h от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нормального глаза 15 мм.

Зная положение оптического центра, можно легко построить изображение какого-либо предмета на сетчатой оболочке глаза. Изображение всегда действительное, уменьшенное  и обратное (рис.3.28,а). Угол φ, под  которым  виден предмет S1S2 из оптического центра О, называется углом зрения.

Сетчатая оболочка имеет сложное строение и состоит из отдельных светочувствительных элементов. Поэтому две точки объекта, расположенные настолько близко друг к другу, что их изображение на сетчатке попадают в один и тот же элемент, воспринимаются глазом, как одна точка. Минимальный угол зрения, под которым две светящихся точки или две черные точки на белом фоне воспринимаются глазом ещё раздельно, составляет приблизительно одну минуту. Глаз плохо распознает детали предмета, которые он видит под углом менее 1". Это угол, под которым виден отрезок, длина которого 1 см на расстоянии 34 см от глаза. При плохом освещении (в сумерках) минимальный угол разрешения повышается и может дойти до 1º.

Рис. 3.28. Коррекция изображения рассматриваемых предметов: а - угол зрения φ = =S1'S2'/h = S1S2/D

Рис. 3.28. Коррекция изображения рассматриваемых предметов: б - при увеличении угла зрения увеличивается изображение рассматриваемого предмета на сетчатке; N = b' / b = φ' / φ

Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зрения и, следовательно, получаем возможность лучше различать мелкие детали. Однако очень близко к глазу приблизить мы не можем, так как способность глаза к аккомодации ограничена. Для нормального глаза наиболее благоприятным для рассматривания предмета оказывается расстояние около 25 см, при котором глаз достаточно хорошо различает детали без чрезмерного утомления. Это расстояние называется расстоянием наилучшего зрения. Для близорукого глаза это расстояние несколько меньше, поэтому близорукие люди, помещая рассматриваемый предмет ближе к глазу, чем  люди с нормальным зрением  или дальнозоркие, видят его под большим углом зрения и могут лучше различать мелкие детали.

Значительное увеличение угла зрения достигается с помощью оптических приборов.  По своему назначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на следующие большие группы.

1. Приборы, служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа, микроскоп). Эти приборы как бы «увеличивают» рассматриваемые предметы.
2. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба, бинокль, телескоп и т. п.). Эти приборы как бы «приближают» рассматриваемые предметы.

Благодаря увеличению угла зрения при использовании оптического прибора размер изображения предмета на сетчатке увеличивается по сравнению с изображением в невооруженном глазе и, следовательно, возрастает способность распознавания деталей. Отношение длины b на сетчатке в случае вооруженного глаза b' к длине изображения для невооруженного глаза b (рис.3.28,б) называется увеличением оптического прибора.

Из рис. 3.28б видно, что увеличение N равно также отношению угла зрения φ' при рассматривании предмета через инструмент к углу зрения φ для невооруженного глаза, ибо φ' и φ невелики. Итак,

Принимая во внимание, что через лупу рассматривают обычно мелкие детали и поэтому углы γ и β малы, можно тангенсы заменить углами. Таким образом, получится следующее выражение для увеличения лупы

N= =.

Следовательно, увеличение лупы пропорционально 1/F , то есть её оптической силе.

Микроскоп

Прибор, позволяющий получить большое увеличение при рассматривании малых предметов, называется микроскопом.

Простейший микроскоп состоит из двух собирающих линз. Очень короткофокусный объектив  L1 даёт сильно увеличенное действительное изображение предмета P'Q' (рис. 3.30), которое рассматривается окуляром, как лупой.

Обозначим линейное увеличение, даваемое объективом, через N1, а окуляром через N2, это значит, что

и ,

где P'Q' - увеличенное действительное изображение предмета;

PQ - размер предмета;

P''Q'' - увеличенное мнимое изображение предмета;

N1 - линейное увеличение объектива;

N2 - линейное увеличение окуляра.

Перемножив эти выражения, получим

,

Рис. 3.30. Схема простейшего микроскопа

Отсюда видно, что увеличение микроскопа равно произведению преувеличений, даваемых объективом и окуляром в отдельности. Поэтому возможно построить инструменты, дающие очень большие увеличения - до 1000 и даже больше. В хороших микроскопах объектив и окуляр - сложные.

Окуляр обычно состоит из двух линз, объектив же гораздо сложнее. Желание получить большие увеличения заставляют употреблять короткофокусные линзы с очень большой оптической силой. Рассматриваемый объект ставится очень близко от объектива и дает широкий пучок лучей, заполняющий всю поверхность первой линзы. Таким образом, создаются очень невыгодные условия для получения резкого изображения: толстые линзы и нецентральные лучи. Поэтому для исправления всевозможных недостатков приходится прибегать к комбинациям из многих линз различных сортов стекла.

В современных микроскопах теоретический предел уже почти достигнут. Видеть в микроскоп можно и очень малые объекты, но их изображения представляются в виде маленьких пятнышек, не имеющих никакого сходства с объектом.

При рассматривании таких маленьких частиц пользуются так называемым ультрамикроскопом, который представляет собой обычный микроскоп с конденсором, дающим возможность интенсивно освещать рассматриваемый объект сбоку, перпендикулярно оси микроскопа.

С помощью ультрамикроскопа удаётся обнаружить частицы, размер которых не превышает миллимикронов.

Зрительные трубы

Простейшая зрительная труба состоит из двух собирающих линз. Одна линза, обращенная к рассматриваемому предмету, называется объективом, а другая, обращенная к глазу наблюдателя - окуляром.

Ход лучей в зрительной трубе показан на рис. 3.31.

Рис. 3.31. Ход лучей в зрительной трубе

Объектив L1 дает действительное обратное и сильно уменьшенное изображение предмета P1Q1, лежащее около главного фокуса объектива. Окуляр помещают так, чтобы изображение предмета находилось в его главном фокусе. В этом положении окуляр играет роль лупы, при помощи которой рассматривается действительное изображение предмета.

Рис. 3.32. Угловое увеличение зрительной трубы

Действие трубы, так же как и лупы, сводится к увеличению угла зрения. При помощи трубы обычно рассматривают предметы, находящиеся на расстояниях, во много раз превышающих её длину. Поэтому угол зрения, под которым предмет виден без трубы, можно принять угол  2β, образованный лучами, идущими от краев предмета через оптический центр объектива.

Изображение видно под углом 2γ и лежит почти в самом фокусе F объектива и в фокусе  F1 окуляра.

Рассматривая два прямоугольных треугольника с общим катетом Z' , можем написать:

,

где 2γ - угол, под которым видно изображение предмета;

2β - угол зрения, под которым виден предмет невооруженным глазом;

F - фокус объектива;

F1 - фокус окуляра;

Z' - половина длины рассматриваемого предмета.

Углы β и γ невелики, поэтому можно с достаточным приближением заменить tgβ и tgγ углами и тогда увеличение трубы

N=,

где  2γ - угол под которым видно изображение предмета;

2β - угол зрения, под которым виден предмет невооруженным глазом;

F - фокус объектива;

F1 - фокус окуляра.

Угловое увеличение трубы определяется отношением фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Чтобы получить большое увеличение, надо брать длиннофокусный объектив и короткофокусный окуляр.

Проекционные устройства

Для показа зрителям на экране увеличенного изображения рисунков, фотоснимков или чертежей применяют проекционный аппарат. Рисунок на стекле или на прозрачной пленке называют диапозитивом, а сам аппарат, предназначенный для показа таких рисунков, - диаскопом. Если аппарат предназначен для показа непрозрачных картин и чертежей, то его называют эпископом. Аппарат, предназначенный для обоих случаев, называется эпидиаскопом.

Линзу, которая создает изображение находящегося перед ней предмета, называют объективом. Обычно объектив представляет собой оптическую систему, у которой устранены важнейшие недостатки, свойственные отдельным линзам. Чтобы изображение предмета было хорошо видно зрителям, сам предмет должен быть ярко освещен.

Рис. 3.33. Схема проекционного устройства

Схема устройства проекционного аппарата показана на рис.3.33.

Источник света S помещается в центре вогнутого зеркала (рефлектора) Р. свет идущий непосредственно от источника  S и отраженный от рефлектора Р, попадает на конденсор К, который состоит из двух плосковыпуклых линз. Конденсор собирает эти световые лучи на объективе О, который уже направляет их на экран Э, где получается изображение диапозитива Д. Сам диапозитив помещается между главным фокусом объектива и точкой, находящейся на расстоянии 2F от объектива. Резкость изображения на экране достигается перемещением объектива, которое часто называется наводкой на фокус.

Спектральные аппараты

Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом.

Наиболее распространенный призматический спектроскоп состоит из двух труб, между которыми помещают трехгранную призму  (рис. 3.34).

Рис. 3.34. Спектроскоп

В трубе А, называемой коллиматором, имеется узкая щель, ширину которой можно регулировать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которого необходимо исследовать. Щель располагается в фокальной плоскости коллиматора, и поэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму, световые лучи направляются в трубу В, через которую наблюдают спектр. Если спектроскоп предназначен для измерений, то на изображение спектра с помощью специального устройства накладывается изображение шкалы с делениями, что позволяет точно установить положение цветовых линий в спектре.

При исследовании спектра часто бывает целесообразней сфотографировать его, а затем изучать с помощью микроскопа. Прибор для фотографирования спектров называется спектрографом.

Схема спектрографа показана на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Спектрограф

Спектр излучения с помощью линзы Л2 фокусируется на матовое стекло АВ, которое при фотографировании заменяют фотопластинкой.

Оптический измерительный прибор

Оптический измерительный прибор - средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого предмета с визирной линией, перекрестием и т.п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия. Различают три группы оптических измерительных приборов: приборы с оптическим принципом визирования и механическим способом отчета перемещения; приборы с оптическим способом визирования и отчета перемещения; приборы,  имеющие механический контакт с измерительным прибором,  с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой группы распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры.

Наиболее распространенный прибор второй группы - универсальный измерительный микроскоп, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп - на поперечной.

Приборы третьей группы применяют для сравнения измеряемых линейных величин с мерками или шкалами. Их объединяют обычно под общим названием компараторы. К этой группе приборов относятся оптиметр, оптикатор, измерительная машина, контактный интерферометр, оптический дальномер и др.

Оптические измерительные приборы также широко распространены в геодезии  (нивелир, теодолит и др.).

Теодолит - геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографической  и маркшейдерских съемках, в строительстве и т.п.

Нивелир - геодезический инструмент для измерения превышений точек земной поверхности - нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т. п. работах.

В навигации широко распространён секстант - угломерный зеркально-отражательный инструмент для измерения высот небесных светил над горизонтом или углов между видимыми предметами с целью определения координат места наблюдателя. Важнейшая особенность секстанта - возможность совмещения в поле зрения наблюдателя одновременно двух предметов, между которыми измеряется угол, что позволяет пользоваться секстантом на самолёте и на корабле без заметного снижения точности даже во время качки.

Перспективным направлением в разработке новых типов оптических измерительных приборов является оснащение их электронными отсчитывающими устройствами, позволяющими упростить отсчет показаний и визирования, и т.п.

Материал по теме:

Оптические приборы

Разного рода оптические приборы позволили людям совершить множество разных открытий. С их помощью люди обнаружили существование микроорганизмов и открыли большинство известных нам ныне небесных тел. Не говоря уже о том, что миллионы людей ежедневно используют оптические приборы. История их появления в материале «Diletant.media» и «Ростеха».

Предыстория

Одним из первых оптические прибор использовал великий физик античных времен Архимед. Историю героической обороны Сиракуз, знают, наверное, все, но не лишим будет повторить один из ее эпизодов. При помощью стекла и солнечных лучей Архимед вызвал огонь, уничтоживший римский флот. Можно ли считать этот эпизод отправной точкой в истории использования оптических приборов? Наверное, да, но, все же, не совсем. В конце концов, гениальны опыты Архимеда не получили распространения. Человечество лишь сильно позже осознало, какую гигантскую пользу может принести ему оптика. В XIII—XIV вв.еках в Европе стали массово использовали очки. Надевали их, правда, только для чтения. Использовали их и в Россию. Так, очки для чтения всегда надевал царь Алексей Михайлович. Вот только дужки для очков появились лишь в XVIII-м веке.

Одним из первых оптические прибор использовал Архимед


Успех очков натолкнул многих ученых на мысль, что оптические приборы можно было бы использовать и иначе. В XV-м веке во Франции изобретатель по имени Жак Проженель пытался создать некое подобие солнечной пушки. В ее основе лежал принцип Архимеда. Солнечный луч, при помощи нескольких увеличительных стекол, должен был дать пламя, которое, в свою очередь, могло бы вызвать пожар. Неизвестно, к чему привели опыты Проженеля, но солнечная пушка так и не была принята на вооружение ни Францией, ни какой-либо другой страной.

Микроскопы и телескопы

Первыми оптическими приборами следует считать, разумеется, микроскопы и телескопы. На момент их создания Европа уже пережала своего рода оптический бум. На рубеже XVI—XVII веков многие мастера-стекольщики и ученые экспериментировали со стеклами. Среди них были и голландские изготовители очков Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен. Именно они и создали первый в истории микроскоп. Дело было в 1590-м году. Правда, наибольших успехов в изготовлении этих приборов добились не они, а Галилео Галилей. Великий итальянец создал несколько разновидностей микроскопов, причем некоторые из них он дарил сильным мира сего. Такой подарок от него получил, в частности, польский король Сигизмунд III. А уже в XVIII-м веке свой микроскоп появился у Петра Великого. Будущий Император увидел его в Голландии, во время своего знаменитого путешествия в составе Великого посольства. Петру так понравился микроскоп, что он буквально потребовал, чтобы ему его подарили. К тому моменту, как Петр познакомился с микроскопами, техника изготовления этих приборов достигла определенного прогресса. Голландец Антонии ванн Левенгук еще в 1674-м году усовершенствовал микроскопы, что позволило увеличивать изображение в 250−270 раз.

Галилей создал несколько разновидностей микроскопов


Телескопы стали появляться примерно в то же время. В 1609-м году голландец Иоганн Липерсгей представил в Гааге созданную им «трубу для изучения светил». Вот только патент Липерсгею не выдали на основании того, что нечто подобное уже создано на предприятии Янсенов. Свои эксперименты, в те времена, продолжал и Галилей.


Именно он первым направил телескоп в небо. Позднее с помощью этого прибора люди откроют Уран, Нептун, а также другие солнечные системы и галактики.

В России

До России оптические приборы добирались с некоторым опозданием. Появлялись они, в основном, в домах богатых дворян и, преимущественно, для забавы. Неизвестно как использовал свой микроскоп Петр Великий. Смотрел он в него или просто хранил где-то. И, все же, приборы эти были в России хорошо известны. Тем более, что во многие наши города нередко прибывали иностранные предприниматели, которые разворачивали торговлю оптикой. Так в середине XIX-го века в Москву из Берлина прибыл швейцарец Теодор Швабе (в России он назывался Федором Борисовичем Швабе). В 1837-м году он открыл на Кузнецком мосту лавку по продаже очков, пенсне и прочих мелких оптических приборов. Вот только конкурентов у Швабе почти не было, для России оптика оказалась в новинку и дело предприимчивого швейцарца быстро пошло в гору. Лавка превратилась в фирму, а фирма в компанию. «Швабе» занималась ремонтом, а также изготовлением весьма крупных оптических приборов, включая перископы и телескопы. В начале 50-х годов на фирму обратил свое внимание Николай I.

В XVIII веке свой микроскоп появился у Петра Великого


Вскоре Швабе стал поставщиком императорского двора и едва ли не монополистом по производству всевозможной оптики. Ныне «Швабе» является холдингом, который входит в структуру госкорпорации «Ростех».

Современное состояние

Спрос на оптические приборы сейчас продолжает расти. Под брендом «Швабе» теперь работают 19 научно-производственных объединений. Здесь «Ростех» производит более 6000 тысяч различных типов оптических приборов. Три четверти этих изделий имеют военное назначение. Современные оптико-электронная техника поставляется в авиацию, на флот и даже в космические войска.

Сейчас оптико-электронная техника поставляется даже в космические войска


Так, на космических кораблях устанавливаются создаваемые «Ростехом» аппараты дистанционного зондирования поверхности планет. Кроме того, холдинг «Швабе» поставляет технику для медицинских и научных целей. Здесь же производятся бинокли и оптические прицелы.

Урок 49. Линзы. Оптические приборы.

Оптические приборы - устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется).

   Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы, работающие в видимом свете.

   При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики:

  •    светосила - способность концентрировать излучение;
  •    разрешающая сила - способность различать соседние детали изображения;
  •    увеличение - соотношение размеров предмета и его изображения.
  •    Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения - угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

   Разрешающая сила (способность) - характеризует способность оптических приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта.

   Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения.

   Способность прибора различать две близкие точки или линии обусловлена волновой природой света. Численное значение разрешающей силы, например, линзовой системы, зависит от умения конструктора справиться с аберрациями линз и тщательно отцентрировать эти линзы на одной оптической оси. Теоретический предел разрешения двух соседних изображаемых точек определяется как равенство расстояния между их центрами радиусу первого темного кольца их дифракционной картины.

   Увеличение. Если предмет длиной H перпендикулярен оптической оси системы, а длина его изображения h, то увеличение m определяется по формуле:

    m = h/H

   Увеличение зависит от фокусных расстояний и взаимного расположения линз; для выражения этой зависимости существуют соответствующие формулы.

   Важной характеристикой приборов для визуального наблюдения является видимое увеличение М. Оно определяется из отношения размеров изображений предмета, которые образуются на сетчатке глаза при непосредственном наблюдении предмета и рассматривании его через прибор. Обычно видимое увеличение М выражают отношением M = tgb /tga, где a - угол, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным глазом, а b - угол, под которым глаз наблюдателя видит предмет через прибор.

   Основной частью любой оптической системы является линза. Линзы входят в состав практически всех оптических приборов.

   Линзаоптически прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

   Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.

   Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше.

   Виды линз:

    •    выпуклые:
      • двояковыпуклые (1)
      • плосковыпуклые (2)
      • вогнуто-выпуклые (3)

 

  •    вогнутые:
    • двояковогнутые (4)
    • плосковогнутые (5)
    • выпукло-вогнутые (6)

   Основные обозначения в линзе:

   Прямая, проходящая через центры кривизны O1 и O2 сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы.

   В случае тонких линз приближенно можно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы O . Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. 

   Оптический центр линзы – точка, сквозь которую световые лучи проходят не преломляясь в линзе.

   Главная оптическая ось – прямая, проходящая через оптический центр линзы, перпендикулярно линзе.

   Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями.

   Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, расположенных симметрично на главной оптической оси относительно линзы. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые.

   Пучки лучей, параллельных одной из побочных оптических осей, после прохождения через линзу также фокусируются в точку F', которая расположена при пересечении побочной оси с фокальной плоскостью Ф, то есть плоскостью, перпендикулярной главной оптической оси и проходящей через главный фокус.

   Фокальная плоскость – прямая, перпендикулярная главной оптической оси линзы и проходящая через фокус линзы.

   Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием. Оно обозначаетcя той же буквой F.

   Преломление параллельного пучка лучей в собирающей линзе.

  

   Преломление параллельного пучка лучей в рассеивающей линзе.

  

   Точки O1 и O2 – центры сферических поверхностей, O1O2 – главная оптическая ось, O – оптический центр, F – главный фокус, F' – побочный фокус, OF' – побочная оптическая ось, Ф – фокальная плоскость.

   На чертежах тонкие линзы изображают в виде отрезка со стрелками:

собирающая:  рассеивающая:

   Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Изображения бывают прямыми и перевернутыми, действительными и мнимыми, увеличенными и уменьшенными.

   Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей. Для построения изображения в линзе используют любые два из трех лучей:

  • Луч, падающий на линзу параллельно оптической оси, после преломления идет через фокус линзы.

  • Луч, проходящий через оптический центр линзы не преломляется.

  • Луч, проходя через фокус линзы после преломления идет параллельно оптической оси.

   Положение изображения и его характер (действительное или мнимое) можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

 

   Величину D, обратную фокусному расстоянию называют оптической силой линзы.

   Единицей измерения оптической силы является диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м:  1 дптр = м–1

   Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F < 0.

   Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков:
   d > 0 и f > 0 – для действительных предметов (то есть реальных источников света, а не продолжений лучей, сходящихся за линзой) и изображений;
   d < 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

   Тонкие линзы обладают рядом недостатков, не позволяющих получать высококачественные изображения. Искажения, возникающие при формировании изображения, называются аберрациями. Главные из них – сферическая и хроматическая аберрации.

   Сферическая аберрация проявляется в том, что в случае широких световых пучков лучи, далекие от оптической оси, пересекают ее не в фокусе. Формула тонкой линзы справедлива только для лучей, близких к оптической оси. Изображение удаленного точечного источника, создаваемое широким пучком лучей, преломленных линзой, оказывается размытым.

   Хроматическая аберрация возникает вследствие того, что показатель преломления материала линзы зависит от длины волны света λ. Это свойство прозрачных сред называется дисперсией. Фокусное расстояние линзы оказывается различным для света с разными длинами волн, что приводит к размытию изображения при использовании немонохроматического света.

   В современных оптических приборах применяются не тонкие линзы, а сложные многолинзовые системы, в которых удается приближенно устранить различные аберрации.

   Формирование собирающей линзой действительного изображения предмета используется во многих оптических приборах, таких как фотоаппарат, проектор и т. д.

   При желании создать качественный оптический прибор следует оптимизировать набор его основных характеристик - светосилы, разрешающей способности и увеличения. Нельзя сделать хороший, например, телескоп, добиваясь лишь большого видимого увеличения и оставляя малой светосилу (апертуру). У него будет плохое разрешение, так как оно прямо зависит от апертуры. Конструкции оптических приборов весьма разнообразны, и их особенности диктуются назначением конкретных устройств. Но при воплощении любой спроектированной оптической системы в готовый оптико-механический прибор необходимо расположить все оптические элементы в строгом соответствии с принятой схемой, надежно закрепить их, обеспечить точную регулировку положения подвижных деталей, разместить диафрагмы для устранения нежелательного фона рассеянного излучения. Нередко требуется выдерживать заданные значения температуры и влажности внутри прибора, сводить к минимуму вибрации, нормировать распределение веса, обеспечить отвод тепла от ламп и другого вспомогательного электрооборудования. Значение придается внешнему виду прибора и удобству обращения с ним.

   Микроскоп, лупа, увеличительное стекло.

   Если рассматривать через положительную (собирающую) линзу предмет, расположенный за линзой не дальше ее фокальной точки, то видно увеличенное мнимое изображение предмета. Такая линза представляет собой простейший микроскоп и называется лупой или увеличительным стеклом.

   Из оптической схемы можно определить размер увеличенного изображения.

   Когда глаз настроен на параллельный пучок света (изображение предмета находится на неопределенно большом расстоянии, а это означает, что предмет расположен в фокальной плоскости линзы), видимое увеличение M можно определить из соотношения: M = tgb /tga = (H/f)/(H/v) = v/f, где f - фокусное расстояние линзы, v - расстояние наилучшего зрения, т.е. наименьшее расстояние, на котором глаз хорошо видит при нормальной аккомодации. M увеличивается на единицу, когда глаз настраивается так, что мнимое изображение предмета оказывается на расстоянии наилучшего зрения. Способности к аккомодации у всех людей разные, с возрастом они ухудшаются; принято считать 25 см расстоянием наилучшего зрения нормального глаза. В поле зрения одиночной положительной линзы при удалении от ее оси резкость изображения быстро ухудшается из-за поперечных аберраций. Хотя и бывают лупы с увеличением в 20 крат, типичная их кратность от 5 до 10. Увеличение сложного микроскопа, именуемого обычно просто микроскопом, доходит до 2000 крат.

   Телескоп.

  Телескоп увеличивает видимые размеры удаленных предметов. В схему простейшего телескопа входят две положительные линзы.

   Лучи от удаленного предмета, параллельные оси телескопа (лучи a и c на схеме), собираются в заднем фокусе первой линзы (объектива). Вторая линза (окуляр) удалена от фокальной плоскости объектива на свое фокусное расстояние, и лучи a и c выходят из нее вновь параллельно оси системы. Некоторый луч b, исходящий не из тех точек предмета, откуда пришли лучи a и c, падает под углом a к оси телескопа, проходит через передний фокус объектива и после него идет параллельно оси системы. Окуляр направляет его в свой задний фокус под углом b. Поскольку расстояние от переднего фокуса объектива до глаза наблюдателя пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием до предмета, то из схемы можно получить выражение для видимого увеличения M телескопа: M = -tgb /tga = -F/f' (или F/f). Отрицательный знак показывает, что изображение перевернуто. В астрономических телескопах оно таким и остается; в телескопах для наблюдений за наземными объектами применяют оборачивающую систему, чтобы рассматривать нормальные, а не перевернутые изображения. В оборачивающую систему могут входить дополнительные линзы или, как в биноклях, призмы.

   Бинокль.

   Бинокулярный телескоп, обычно именуемый биноклем, представляет собой компактный прибор для наблюдений обоими глазами одновременно; его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат. В биноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего - Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45°), ориентированные навстречу прямоугольными гранями.

   Чтобы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6-9°), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совершенный, чем телескопу с узким углом зрения. В окуляре бинокля предусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, - его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кратах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например, 8*40 или 7*50.

   Оптический прицел.

   В качестве оптического прицела можно применить любой телескоп для наземных наблюдений, если в какой-либо плоскости его пространства изображений нанести четкие метки (сетки, марки), отвечающие заданному назначению. Типичное устройство многих военных оптических установок таково, что объектив телескопа открыто смотрит на цель, а окуляр находится в укрытии. Такая схема требует излома оптической оси прицела и применения призм для ее смещения; эти же призмы преобразуют перевернутое изображение в прямое. Системы со смещением оптической оси называются перископическими. Обычно оптический прицел рассчитывается так, что зрачок его выхода удален от последней поверхности окуляра на достаточное расстояние для предохранения глаза наводчика от ударов о край телескопа при отдаче оружия.

   Дальномер.

   Оптические дальномеры, с помощью которых измеряют расстояния до объектов, бывают двух типов: монокулярные и стереоскопические. Хотя они различаются конструктивными деталями, основная часть оптической схемы у них одинакова и принцип действия один: по известной стороне (базе) и двум известным углам треугольника определяется неизвестная его сторона. Два параллельно ориентированных телескопа, разнесенных на расстояние b (база), строят изображения одного и того же удаленного объекта так, что он кажется наблюдаемым из них в разных направлениях (базой может служить и размер цели). Если с помощью какого-нибудь приемлемого оптического устройства совместить поля изображений обоих телескопов так, чтобы их можно было рассматривать одновременно, окажется, что соответствующие изображения предмета пространственно разнесены. Существуют дальномеры не только с полным наложением полей, но и с половинным: верхняя половина пространства изображений одного телескопа объединяется с нижней половиной пространства изображений другого. В таких приборах с помощью подходящего оптического элемента проводится совмещение пространственно разнесенных изображений и по относительному сдвигу изображений определяется измеряемая величина. Часто в качестве сдвигающего элемента служит призма или комбинация призм.

МОНОКУЛЯРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР. A - прямоугольная призма; B - пентапризмы; C - линзовые объективы; D - окуляр; E - глаз; P1 и P2 -неподвижные призмы; P3 - подвижная призма; I 1 и I 2 - изображения половин поля зрения

   В схеме монокулярного дальномера, показанной на рисунке, эту функцию исполняет призма P3; она связана со шкалой, проградуированной в измеряемых расстояниях до объекта. Пентапризмы B используются как отражатели света под прямым углом, поскольку такие призмы всегда отклоняют падающий световой пучок на 90°, независимо от точности их установки в горизонтальной плоскости прибора. Изображения, создаваемые двумя телескопами, в стереоскопическом дальномере наблюдатель видит сразу обоими глазами. База такого дальномера позволяет наблюдателю воспринимать положение объекта объемно, на некоторой глубине в пространстве. В каждом телескопе имеется сетка с марками, соответствующими значениям дальности. Наблюдатель видит шкалу расстояний, уходящую в глубь изображаемого пространства, и по ней определяет удаленность объекта.

   Осветительные и проекционные приборы. Прожекторы.

   В оптической схеме прожектора источник света, например кратер дугового электрического разряда, находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

   Диаскоп.

   В оптическую схему этого прибора, предназначенного для просмотра диапозитивов и прозрачных цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив. Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране. В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же.

СХЕМА ДИАСКОПА. A - диапозитив; B - линзовый конденсор; C - линзы проекционного объектива; D - экран; S - источник света

   Спектральные приборы.

   Основным элементом спектрального прибора может быть дисперсионная призма либо дифракционная решетка. В таком приборе свет сначала коллимируется, т.е. формируется в пучок параллельных лучей, затем разлагается в спектр, и, наконец, изображение входной щели прибора фокусируется на его выходную щель по каждой длине волны спектра.

   Спектрометр.

   В этом более или менее универсальном лабораторном приборе коллимирующая и фокусирующая системы могут поворачиваться относительно центра столика, на котором расположен элемент, разлагающий свет в спектр. На приборе имеются шкалы для отсчетов углов поворота, например дисперсионной призмы, и углов отклонения после нее разных цветовых составляющих спектра. По результатам таких отсчетов измеряются, например, показатели преломления прозрачных твердых тел.

   Спектрограф.

   Так называется прибор, в котором полученный спектр или его часть снимается на фотоматериал. Можно получить спектр от призмы из кварца (диапазон 210-800 нм), стекла (360-2500 нм) или каменной соли (2500-16000 нм). В тех диапазонах спектра, где призмы слабо поглощают свет, изображения спектральных линий в спектрографе получаются яркими. В спектрографах с дифракционными решетками последние выполняют две функции: разлагают излучение в спектр и фокусируют цветовые составляющие на фотоматериал; такие приборы применяют и в ультрафиолетовой области.

   Фотоаппарат представляет собой замкнутую светонепроницаемую камеру. Изображение фотографируемых предметов создается на фотопленке системой линз, которая называется объективом. Специальный затвор позволяет открывать объектив на время экспозиции.

   Особенностью работы фотоаппарата является то, что на плоской фотопленке должны получаться достаточно резкими изображения предметов, находящихся на разных расстояниях.

   В плоскости фотопленки получаются резкими только изображения предметов, находящихся на определенном расстоянии. Наведение на резкость достигается перемещением объектива относительно пленки. Изображения точек, не лежащих в плоскости резкого наведения, получаются размытыми в виде кружков рассеяния. Размер d этих кружков может быть уменьшен путем диафрагмирования объектива, т.е. уменьшения относительного отверстия a / F. Это приводит к увеличению глубины резкости.

   Объектив современной фотокамеры состоит из нескольких линз, объединенных в оптические системы (например, оптическая схема Тессар). Число линз в объективах самых простых фотокамер — от одной до трех, а в современных дорогих фотоаппаратах их бывает до десяти или даже восемнадцати.

Оптическая схема Тессар

   Оптических систем в объективе может быть от двух до пяти. Практически все оптические схемы устроены и работают одинаково – они фокусируют проходящие через линзы лучи света на светочувствительной матрице.

   Только от объектива зависит качество изображения на снимке, будет ли фотография резкой, не исказятся ли на снимке формы и линии, хорошо ли она передаст цвета — все это зависит от свойств объектива, поэтому объектив и является одним из самых важных элементов современной фотокамеры.

   Линзы объектива делают из специальных сортов оптического стекла или оптической пластмассы.  Создание линз одно из самых дорогостоящих операций создания фотокамеры. В сравнении стеклянных и пластмассовых линз стоит отметить, то пластмассовые линзы дешевле и легче. В настоящее время большинство объективов недорогих любительских компактных камер изготавливается из пластмассы. Но, такие объективы подвержены царапинам и не так долговечны, примерно через два-три года они мутнеют, и качество фотографий оставляет желать лучшего. Оптика камер подороже изготавливается из оптического стекла.

   В настоящее время большинство объективов компактных фотокамер изготавливается из пластмассы.

   Между собой линзы объектива склеивают или соединяют при помощи очень точно рассчитанных металлических оправ. Склейку объективов можно встретить намного чаще, нежели металлические оправы.

   Проекционный аппарат предназначен для получения крупномасштабных изображений. Объектив O проектора фокусирует изображение плоского предмета (диапозитив D) на удаленном экране Э. Система линз K, называемая конденсором, предназначена для того, чтобы сконцентрировать свет источника S на диапозитиве. На экране Э создается действительное увеличенное перевернутое изображение. Увеличение проекционного аппарата можно менять, приближая или удаляя экран Э с одновременным изменением расстояния между диапозитивом D и объективом O.

Оптика: очки и контактные линзы

Природа вооружила человека прекрасным оптическим инструментом - глазом. На внутренней поверхности глаза образуется оптическое изображение, воспринимаемое человеком как зрительный образ. Но возможности глаза ограничены. Глаз видит только те предметы, которые расположены непосредственно перед ним на сравнительно близком расстоянии, и не может различить отдельные детали далеко расположенных предметов. Глаз не видит в темноте.

Оптические приборы, созданные человеком, необычайно расширили возможности зрения. Приборы перископического типа позволяют наблюдать процессы, происходящие в помещениях, не доступных для человека. Окопные перископы, стереотрубы, танковые прицелы, перископы подводных лодок применяются для наблюдения из-за укрытий. Театральные и призменные бинокли давно уже стали предметами нашего обихода. В мореплавании широко применяются различные подзорные трубы для рассмотрения далеких объектов.

Астрономические рефракторы и рефлекторы позволили проникнуть взором в глубины мирового пространства и открыть много новых звезд и звездных скоплений. С помощью этих приборов рассматривают ближайшие к Земле планеты и наблюдают процессы, происходящие на поверхности Солнца.

Приборы, позволяющие рассматривать далеко расположенные предметы и называемые телескопическими, весьма разнообразны. Среди них приборы для измерения координат движущихся целей, такие, как дальномеры и высотомеры, большая группа геодезических приборов: нивелиры, теодолиты и другие, позволяющие определять координаты точек на земной поверхности.

Невооруженный глаз различает предметы величиной около 0,1 мм. Применение луп повысило эту возможность до 0,01 мм, а с помощью микроскопа стало возможным различать малые объекты величиной до 0,15 мкм. Микроскоп применяется в различных отраслях науки и техники, в частности для контрольно-измерительных целей в виде компараторов, толщемеров, отсчетных, координатных, инструментальных, универсальных и других микроскопов.

Успехи фотохимии вызвали значительное развитие фотографических приборов. Общеизвестны не только фотоаппараты различных типов и конструкций, но и различные фотографические устройства к микроскопам, телескопам, зрительным трубам, позволяющие фиксировать изображения в видимых и невидимых лучах спектра. Фотографические оптические системы применяются для фотографирования с экранов радиолокаторов, электронных осциллографов и телевизионных трубок, а также для фотографирования шкал счетно-решающих машин.

Оптические приборы позволяют проектировать ряд последовательных изображений на экран и получать впечатление движущихся объектов.

Сложные оптические системы в виде киносъемочных камер, осветительных приборов, приборов для размножения фильмов, кинопроекционных аппаратов применяются в процессе создания кинофильма.

Киносъемочные и проекционные устройства позволили осуществить стереоскопическое безочковое и поляроидное кино. Развитие оптических средств обусловило появление широкоэкранного, широкоформатного и панорамного кинематографов, а также круговой кинопанорамы.

Проекционные приборы в виде диапроекторов, эпипроекторов, эпидиаскопов, оптических и теневых проекторов нашли широкое применение как для исправления аэроснимков и карт, контроля изготовления деталей в металлопромышленности, так и для демонстрации различных рисунков и фотографий.

Неотъемлемой частью многих оптических приборов являются осветительные устройства, предназначенные для создания надлежащей освещенности рассматриваемых предметов. Такие устройства кроме источника света содержат и оптические детали - конденсоры и зеркала, позволяющие направить максимальный и возможно более равномерный световой поток на предмет.

Большое развитие за последнее время получили спектральные приборы: спектроскопы, спектрографы и спектрометры. Приборы спектрального анализа позволяют установить разницу в количественном содержании веществ, составляющих всего 0,0001%.

Использование фотоэлектрического эффекта позволило создать большую группу фотоэлектрических приборов контроля автоматических"процессов в различных отраслях народного хозяйства

Широко применяются специальные оптические устройства фототелеграфных и фотогравировальных машин, светозаписи звуковых колебаний, фотореле и т. п. В телемеханических и электроизмерительных приборах (электрометры, зеркальные гальванометры, магнитоэлектрические осциллографы и др.) применяются специальные оптические устройства для записи и контроля показаний.

Для определения освещенностей, оптических плотностей и светопропускания служат фотометрические приборы. Люксметром измеряют освещенность, денситометром - оптическую плотность, а универсальным фотометром - коэффициенты отражения непрозрачных тел и коэффициенты светопропускания прозрачных, микрофотометром - оптические плотности малых прозрачных участков. Спектродензограф позволяет определять оптические плотности непрозрачных тел в различных лучах спектра, а спектрофотометр - оптические плотности прозрачных тел, а также измерять распределение интенсивности излучения в спектре источника света.

В работах, связанных с изучением цвета, пользуются колориметрическими приборами. Эти приборы приобретают особое значение на транспорте, в полиграфии и в химии. Колориметр, например, позволяет определять цвет излучения или цвет окрашенной поверхности.

При помощи интерференционных приборов определяют качество изображения оптических систем, качество обработки различных поверхностей с точностью до долей микрона, измеряют очень малые расстояния.

Напряжения в материалах измеряются с помощью поляризационных приборов.

Можно выделить пять главных видов оптических приборов: 1) зрительные трубы (телескопические системы), 2) микроскопы, 3) фотографические объективы, 4) проекционные приборы, 5) осветительные приборы.

Иногда в одном приборе одновременно сочетаются признаки двух и более видов приборов. Например, металлографический микроскоп последовательно может служить и как обычный микроскоп и как фотографический прибор. В микрофотометре сочетаются осветительные устройства, оптическая система микроскопа, проекционные и фотографические устройства. Современные приборы сложны и основаны на взаимодействии многих механических, оптических и электрических устройств.

ГОСТ Р 50909-96 Приборы визуальные наблюдательные. Требования безопасности и методы испытаний (с Поправкой), ГОСТ Р от 03 июня 1996 года №50909-96


ГОСТ Р 50909-96

Группа П43



ОКС 37.020
ОКСТУ 4470

Дата введения 1997-07-01

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и оптические приборы"

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 3 июня 1996 г. N 344

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 3, 1998 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ


Настоящий стандарт распространяется на визуальные наблюдательные приборы (телескопы астрономические любительские, с электроприводом, работающим от сети, приборы ночного видения и комбинированные, в т. ч. с устройствами перезарядки батарей, приборы с лазерными источниками света для подсветки местности, бинокулярные приборы наблюдения и другие аналогичные приборы) (далее - приборы) и устанавливает обязательные требования к качеству приборов, обеспечивающие их безопасность для жизни, здоровья и имущества населения, обеспечивающие охрану окружающей среды и методы их испытаний.

Стандарт пригоден для целей сертификации.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ


В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.031-81 ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения

ГОСТ 12.1.040-83 ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения

ГОСТ 12.2.006-87* Безопасность аппаратуры электронной сетевой и сходных с ней устройств, предназначенных для бытового и аналогичного общего применения. Общие требования и методы испытаний
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р МЭК 60065-2002, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 23511-79* Радиопомехи индустриальные от электротехнических устройств, эксплуатируемых в жилых домах или подключаемых к их сетям. Нормы и методы измерений
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51318.14.1-99, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 27570.0-87 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний

ГОСТ Р 50508-93 Приборы наблюдательные телескопические. Методы контроля параметров

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ


В настоящем стандарте применяют термины со следующими определениями:

3.1.1 прибор ночного видения: Электронно-оптический прибор, предназначенный для наблюдения или (и) прицеливания ночью при естественной ночной освещенности или (и) при искусственной подсветке объектов наблюдения (целей) и содержащей в себе электронно-оптический преобразователь.

3.1.2 комбинированный прибор ночного видения: Прибор ночного видения, предназначенный для наблюдения или (и) прицеливания в ночных и дневных условиях.

3.1.3 бинокулярный оптический прибор: Оптический прибор, предназначенный для наблюдения сразу двумя глазами.

3.1.4 визуальный прибор с применением лазера: Прибор наблюдения или (и) прицеливания, в котором для искусственной подсветки объектов наблюдения (целей) применяют лазер с источником энергии лазера.

3.1.5 визуальный прибор с применением лазера 1-го класса: Прибор, содержащий лазер, выходное излучение которого не представляет опасности для глаз и кожи.

3.1.6 Остальные термины, применяемые в стандарте, - по ГОСТ 12.1.040, ГОСТ 12.2.006, ГОСТ 27570.0.

4 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1 Общие требования

4.1.1 Конструкция приборов, содержащих электрические компоненты и непосредственно или любым иным способом подсоединяющихся к электрической сети питания, должна удовлетворять общим требованиям безопасности ГОСТ 27570. 0.

4.1.2 Конструкция приборов, содержащих оптико-электронные узлы, являющиеся источником теплового, оптического и рентгеновского излучения, должна удовлетворять общим требованиям безопасности ГОСТ 12.2.006, ГОСТ 12.2.007.0.

4.1.3 Требования к маркировке

Приборы следует маркировать в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.006, ГОСТ 27570.0.

4.2 Требования к визуальным бинокулярным приборам наблюдения

4.2.1 Допуск параллельности выходящих из окуляров бинокулярных визуальных приборов наблюдения пучков лучей должен быть:

при расхождении лучей в вертикальной плоскости:

20' (25') - для приборов, содержащих призменную систему;

25' - для приборов, содержащих галилеевскую систему;

при схождении лучей в горизонтальной плоскости:

20' (25') - для приборов, содержащих призменную систему;

40' - для приборов, содержащих галилеевскую систему;

при расхождении лучей в горизонтальной плоскости - 60' (65').

Примечание. В скобках указаны допуски параллельности для приборов с увеличением 15 и более.

4.2.2 Абсолютная разность увеличений оптических каналов бинокулярного прибора не должна превышать для дневных приборов 2% при 50°; 1,5% при 50° ( - угловое поле в пространстве изображений) и 3% для приборов ночного видения.

4.3 Требования к визуальным приборам наблюдения с применением лазера

4.3.1 Конструкция приборов с применением лазеров должна удовлетворять общим требованиям безопасности и электробезопасности ГОСТ 12.1.040, ГОСТ 12.2.006.

4.3.2 Конструкция приборов с применением лазеров должна обеспечивать защиту людей от лазерного излучения как в нормальных условиях работы, так и в условиях неисправности. Приборы с применением лазеров следует относить к лазерной аппаратуре класса 1 по ГОСТ 12.1.040.

4.3.3 Допустимые пределы излучения (ДПИ) визуальных приборов с применением лазеров приведены в таблице 1.


Таблица 1

Длина волны , нм

Энергия излучения, Дж, не более, или мощность излучения, Вт, не более

Интегрированная яркость, Дж·м·ср, не более
или яркость, Вт·м·ср, не более

От

400

до

550

3,9x10 Дж

2,1·10 Дж·м·ср

"

550

"

700

7х10· Дж

3,9x10· Дж·м·ср

"

700

"

1050

1,2х60· Вт

6,4х10· Вт·м·ср

"

1050

"

1400

6,4x10 Вт

3,2х10 Вт·м·ср

Примечание - Поправочный коэффициент рассчитывают по формуле

4.4 Требования к визуальным перезаряжаемым приборам, питаемым от батарей

Требования безопасности на перезаряжаемые приборы, питаемые от батарей, их зарядные и батарейные устройства, перезарядку которых осуществляют путем подключения зарядного устройства к сети питания - по ГОСТ 27570.0, кроме раздела 9.

4.5 Требования к визуальным приборам, работающим от сети

Безопасность приборов с электроприводом, работающим от сети, - по ГОСТ 27570.0, класс защиты от поражения электрическим током I или II.

4.6 Требования к защите от поражения электрическим током

4.6.1 Общие требования к защите от поражения электрическим током - ГОСТ 27570.0.

4.6.2 Конструкция прибора должна исключать возможность случайного прикасания к токоведущим частям, а у приборов класса II - также к металлическим частям, отделенным от токоведущих частей только основной изоляцией.

4.6.3 Вентиляционные и другие отверстия, проделанные над частями, находящимися под опасным напряжением, должны быть расположены так, чтобы был исключен контакт этих частей с любым подвесным посторонним предметом при его введении внутрь прибора.

4.6.4 Ручки, рукоятки и кнопки переносных приборов, кроме приборов класса II, которые при нормальной эксплуатации постоянно держат в руке или приводят в действие вручную, не должны находиться под напряжением в случае повреждения изоляции. В случае повреждения изоляции должна быть предусмотрена дополнительная изоляция токоведущих частей от валов или креплений.

4.7 Требования к потребляемой мощности и току - по ГОСТ 27570.0.

4.8 Требования к электрической изоляции и току утечки при рабочей температуре

Электрическая изоляция прибора при рабочей температуре должна быть достаточной, ток утечки при нормальной эксплуатации не должен превышать допустимого значения.

4.9 Требования к электромагнитной совместимости приборов

4.9.1 Приборы не должны создавать радио- и телепомехи.

4.9.2 Встроенные элементы, необходимые для подавления радио- и телепомех, не должны снижать безопасность прибора.

4.10 Требования к влагостойкости

Требования к влагостойкости - по ГОСТ 27570.0 в зависимости от исполнения прибора (каплезащищенный, брызгозащищенный, водонепроницаемый).

4.11 Требования к сопротивлению изоляции и электрической прочности

Приборы должны иметь достаточные электрическую прочность и сопротивление изоляции. Значения указанных параметров должны быть установлены в ТУ на конкретный прибор.

4.12 Требования к износостойкости - по ГОСТ 27570.0.

4.13 Требования к винтам и соединениям

Винтовые соединения должны выдерживать механические нагрузки, которые возникают при нормальной эксплуатации прибора, в соответствии с требованиями ГОСТ 27570.0.

4.14 Требования к путям утечки тока, воздушным зазорам и расстояниям по изоляции - по ГОСТ 27570.0.

4.15 Требования к теплостойкости, огнестойкости и стойкости к образованию токоведущих мостиков

4.15.1 Корпус прибора, выполненный из неметаллического материала, и изоляционный материал, используемый в деталях, удерживающих токоведущие части, должны быть теплостойкими.

4.15.2 Части из неметаллических материалов должны обладать сопротивляемостью к воспламенению и распространению огня.

4.15.3 Изоляционные материалы, которые являются соединительной деталью между токоведущими частями и заземленными металлическими частями, и изоляционные материалы коммутирующих устройств должны быть стойкими к образованию токоведущих мостиков.

4.16 Требования к стойкости к коррозии

Детали приборов из черных металлов должны обладать стойкостью к коррозии.

4.17 Требования к радиации и токсичности

4.17.1 Приборы не должны испускать вредные излучения или быть источником токсичности.

4.17.2 Приборы, содержащие светоэлементы, испускающие видимое излучение люминофором мощностью не менее 4 мВт, следует относить по степени радиоактивной опасности к I группе радиоактивных приборов в соответствии с "Санитарными правилами устройства и эксплуатации радиоизотопных приборов" [1].

Активность трития в фотоэлементе должна быть не более 1,1 KU.

5 ОБЩИЕ УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ

5.1 Испытания, проводимые в соответствии с настоящим стандартом, являются общими для всех визуальных оптических приборов, входящих в область распространения стандарта.

Проводимые испытания являются испытаниями на безопасность.

5.2 Все испытания проводят на одном и том же образце в том состоянии, в котором его поставляют потребителю. Объем испытаний определяют в зависимости от конструкции прибора (если очевидно, что определенное испытание не применимо, то это испытание не проводят). При необходимости допускается замена поврежденных образцов или использование дополнительных образцов.

5.3 При отсутствии других указаний испытания проводят в последовательности, указанной в разделе 6.

5.4 Испытания проводят в нормальных рабочих условиях при температуре окружающей среды от 15 до 35 °С, относительной влажности - от 40 до 75% и атмосферном давлении - от 86 до 106 кПа, если в нормативной документации на конкретный прибор нет иных указаний.

5.5 Прибор при испытании устанавливают в наиболее неблагоприятное положение, которое возможно при нормальной эксплуатации. Допустимо любое положение органов управления или регулирования, доступных потребителю для настройки вручную, за исключением устройств переключения напряжения питания. Конструкция прибора должна исключать возможность случайного переключения напряжения или вида питания.

Крышка любого лазерного устройства, открываемая вручную, может быть открыта полностью, приоткрыта или закрыта.

5.6 Все измерения следует проводить с помощью измерительных приборов, не влияющих заметно на измеряемую величину.

5.7 Общие требования к испытаниям электрическим током - по ГОСТ 27570.0.

6 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

6.1 Методы контроля общих требований

Проверку соответствия общим требованиям осуществляют путем проведения всех соответствующих испытаний.

6.2 Контроль качества маркировки проводят внешним осмотром и протиранием маркировки хлопчатобумажной тканью, увлажненной водой, после испытания на влагостойкость. Маркировка считается выдержавшей проверку, если осталась разборчивой.

6.3 Контроль параллельности входящих из окуляров бинокулярных визуальных приборов пучков лучей - по ГОСТ Р 50508.

6.4 Контроль абсолютной разности увеличений оптических каналов бинокулярного визуального прибора - по ГОСТ Р 50508.

6.5 Контроль параметров излучения визуальных приборов с применением лазеров - по ГОСТ 12.1.031, ГОСТ 12.2.006.

6.6 Контроль требований безопасности визуальных перезаряжаемых приборов, питаемых от батарей, - по ГОСТ 27570.0.

6.7 Контроль требований безопасности визуальных приборов, работающих от сети, - по ГОСТ 27570.0.

6.8 Контроль требований к защите от поражения электрическим током

Соответствие требованию проверяют осмотром и испытанием стандартным испытательным пальцем и испытаниями, установленными для двойной или усиленной изоляции - по ГОСТ 27570.0.

6.9 Соответствие требованию к потребляемой мощности и току проверяют измерением тока, потребляемого прибором при нормальной нагрузке, номинальном напряжении и номинальной частоте (пусковой ток не учитывают).

6.10 Соответствие требованию к электрической изоляции и току утечки при рабочей температуре проверяют по ГОСТ 27570.0.

6.11 Соответствие требованию к электромагнитной совместимости проверяют испытаниями, предусмотренными настоящим стандартом и ГОСТ 23511.

6.12 Соответствие требованию к влагостойкости проверяют по ГОСТ 27570.0.

6.13 Контроль требований к сопротивлению изоляции и электрической прочности - по ГОСТ 27570.0.

6.14 Контроль требований к износостойкости - по ГОСТ 27570.0.

6.15 Контроль требований к винтам и соединениям - по ГОСТ 27570.0.

6.16 Контроль требований к путям утечки тока, воздушным зазорам и расстояниям по изоляции - по ГОСТ 27570.0.

6.17 Контроль требований к теплостойкости, огнестойкости и стойкости к образованию токоведуших мостиков - по ГОСТ 27570.0.

6.18 Контроль требований к стойкости к коррозии - по ГОСТ 27570.0.

6.19 Контроль требований к радиации и токсичности следует проводить по методам, установленным в ТУ на конкретный прибор.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное). БИБЛИОГРАФИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)


[1] Санитарные правила устройства и эксплуатации радиоизотопных приборов



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1996

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена
АО "Кодекс"

Материальность ранних оптических инструментов - CRASSH

12:00 - 13:00

Взорван, заземлен, обработан пламенем или упал? Исследование линз простых микроскопов XVII века

Tiemen Cocquyt Rijksmuseum Boerhaave & Michael Korey , Staatliche Kunstsammlungen Dresden

Однообъективные («простые») микроскопы, изготовленные и использованные Антони ван Левенгук в 1672–1721 годах, приобрели культовый статус в истории науки 17 века благодаря своей роли в фундаментальных микробиологических открытиях.Однако на удивление мало известно с уверенностью о составе и конструкции ключевого компонента десяти или около того уцелевших инструментов этого типа: крошечных стеклянных линз, установленных между тонкими металлическими пластинами, со свободным отверстием всего 1 мм или меньше. Были ли они измельчены, как утверждал сам Левенгук, обработаны пламенем или произведены каким-либо другим способом? Комбинация подходов - эмпирические испытания с участием мастеров-стекольных мастеров, инновационный анализ материалов и пересмотр современных архивных источников - заставляет нас усомниться в традиционных представлениях об этих линзах.В частности, мы внимательно смотрим на работу регента Амстердама Йоханнеса Худде (1628-1704), который в 1660-х годах представил твердые шаровидные линзы, обработанные пламенем, а не обычные линзовидные линзы с матовой поверхностью, которые были распространены до тех пор, поразительно изменив их. ориентированная голландская микроскопическая деятельность. В каком технологическом контексте появились линзы Хадде? Чем оптические свойства его линз отличались от оптических свойств его предшественников? Появились ли его линзы из практического опыта, развития теоретической оптики или каким-то образом, выходящим за рамки оптической традиции? Обращаясь к этим темам в контексте технологии стекла 17 века, некоторые моменты становятся более ясными, возникают новые вопросы, но значение современной «голландской шутки» еще предстоит решить.

После выступления будет проведен сеанс практических наблюдений с использованием реплицированных однолинзовых микроскопов.

Домашняя страница

ФОКУС: Наша лаборатория специализируется на разработке современных оптические инструменты для биоинженерии. Мы объединить новые технологии в (1) оптике (литография в оттенках серого, лазерная печать, алмазное точение произвольной формы и литье), (2) оптомеханика (компоненты LIGA, DRIE), (3) электроника (нестандартные детекторы), (4) снимок визуализация: спектрометрия (ISS и IMS), спектрополяриметрия и объемная трехмерная ОКТ изображения и (5) программное обеспечение (специальные DSP, новые алгоритмов) для решения задач медицинского диагностика и обнаружение как для клинических, так и для удаленные среды.Мы также заинтересованы в передовые методы визуализации для улучшения производительность и информативность в приобретенных изображений.

ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЛОСОФИЯ: Биоинженерные исследования это сложная задача, требующая постоянного осведомленность о новых технологиях.Эти новые технологии позволяют использовать методы измерения или методы были невозможны пять или десять лет назад. К эффективно продвигать инженерные изыскания, мы использовать новейшие оптические, электронные и технологии изготовления для использования в биомедицине зондирование.

2017 Международная конференция по оптическим приборам и технологиям: оптические системы и современные оптоэлектронные инструменты | (2018) | Публикации

Однокадровая поточная цифровая голография без двойного изображения
Авторы): Таканори Номура

Показать аннотацию

Поточная цифровая голография - обычное дело, но все же привлекательное из-за простой оптической настройки.Как правило, метод последовательного фазового сдвига является обязательным для удаления двойного изображения, что снижает качество восстановленного изображения. Однако метод последовательного фазового сдвига требует многократной записи. Многократная запись означает, что она не подходит для динамического явления. В этой статье представлены два вида однократной поточной цифровой голографии без двойного изображения с использованием рассеянного освещения. Первый - это обобщенная цифровая голография со сдвигом фазы, а другой - вычислительное удаление двойного изображения.Идеи и их экспериментальные результаты приводятся для подтверждения возможности.

Радиальное сверхвысокое разрешение в цифровой голографической микроскопии с использованием структурированного освещения с круговой симметрией
Авторы): Юйцзянь Инь; Пинг Су; Цзяньше Ма

Показать аннотацию

В области цифровой голографической микроскопии (ДГМ) предлагается метод улучшения радиального разрешения с помощью специального структурированного света.Образец освещается круговым симметричным структурированным светом, который заставляет спектр иметь радиальное движение, так что высокочастотные компоненты образца перемещаются в полосу пропускания приемника для преодоления дифракционного предела. В системе формирования изображений DHM технология компьютерной голограммы (CGH) используется для создания необходимой структурированной световой решетки. Затем решетка загружается в пространственный модулятор света (SLM) для получения специфического структурированного освещения. После записи голограммы, цифровой реконструкции микроструктуры бинарного оптического элемента, который должен наблюдать радиальное распределение, радиальное разрешение образца улучшается экспериментально по сравнению с результатом одномерного синусоидального структурированного светового изображения.И представлен метод создания структурированного света.

Количественное измерение бинокулярного предела слияния цветов для различных диспропорций
Авторы): Зайцин Чен; Цзюньшэн Ши; Юнхань Тай; Сяоцяо Хуан; Лицзюнь Юнь; Чао Чжан

Показать аннотацию

Цветовая асимметрия - обычное явление в стереоскопической системе отображения, которое может вызвать зрительное утомление или зрительный дискомфорт.Когда разница в цвете между левым и правым глазом превышает пороговое значение, называемое пределом слияния бинокулярных цветов, считается, что происходит цветовое соперничество. Самая важная информация, предоставляемая стереоскопическими дисплеями, - это восприятие глубины, вызванное несоответствием. Поскольку стимулы стереопары предъявляются раздельно для обоих глаз с неравенством, и эти два монокулярных стимула различаются по цвету, но имеют одинаковую полярность изо-яркости, стереопсис и соперничество цветов могут сосуществовать. В этой статье мы провели эксперимент по измерению предела слияния цветов для различных уровней несоответствия.В частности, он исследует, как величина и знак несоответствия влияют на предел слияния бинокулярных цветов, что дает слитное, стабильное стереоскопическое восприятие. Предел слияния бинокулярных цветов был измерен на пяти уровнях неравенства: 0, ± 60, ± 120 угловых минут для точки цвета образца, которая была выбрана из диаграммы цветности u'v 'CIE 1976 года. Результаты экспериментов показали, что предел плавления для точки образца варьируется в зависимости от уровня и знака несоответствия. Интересным результатом стало то, что предел слияния увеличивался по мере уменьшения диспаратности в направлении пересечения диспаратности (знак -), но почти не было больших изменений в направлении непересечения диспаратности (знак +).Мы обнаружили, что слияние цветов было труднее достичь в направлении пересечения несоответствия, чем в направлении нескрещенного несоответствия.

Ускорение визуализации одного пикселя
Авторы): К. Нитта

Показать аннотацию

Представлен метод построения изображения одного пикселя (SPI).Предлагается метод ускорения оптических измерений. Этот метод также полезен для получения изображений высокой четкости. Описана технологическая процедура метода и описаны некоторые особенности основанного на предлагаемом методе.

Новая автоматическая система полномасштабного контроля форм для печати банкнот.
Авторы): Цзянь Чжан; Ли Фэн; Джибин Лу; Цинван Цинь; Liquan Liu; Хуина Лю

Показать аннотацию

Обеспечение качества банкнотных печатных форм - важный вопрос для корпорации, которая их производит.Каждая пластина должна быть тщательно и полностью проверена перед отправкой на фабрику по печати банкнот. Раньше работа выполнялась конкретными рабочими, обычно с помощью порошка и луп, и часто длилась от 3 до 4 часов для пластины 5 * 7 размером около 650 * 500 квадратных миллиметров. Теперь мы разработали автоматическую систему проверки, которая заменяет человеческий труд. Система в основном включает стабильную платформу, электрическую подсистему и подсистему проверки. Микроскоп, удерживаемый перекладиной, может перемещаться в пространстве x-y-z над платформой.Цифровая камера в сочетании с микроскопом фиксирует серые цифровые изображения пластины. Размер каждого цифрового изображения составляет 2672 * 4008, а каждый пиксель соответствует примерно 2,9 * 2,9 квадратных микрон площади пластины. Пластина проверяется каждым блоком, и соответствующие изображения фиксируются в одном и том же относительном положении. Тысячи изображений захватываются для одной пластины (например, 4200 (120 * 5 * 7) для пластины 5 * 7). Изображения проверяющей модели генерируются из изображений квалифицированных пластин, а затем используются для проверки неопределенных пластин.Система стоит около 64 минут, чтобы осмотреть пластину и выявлять очевидные дефекты.

Возможный алгоритм баланса белого надежной встроенной системы технического зрения
Авторы): Юань Ван; Фейхонг Ю

Показать аннотацию

Баланс белого - очень важная часть конвейера обработки цветного изображения.Чтобы удовлетворить потребность в эффективности и точности во встроенной системе обработки машинного зрения, предлагается эффективный и надежный алгоритм баланса белого, сочетающий несколько классических алгоритмов. Предлагаемый алгоритм в основном состоит из трех частей. Во-первых, чтобы гарантировать более высокую эффективность, начальный параметр, рассчитанный на основе статистики компонентов R, G и B из необработанных данных, используется для инициализации следующего итерационного метода. После этого алгоритм билинейной интерполяции используется для реализации процедуры демозаики.Наконец, вводится адаптивная схема с пошаговой регулировкой, чтобы гарантировать управляемость и надежность алгоритма. Для проверки работоспособности предложенного алгоритма на встроенной системе технического зрения разработана интеллектуальная камера на базе IMX6 DualLite, IMX291 и XC6130. Обширные эксперименты с большим количеством изображений при различных цветовых температурах и условиях экспозиции показывают, что предлагаемый алгоритм баланса белого эффективно устраняет проблему отклонения цвета, обеспечивает хороший баланс между эффективностью и качеством и подходит для встроенной системы обработки машинного зрения.

Улучшение качества изображения с помощью структурированной световой проекции
Авторы): Чжэнцзюнь Ву; Чжаофэн Цен; Сяотун Ли

Показать аннотацию

Из-за дифракции и аберраций изображения будут ухудшаться в процессе построения изображения.Необходимо найти способ исправить аберрацию без изменения структуры системы визуализации. В этой статье представлен метод улучшения качества изображения и получения более высокого разрешения. Процесс восстановления изображения с высоким разрешением из размытого изображения, освещенного структурированным светом, можно рассматривать как решение уравнений. Значения пикселей в более четком изображении, которые нам нужны, являются неизвестными, а значение каждого пикселя на плоскости изображения представляет собой их взвешенную совокупность, коэффициент которой определяется функцией экономии точек системы формирования изображения.Чтобы получить решение, необходимо больше неэквивалентных уравнений, потому что матрица коэффициентов сингулярна. В этом отрывке упомянутые выше уравнения являются изображениями со структурированным светом. Как показали моделирование и эксперимент, качество изображения заметно улучшилось. По сравнению с алгоритмами улучшения изображения, такими как повышение резкости по Собелю, алгоритмы со структурированным освещением могут восстановить более точное изображение.

Первоначальные исследования методов определения характеристик блестящих пятен в тонких оптических пленках
Авторы): Цзиньху Цзян; Вэньхуа Гу

Показать аннотацию

В этой статье мы провели предварительное исследование основных факторов, влияющих на образование блестящих пятен, предложили концепцию «игристости» для характеристики силы блестящих пятен и предложили стандартный метод измерения игристости.Мы предложили использовать зеленую лазерную указку с длиной волны 532 нм в качестве тестового источника света, пропустить свет через пленку и сформировать изображение блестящих пятен на принимающей ПЗС-матрице или листе белой бумаги. Стандартный метод обработки изображений использовался для получения порядкового номера, обозначающего состояние рассеяния лазера, которое определяется как «сверкание». В эксперименте также анализировалась степенная зависимость искристости. При правильной калибровке погрешность измерения блеска может быть минимизирована, и ее можно использовать в качестве физической величины для описания качества пленки с точки зрения проблемы блеска.Эта работа может быть полезным справочником для дальнейшего изучения проблемы искрения в оптических пленках.

Новая конструкция несущей конструкции с высокой стабильностью для космического первичного отражателя.
Авторы): Фэй Ю; Линь Дин; Тинг Тан; Цзин-ян Пей; Сюэ-минь Чжао; Шао-цзюнь Бай

Показать аннотацию

Новым опорная конструкция конструкция высокой стабильности для пространства несет главного зеркала представлена.Конструкция поддерживается опорным стержнем с шаровой головкой для статически определенной поддержки отражателя. Узел шаровой головки включает опорный стержень, гнездо, втулку и другие важные детали. Втулка гильзы из стойкого материала используется для установки на шаровой головке, приближенной к материалу отражателя, и тогда плохое влияние теплового несоответствия может быть сведено к минимуму. Чтобы гарантировать, что конструкция опоры не будет повреждена, вокруг рефлектора добавлены пятна клея для ограничения, для стабильности положения рефлектора.Путем анализа и расчетов можно увидеть, что новая опорная конструкция не будет передавать внешние напряжения на отражатель, а внешние напряжения обычно возникают в результате теплового несоответствия и несоосности сборки. Новый метод полезен для решения проблемы плохого влияния термических напряжений и монтажных усилий. В этой статье опорная конструкция представлена ​​и подробно проанализирована. Результаты моделирования показывают, что отражатель опоры шаровой головки работает более стабильно.

Оптико-механическая конструкция небольшого инфракрасного устройства для измерения облаков
Авторы): Цзяо Чжан; Сюнь Юй; Юй Тао; Сюй Цзян

Показать аннотацию

Для того, чтобы небольшой прибор для измерения инфракрасного облака мог работать в широком диапазоне температур и днем ​​и ночью, была предложена дизайнерская идея с использованием катадиоптрической инфракрасной оптической системы панорамного изображения и простой механической конструкции для реализации зоны наблюдения в любых погодных условиях.Во-первых, была спроектирована оптическая система прибора для измерения облачности. Предложен простой в использовании численный метод получения профиля катадиоптрического зеркала, обладающего свойством эквидистантной проекции и играющего важнейшую роль в катадиоптрической панорамной линзе. Во-вторых, детально изучена механическая структура. Преодоление ограничений традиционной опорной конструкции главного зеркала, интегративная конструкция была использована для структуры рефрактора и зеркало поддержки. И, наконец, были проанализированы температуры адаптивность и режимы несущей конструкции зеркала.Результаты показывают, что диапазон наблюдения прибора для измерения облачности широк, а конструкция проста, основная частота структуры превышает 100 Гц, точность поверхности рефлектора системы достигает PV λ / 10 и RMS λ / 40 ниже. Нагрузка температурного диапазона - 40 ~ 60 ° C, это может удовлетворить потребности существующих метеорологических наблюдений.

Оптико-механическая устойчивость камеры для оптического картографирования космоса
Авторы): Фуцян Ли; Weijun Cai; Фэнцинь Чжан; На Ли; Цзюньцзе Фань

Показать аннотацию

В соответствии с требованиями к элементам внутреннего ориентирования и качеством изображения картографического приложения для картографической камеры и в сочетании с системой внеосевого трехзеркального анастигмата (TMA), в этой статье представлена ​​конструкция космической оптической картографической камеры с высокой оптико-механической стабильностью.Конфигурация представляет собой коаксиальную систему TMA, используемую вне оси. Сначала описывается общая оптическая схема и дается обзор оптомеханической упаковки. Zerodurglass, композит из углеродного волокна и армированный углеродным волокном кремний-углерод (C / SiC) широко используются в оптомеханической конструкции, поскольку их низкий коэффициент теплового расширения (CTE) может снизить тепловую чувствительность зеркал и фокальной плоскости. Гибкая и поддержка разгрузки используются в отражателя и опорной конструкции камеры.Эпоксидные структурные клеи, используемые для приклеивания оптики к металлической конструкции, также представлены в этой статье. Главное зеркало монтируется с помощью системы трехточечных шарнирных опор, которые крепятся к задней части зеркала. Затем, чтобы предсказать изгибные смещения под действием силы тяжести, на главном зеркале выполняется статический анализ методом конечных элементов (МКЭ). Ошибки волнового фронта оптических характеристик (PV) и среднеквадратичное значение (RMS) обнаруживаются до и после сборки. Кроме того, выполняется динамический анализ методом конечных элементов (FEA) всей оптической системы, чтобы исследовать работу оптомеханики.Наконец, чтобы оценить стабильность конструкции, проводятся испытание на термовакуум и вибрационное испытание, а функция передачи модуляции (ФПМ) и элементы внутреннего ориентирования представлены в качестве оценочного показателя. До и после испытания на термовакуум и испытания на вибрацию измеряются MTF, фокусное расстояние и положение главной точки оптической системы, и результат соответствует ожидаемому.

Первоначальное определение орбиты с использованием массива камер
Авторы): Бяо Ян; Инчун Ли; Тинхуа Чжан; HaiRui Zeng; RunFeng Wang

Показать аннотацию

Данные оптического измерения угла могут быть использованы при начальном определении орбиты.Однако оптическая система имеет ограничение по величине, начальные орбиты не могут быть определены, когда величины цели превышают ограниченную величину или относительный размер цели не может соответствовать требованиям разрешения. Чтобы расширить наблюдаемый диапазон оптической системы и повысить точность орбиты, необходимо улучшить ограниченную величину и ограниченное разрешение системы. В этой статье обсуждается возможность первоначального определения орбиты с использованием массива камер и представлены основные процессы первоначального определения орбиты с использованием массива камер.Результаты экспериментов показывают эффективность массива камер для улучшения ограниченных размеров системы и ограниченного разрешения.

Дизайн исследования структуры теста поддержки для большого диаметра главного зеркала
Авторы): Цзяо-хун Ши; Ши-куй Ло; Хай-пей Рен; Лу Тан; Тин-юнь Ло; И-фэн Мао

Показать аннотацию

Точность измерения формы поверхности главного зеркала на земле имеет жизненно важное значение из-за важности главного зеркала в оптическом удаленном датчике.Вообще говоря, основные эффекты точности измерения формы поверхности зеркала обусловлены оптической измерительной системой и опорной конструкции. Целью данной работы является исследование конструкции несущей конструкции измерения формы зеркала. Главное зеркало, обсуждаемое в этой статье, имеет диаметр 650 мм. Требования PV и RMS к форме поверхности не превышают 0,136λ и 0,017λ соответственно, в то время как λ определяется как 632,8 нм. В настоящее время наземными методами юстировки объектива камеры являются горизонтальная оптическая ось и гравитационная разгрузка.Чтобы обеспечить одинаковые условия между регулировкой объектива камеры и работой главного зеркала, измерение формы поверхности главного зеркала должно также поддерживать горизонтальное состояние оптической оси для зеркала. Опорная конструкция зеркала, введенное в этой статье, имеет возможность чрезвычайно уменьшить искажение формы поверхности, вызванные эффектами опорной конструкции в основном. Согласно имитационному расчету изменение формы поверхности главного зеркала составляет не более 0,001λ. Результат приемлем для настройки камеры.На основании опорной конструкции измерительной упоминалось выше, главное зеркало может вращаться на 360 градусов при условии оптической оси горизонтального; достигается измерение в четырех направлениях для зеркала. Ликвидировать последствия для наземного тяжести данных измерений формы поверхности, ошибка формы зеркала четыре направления управляется не более 0.001λ на этой опорной конструкции, которая рассчитывается посредством моделирования. Исследование самокалибровочного двухосного автоколлиматора на базе ZYNQ
Авторы): Пан Го; Бинго Лю; Годун Лю; Яо Чжун; Бинхуэй Лу

Показать аннотацию

Автоколлиматоры в основном основаны на компьютерах или электронных устройствах, которые могут быть подключены к Интернету, и их точность, диапазон измерения и разрешение имеют дефекты, а для отображения изображений в реальном времени необходимы внешние дисплеи.Более того, на рынке нет калибровки автоколлиматора в реальном времени. В этой статье мы предлагаем двухосный автоколлиматор на базе встроенной платформы ZYNQ для решения вышеуказанных проблем. Во-первых, улучшена традиционная оптическая система и добавлен световой путь для калибровки в реальном времени. Затем, чтобы повысить скорость измерения, была разработана встроенная платформа на основе ZYNQ, сочетающая операционную систему Linux с автоколлиматором. В этой части достигается получение изображения, обработка изображения, отображение изображения и интерфейс человеко-машинного взаимодействия на основе Qt.Наконец, система выполняет двумерное измерение малых углов. Результаты экспериментов показали, что предложенный метод позволяет повысить точность измерения углов. Стандартное отклонение ближнего расстояния (1,5 м) составляет 0,15 дюйма по горизонтали изображения и 0,24 дюйма по вертикали, повторяемость измерения большого расстояния (10 м) улучшена на 0,12 по горизонтали и 0,3 по вертикали. направление.

Реализация поверхностных плазмон-поляритонов методом дифракции Френеля
Авторы): Расул Алипур; Шахрам Эсмаили

Показать аннотацию

Когда часть оптического волнового фронта испытывает резкое изменение фазы, дифракция Френеля становится заметной.Резкое изменение фазы происходит, когда фронт волны отражается от поверхности с резким изменением отражательной способности. Мы применяем эту концепцию к модифицированной конфигурации Кречмана для связи поверхностного плазмона. В конфигурации Кречмана металлическая пленка размещается на границе раздела двух диэлектрических сред. Первая среда с более высоким показателем преломления представляет собой призму, а вторая среда с более низким показателем преломления может быть воздухом или интересующими растворами. Но в нашей модифицированной конфигурации металлическая пленка нанесена только на половину указанной грани призмы.Когда свет с параллельной поляризацией проходит от среды с более высоким показателем преломления к среде с более низким показателем преломления под углом θ <θc, где θc - критический угол, полное внутреннее отражение может иметь место в первой среде. Впоследствии усиленные затухающие волны, а именно поверхностные плазмоны, удерживаются на границе раздела металл-диэлектрик. В этом случае амплитуда полного внутреннего отражения уменьшается на половине участка, покрывающего металлическую пленку. Следовательно, дифракционные полосы Френеля образуются из-за резкого изменения амплитуды отражения.Мы измеряем видимость дифракционных полос в зависимости от длины волны падающего света, пока мы получаем максимальную видимость. Эта длина волны соответствует поверхностному плазмонному резонансу. Мы представляем технику с помощью теории и эксперимента.

Атермический дизайн и анализ гибридной линзы из стеклопластика
Авторы): Цзянь Ян; Чжаофэн Цен; Сяотун Ли

Показать аннотацию

С быстрым развитием рынка средств безопасности гибридные линзы из стеклопластика постепенно стали выбором для особых требований, таких как высокое качество изображения в широком диапазоне температур и низкая стоимость.Уменьшение сферической аберрации достигается за счет использования асферической поверхности вместо увеличения количества линз. Очевидно, что пластиковая асферическая линза играет большую роль в снижении стоимости. Однако у гибридных линз есть приоритетная проблема, которая заключается в большом тепловом коэффициенте расширения пластика, вызывающем смещение фокуса и серьезно влияющем на качество изображения, поэтому гибридные линзы очень чувствительны к изменению температуры. Для обеспечения нормальной работы системы в широком диапазоне температур необходимо исключить влияние температуры на систему гибридных линз.Практический метод проектирования, названный картой атермального материала, резюмируется и проверяется на примере атермального дизайна в соответствии с расчетным индексом. Он включает в себя распределение оптической силы и выбор стекла или пластика. Результат проектирования показывает, что оптическая система обеспечивает отличное качество изображения в широком диапазоне температур от -20 ℃ до 70 ℃. Метод атермического расчета в этой статье имеет универсальность, которая может применяться к оптической системе с пластиковой асферической поверхностью.

Исследование стиля рентгенооптической системы глаза ангела-лобстера
Авторы): HuaQi Cheng; Юйцзяо Лю; Шао Вэй Чжан; LinBao Hou; Синлун Ли

Показать аннотацию

Эта статья развивает теорию исследования широкоугольной рентгеновской оптической системы глаза лобстера Angel, основанной на принципе полного падения.Комбинируя конфигурацию, характерную для глаза лобстера, рекомендуют вывод фокусировки луча света на половину радиуса, будь то точечный или параллельный свет. Разработал микроканал по принципу реальной трассировки лучей и получил взаимосвязь между различными параметрами, используя эмуляцию числовых значений. Полученные пиксели и изображения освещения подтвердили широкополосную фокусировку, характерную для глаза лобстера Ангела, путем моделирования оптической системы.

Новая система автомобильных фар на основе цифровых микрозеркальных устройств и дифракционных оптических элементов.
Авторы): Пинг Су; Юмин Сон; Цзяньше Ма

Показать аннотацию

DMD (цифровое микрозеркальное устройство) обладает такими преимуществами, как высокая частота обновления и высокая дифракционная эффективность, что делает его идеальным устройством для загрузки нескольких режимов освещения.DOE (дифракционный оптический элемент) обладают такими преимуществами, как высокая степень свободы, легкий вес, простота копирования, низкая стоимость и т. Д. И могут использоваться для уменьшения веса, сложности и стоимости оптической системы. В этой статье предлагается новая система автомобильных фар, использующая DMD в качестве элемента распределения света и DOE в качестве устройства модуляции светового поля. ДОЭ в чистой фазе получают с помощью алгоритма GS с использованием интегральной модели дифракции Рэлея-Зоммерфельда. На основе стандартного распределения интенсивности света автомобильных фар в целевой плоскости распределение амплитуд DMD получается путем численного моделирования, и соответственно может быть получена диаграмма в градациях серого, загруженная на DMD.Наконец, согласно результатам моделирования, распределение интенсивности света в целевой плоскости пропорционально национальному стандарту, что подтверждает пригодность новой системы. Новая система освещения, предложенная в этой статье, обеспечивает надежную аппаратную платформу для интеллектуальных фар.

Создание инфракрасных многослойных дифракционных оптических элементов с низкой температурной чувствительностью.
Авторы): Хунфан Ян; Чанси Сюэ

Показать аннотацию

Представлен оптимальный метод предотвращения снижения дифракционной эффективности при работе инфракрасных дифракционных оптических элементов в широком диапазоне температур.Этот метод может снизить стоимость тепловых инфракрасных дифракционных линз за счет уменьшения высоты микроструктуры и объема многослойных дифракционных оптических элементов (MLDOE). Эффективность дифракции результатов сравнивалась с предыдущими методами с длинами волн между длинной инфракрасной и средней инфракрасной волнами. Эти сравнения показывают лучшую температурную стабильность MLDOE, когда элементы работают в широком диапазоне температур.

Частичная компенсационная интерферометрия для измерения погрешности поверхностных параметров асферических поверхностей высокого порядка
Авторы): Цюнь Хао; Тэнфэй Ли; Яо Ху

Показать аннотацию

Параметры поверхности - это свойства для описания характеристик формы асферической поверхности, которые в основном включают радиус кривизны вершины (VROC) и коническую постоянную (CC).VROC влияет на основные свойства, такие как фокусное расстояние асферической поверхности, в то время как CC является основой классификации асферической поверхности. Отклонения двух параметров определяются как погрешность параметра поверхности (SPE). Точное измерение SPE имеет решающее значение для изготовления и выравнивания асферической поверхности. Как правило, SPE асферической поверхности измеряется непосредственно путем подгонки кривизны к данным измерения абсолютного профиля в результате контактных или бесконтактных испытаний. И большинство основанных на интерферометрии методов используют нулевые компенсаторы или нулевые компьютерные голограммы для измерения SPE.Насколько нам известно, не существует эффективного способа измерения SPE асферической поверхности высокого порядка с ненулевой интерферометрией. В этой статье, основываясь на теории асферичности склона и наилучшем компенсационном расстоянии (BCD), установленном в нашей предыдущей работе, мы предлагаем метод измерения SPE для асферической поверхности высокого порядка в системе частичной компенсации интерферометрии (PCI). В этой процедуре, во-первых, мы устанавливаем систему двухэлементных уравнений, используя изменение BCD, вызванное SPE, и изменение формы поверхности.Затем мы можем одновременно получить ошибку VROC и ошибку CC в системе PCI, решив уравнения. Моделирование проводится для проверки метода, и результаты показывают высокую относительную точность.

Отражательный микропрофилометр Shack-Hartmann
Авторы): Хай Гонг; Олег Соловьев; Мишель Верхаген; Глеб Вдовин

Показать аннотацию

Мы представляем микроскоп для количественной фазовой визуализации, основанный на датчике Шака-Хартмана, который непосредственно восстанавливает разность оптических путей (OPD) в режиме отражения.По сравнению с голографическими или интерферометрическими методами, метод SH не нуждается ни в опорном пучке в установке, что упрощает систему. С предварительно зарегистрированным эталоном изображение OPD может быть восстановлено из одного снимка. Кроме того, этот метод предъявляет довольно мягкие требования к когерентности освещения, поэтому в установке возможен дешевый источник света, такой как светодиод. В наших предыдущих исследованиях мы успешно подтвердили, что обычный пропускающий микроскоп может быть преобразован в оптический микроскоп разности хода с помощью датчика волнового фронта Шака-Гартмана при некогерентном освещении.Ключевым условием является то, что числовая апертура освещения должна быть меньше числовой апертуры изображающего объектива. Этот подход также применим для определения характеристик отражающих и слабо рассеивающих поверхностей.

Численный анализ восстановления остаточных напряжений для осесимметричных стеклянных элементов.
Авторы): Бо Тао; Шуан Сюй; Хунхуэй Яо

Показать аннотацию

Неразрушающий метод измерения трехмерного напряженного состояния в стеклянном цилиндре с использованием фотоупругости был проанализирован путем моделирования в этом исследовании.На основе моделирования напряжений в стеклянном цилиндре, интенсивность цилиндра в круговом полярископе может быть рассчитана с помощью исчисления Джонса. Следовательно, изоклинный угол и оптическое запаздывание могут быть получены с помощью шестиступенчатой ​​техники фазового сдвига. Через изоклинный угол и оптическое замедление можно восстановить величину и распределение остаточных напряжений внутри стеклянного цилиндра в цилиндрической системе координат. Сравнивая восстановленные напряжения с численно смоделированными напряжениями, результаты подтверждают, что этот неразрушающий метод может быть использован для восстановления трехмерных напряжений.Однако есть некоторые несоответствия в осевом напряжении, радиальном напряжении и окружном напряжении.

Измерение параллельности плоского стекла при наклонном падении методом интерферометрии
Авторы): Йи Ян; Линь Чжан; Чжендун Ши; Хуа Ма; Хуан Рен; Ён Хэ

Показать аннотацию

Параллельность - важный параметр плоского стекла в твердотельных лазерах большой мощности.В данной статье предлагается метод измерения параллельности. Этот метод основан на методе полного наименьших квадратов (TLS) для размещения волнового фронта в плоскости, параллельность может быть вычислена по включенному углу между плоскостями. Кроме того, с помощью метода трехмерной трассировки лучей стекло с большей плоскостью апертуры может быть измерено с помощью меньшего интерферометра при наклонном падении. Для проверки точности этого метода проводится сравнительный тест на параллельность, измеренную при 0 °, и наклонное падение.

Исследование техники предварительной обработки изображений для высокочувствительной длинноволновой инфракрасной камеры с пуш-щеткой.
Авторы): Лимин Ву; Лян Лонг; Лиша Чжан; Чжэ Ван

Показать аннотацию

В этой статье дается исследование техники предварительной обработки, которое включает калибровку нечетных и четных изображений, компенсацию плохих пикселей и калибровку неоднородности для высокочувствительной длинноволновой инфракрасной камеры с пуш-щеткой.Разница температур, эквивалентная шуму (NETD) инфракрасной камеры, достигла менее 10 мК. В статье анализируются эффекты высокочувствительной визуализации с использованием различных стандартов предварительной обработки в соответствии с данными испытаний, а также анализируется влияние на качество изображения при использовании различных методов предварительной обработки. Наконец, в статье представлены подходящие методы предварительной обработки изображений для высокочувствительной инфракрасной камеры: метод нечетно-четной калибровки с учетом отношения скорости к высоте, методы компенсации плохих пикселей, которые являются уникальными для временных и пространственных плохих пикселей, и методы калибровки неоднородности. который объединяет калибровку, основанную на данных тестирования черного тела, и калибровку, основанную на данных визуализации реальной сцены.Подтверждено, что остаточная неоднородность инфракрасного изображения может быть уменьшена до 0,03% с помощью методов предварительной обработки, что удовлетворяет требованиям высокочувствительной визуализации.

Поляризационно-независимый регулируемый оптический аттенюатор на основе ромбической призмы
Авторы): Вэньцзюнь Хэ; Вентао Цзя; Чжиин Лю; Юэган Фу

Показать аннотацию

Оптический аттенюатор со специальными характеристиками, такими как широкий спектр, высокая точность, независимость от поляризации и больший динамический диапазон, является ключевым устройством для тестирования характеристик канала связи в лазерных системах связи в свободном пространстве.Предлагается поляризационно-независимый регулируемый оптический аттенюатор на основе ромбической призмы. Две ромбические призмы используются для уравновешивания поляризационных аберратов ионов, а падающие поверхности ромбических призм перпендикулярны друг другу. Мы контролируем угол падения лучей, которые падают на отраженные поверхности ромбических призм, между углом Брюстера и критическим углом, затем можно изменять коэффициент ослабления аттенюатора. Результаты теоретического анализа и численного моделирования показывают, что разработанный аттенюатор не зависит от поляризации, диапазон длин волн от 790 нм до 1550 нм, динамический диапазон коэффициента затухания от -40 дБ до -3 дБ, аберрация волнового фронта менее  / 20 @ 974 нм.

Визуализация продолжительности жизни флуоресценции с временной шкалой в масштабе Ns для судебно-медицинской экспертизы документов
Авторы): Синь Чжун; Синьвэй Ван; Ян Чжоу

Показать аннотацию

Предложен метод построения изображений с временным интервалом времени жизни флуоресценции (TFLI) в масштабе нс для различения различных флуоресцентных веществ при судебно-медицинской экспертизе документов.По сравнению с видеоспектральным компаратором (VSC), который может исследовать только изображения интенсивности флуоресценции, TFLI может обнаруживать сомнительные документы, такие как фальсификация или изменение. Система TFLI может усилить слабый сигнал методом накопления. Два изображения интенсивности флуоресценции с интервалом времени задержки tg получены ICCD и помещены в изображение времени жизни флуоресценции. Время жизни флуоресцентных веществ представлено разными цветами, что позволяет легко определять флуоресцентные вещества и последовательность почерка.Это доказывает, что TFLI - мощный инструмент для судебной экспертизы документов. Кроме того, преимуществами системы TFLI являются сохранение точности в масштабе нс и мощные возможности захвата.

Улучшенный алгоритм обнаружения центра лазерного пятна на сильном шумовом фоне.
Авторы): Ле Чжан; Цяньцянь Ван; Сютай Цуй; Ю Чжао; Чжун Пэн

Показать аннотацию

Обнаружение центра лазерного пятна требуется во многих приложениях.Общие алгоритмы обнаружения центра лазерного пятна, такие как центроид и метод преобразования Хафа, обладают плохой защитой от помех и низкой точностью обнаружения в условиях сильного фонового шума. В этой статье, во-первых, медианная фильтрация использовалась для удаления шума при сохранении краевых деталей изображения. Во-вторых, была проведена бинаризация изображения лазерного факела для выделения целевого изображения из фона. Затем была проведена морфологическая фильтрация для устранения точек шума внутри и снаружи пятна.Наконец, край предварительно обработанного изображения факела был извлечен, а центр лазерного пятна был получен с использованием метода подбора круга. В основу алгоритма подбора круга улучшенный алгоритм добавил медианную фильтрацию, морфологическую фильтрацию и другие методы обработки. Этот метод может эффективно фильтровать фоновый шум посредством теоретического анализа и экспериментальной проверки, что увеличивает помехоустойчивость обнаружения центра лазерного пятна, а также повышает точность обнаружения.

Усовершенствованная система трехмерной безсканирующей лазерной визуализации на основе цифрового микрозеркального устройства.
Авторы): Венцзэ Ся; Шаокун Хан; Цзею Лэй; Юй Чжай; Александр Николаевич Тимофеев

Показать аннотацию

В настоящее время существует два основных метода для реализации обнаружения трехмерного несканирующего лазерного изображения: метод обнаружения на основе APD и метод обнаружения на основе Streak Tube.Однако метод обнаружения на основе APD обладает некоторыми недостатками, такими как небольшое количество пикселей, большой интервал между пикселями и сложная схема поддержки. Метод обнаружения на основе Streak Tube обладает рядом недостатков, таких как большой объем, плохая надежность и высокая стоимость. Чтобы решить вышеупомянутые вопросы, в данной статье предлагается улучшенная трехмерная система лазерной визуализации без сканирования на основе цифрового микрозеркального устройства. В этой системе формирования изображения точное управление лазерными лучами и компактная конструкция структуры формирования изображения реализованы с помощью нескольких четвертьволновых пластин и поляризационного светоделителя.Волоконная оптика переназначения используется для выборки плоскости изображения принимающей оптической линзы и преобразования изображения в линейный световой ресурс, что позволяет реализовать принцип формирования изображения без сканирования. Цифровое микрозеркальное устройство используется для преобразования лазерных импульсов из временной области в пространственную. ПЗС-матрица с высокой чувствительностью используется для обнаружения окончательных отраженных лазерных импульсов. В этой статье мы также используем алгоритм, который используется для моделирования этой улучшенной системы лазерной визуализации. В последнем случае эксперимент с моделированием изображения демонстрирует, что эта улучшенная система лазерного изображения может реализовать обнаружение трехмерного несканирующего лазерного изображения.

Моделирование допуска асферичности с подгонкой полиномов
Авторы): Цзин Ли; Чжаофэн Цен; Сяотун Ли

Показать аннотацию

Форма асферической линзы изменяется из-за ошибок обработки, что приводит к изменению оптической передаточной функции, что влияет на качество изображения.В настоящее время не существует общепризнанного стандарта критериев допуска для асферической поверхности. Для изучения влияния асферических допусков на оптическую передаточную функцию допуски полиномиальной аппроксимации распределяются на асферической поверхности, а моделирование изображения выполняется с помощью программного обеспечения для оптического изображения. Анализ основан на наборе асферической системы визуализации. Ошибка создается в диапазоне определенного значения PV и выражается в форме полинома Цернике, который добавляется к асферической поверхности в качестве члена допуска.Посредством анализа оптического программного обеспечения можно получить значение MTF оптической системы и использовать его в качестве основного оценочного показателя. Оцените, соответствует ли влияние добавленной ошибки на MTF системы требованиям текущего значения PV. Измените значение PV и повторяйте операцию, пока не будет получено приемлемое максимально допустимое значение PV. В соответствии с фактической технологией обработки рассмотрите ошибки различных форм, таких как тип M, тип W, ошибка случайного типа. Новый метод обеспечит определенное развитие реальной технологии обработки свободной поверхности эталонного значения.

Метод оценки четкости цветного изображения на основе метода глубокого обучения
Авторы): Ди Лю; Иньчун Ли

Показать аннотацию

Чтобы оценить различные уровни размытия цветного изображения и улучшить метод оценки четкости изображения, в этой статье предложен метод, основанный на структуре глубинного обучения и модели классификации нейронной сети BP, а также представлен метод оценки четкости нереференсных цветных изображений.Во-первых, с использованием сети VGG16 в качестве экстрактора признаков для извлечения 4096 размерных признаков изображений, затем извлеченные признаки и помеченные изображения используются в нейронной сети BP для обучения. И, наконец, добиться оценки четкости цветного изображения. Метод, описанный в этой статье, опробован с использованием изображений из базы данных CSIQ. Изображения размыты на разных уровнях. После обработки остается 4000 изображений. Разделив 4000 изображений на три категории, каждая категория представляет уровень размытия.300 из 400 многомерных функций обучаются в сети VGG16 и нейронной сети BP, а остальные 100 образцов тестируются. Результаты экспериментов показывают, что этот метод может в полной мере использовать возможности глубокого обучения по обучению и характеристике. Ссылаясь на текущие недостатки основных существующих методов оценки четкости изображения, которые вручную проектируют и извлекают элементы. Метод, описанный в этой статье, позволяет автоматически извлекать особенности изображения и обеспечивает отличную точность классификации качества изображения для набора тестовых данных.Степень точности 96%. Более того, прогнозируемые уровни качества исходных цветных изображений аналогичны восприятию зрительной системы человека.

Метод визуализации системы кодирования волнового фронта на основе вращения фазовой пластинки
Авторы): Ригуи Йи; Си Чен; Ликюань Донг; Мин Лю; Юэцзинь Чжао; Сяохуа Лю

Показать аннотацию

Кодирование волнового фронта имеет большие перспективы для увеличения глубины оптической системы формирования изображения и уменьшения оптических аберраций, но качество изображения и шумовые характеристики неизбежно снижаются.Согласно теоретическому анализу системы кодирования волнового фронта и выражению фазовой функции кубической фазовой пластинки, в этой статье проанализировано и использовано свойство, согласно которому выражение фазовой функции будет инвариантным в новой системе координат, когда фазовая пластина вращается с разными значениями. углов вокруг оси z, и мы предложили метод, основанный на вращении фазовой пластинки и слиянии изображений. Во-первых, пусть фазовая пластина повернута на определенный угол вокруг оси z, форма и распределение PSF, полученного на поверхности изображения, остаются неизменными, угол поворота и направление соответствуют углу поворота фазовой пластины.Затем среднее размытое изображение фильтруется функцией рассеяния точки регулировки поворота. Наконец, восстановленные изображения были объединены методом объединения изображений пирамиды Лапласа и методом объединения спектров с преобразованием Фурье, и результаты были оценены субъективно и объективно. В этой статье мы использовали Matlab для моделирования изображений. При использовании метода слияния изображений пирамиды Лапласа отношение сигнал / шум изображения увеличивается на 19% ~ 27%, четкость увеличивается на 11% ~ 15%, а средний градиент увеличивается на 4% ~ 9. %.При использовании метода слияния спектров с преобразованием Фурье отношение сигнал / шум изображения увеличивается на 14% ~ 23%, четкость увеличивается на 6% ~ 11%, а средний градиент улучшается на 2% ~ 6. %. Результаты экспериментов показывают, что обработка изображения указанным выше способом может улучшить качество восстановленного изображения, улучшить четкость изображения и может эффективно сохранить информацию об изображении.

Пространственно-временное выравнивание нескольких датчиков
Авторы): Тинхуа Чжан; Гоцян Ни; Гуйхуа Фань; Хуаянь Сунь; Бяо Ян

Показать аннотацию

С целью достижения пространственно-временного совмещения мультисенсора на одной платформе для наблюдения за космическими целями предлагается совместный метод пространственно-временного совмещения.Для калибровки параметров и измерения положения камер предлагается метод астрономической калибровки, основанный на моделировании звездной карты и коллинеарных инвариантных характеристиках четырехугольной диагонали между наблюдаемой звездной картой. Чтобы одновременно удовлетворить временное соответствие и подобие пространственного выравнивания, метод, основанный на астрономической калибровке и измерении ориентации в этой статье, формулирует выравнивание видео, чтобы свести пространственное и временное выравнивание в общую структуру выравнивания.Преимущество этого метода усиливается за счет использования сходства и предшествующего знания векторного поля скорости между соседними кадрами, которое рассчитывается с помощью алгоритма SIFT Flow. Предлагаемый метод обеспечивает наивысшую точность пространственно-временного выравнивания по сравнению с современными методами для последовательностей, записанных с нескольких датчиков в разное время.

Метод исследования эхо-лазерного импульса, основанный на аналитических выражениях.
Авторы): Цян Ло; Цзяньго Цуй; Hongpeng Lv; Вэйпин Солнце; Чао Лян

Показать аннотацию

Исследуется интегрированная модель эхо-лазерного импульса (ЭЛП) цели произвольной формы в условиях одновременного воздействия на ЭЛП турбулентности цели и атмосферы.ELP двух типичных целей (плоскости и асферической поверхности) используются для проверки достоверности модели с помощью аналитического выражения. Результаты, основанные на моделировании ELP для различных целей и интенсивности атмосферной турбулентности, показывают, что на ELP для цели со сложной поверхностью легче воздействовать атмосферной турбулентностью, чем для цели с простой поверхностью. Кроме того, мы изучаем взаимосвязь между количеством сеток и относительной погрешностью аналитического выражения, что представляет интерес для получения оптимального количества сеток, используемых в моделировании.

Разработка и изготовление субволновой антиотражающей решетки
Авторы): Вэньлун Цзоу; Хаомин Ли; Синьжун Чен; Чжицзян Цай; Цзяньхун Ву

Показать аннотацию

В лазерной системе высокой мощности отражение от оптической поверхности оказывает сильное влияние на эффективность использования световой энергии.Отражение Френеля может быть эффективно подавлено просветляющей пленкой. Для этого антиотражающая пленка является одним из важных оптических элементов в мощной лазерной системе. Обычные методы изготовления антиотражающей пленки включают однослойную пленку, многослойную пленку и решетку с субволновой длиной волны. Эффективность монослоя неудовлетворительна, а полоса спектра его применения очень узка. Процесс изготовления многослойной пленки сложен и очень дорог. Новой технологией изготовления противоотражающей пленки является субволновая решетка.Дифракционная эффективность пропускания нулевого порядка зависит от периода, глубины травления и рабочего цикла решетки. Параметры структуры просветляющей решетки были разработаны и оптимизированы под малый угол падения 351 нм на основе строгого метода анализа связанных волн. Влияние дифракции отражения нулевого порядка и дифракции пропускания нулевого порядка на период, рабочий цикл и глубину травления решетки подробно обсуждалось в этой статье. Субволновая просветляющая решетка была изготовлена ​​методом голографического и ионного травления.

Микроспектрометр видимого инфракрасного диапазона на основе монослойной пленки предварительно агрегированных наночастиц серебра и карты инфракрасного датчика
Авторы): Дао Ян; Цзин-сяо Пэн; Хо-пуи Хо; Чун-юань Сун; Сяо-Ли Хуан; Юн-юань Чжу; Син-ао Ли; Вэй Хуанг

Показать аннотацию

Используя предварительно агрегированную однослойную пленку из наночастиц серебра и карту инфракрасного датчика, мы демонстрируем миниатюрную конструкцию спектрометра, которая охватывает широкий диапазон длин волн от видимого до инфракрасного с высоким спектральным разрешением.Спектральный состав падающего зондирующего луча восстанавливается путем решения матричного уравнения с помощью сглаживающего алгоритма моделирования отжига. Предлагаемый спектрометр предлагает значительные преимущества перед современными приборами, основанными на преобразовании Фурье и решеточной дисперсии, с точки зрения размера, разрешения, спектрального диапазона, стоимости и надежности. Спектрометр содержит три компонента, которые используются для дисперсии, преобразования частоты и обнаружения. Неупорядоченные наночастицы серебра в дисперсном компоненте снижают сложность изготовления.Карта инфракрасного датчика в преобразующем компоненте расширяет рабочий спектральный диапазон системы на видимый и инфракрасный диапазоны. Поскольку ПЗС, используемая в компоненте обнаружения, обеспечивает очень большое количество измерений интенсивности, можно восстановить окончательный спектр с высоким разрешением. В качестве дополнительной функции нашего алгоритма решения матричного уравнения, которая подходит для восстановления как широкополосных, так и узкополосных сигналов, мы приняли шаг сглаживания, основанный на алгоритме моделирования отжига.Этот алгоритм повышает точность спектральной реконструкции.

Дизайн большого зума для видимой и инфракрасной оптической системы в пространстве полусферы
Авторы): Ян-гуан Син; Линь Ли; Хуан Чжан

Показать аннотацию

В области космической оптики применение передовых оптических инструментов для обнаружения и идентификации соответствующих целей стало передовой технологией в современной оптике.Чтобы выполнить задачу поиска в широком поле зрения и детального исследования в узком поле зрения, неизбежно использование структуры системы масштабирования для достижения лучшего наблюдения за важными целями. Новшество в этой статье заключается в использовании оптической системы масштабирования в космическом обнаружении, которая прежде всего удовлетворяет военные потребности обыскиваемой цели в большом поле зрения и распознаваемой цели в малом поле зрения. В то же время, в этой статье также сначала завершается разработка системы оптического обнаружения с переменным фокусом в диапазоне полусферы, оптическая система масштабирования работает в диапазоне видимых и инфракрасных длин волн, угол перспективы достигает 360 °, а коэффициент масштабирования видимой системы до 15.Видимая система имеет диапазон масштабирования 60 ~ 900 мм, полосу обнаружения 0,48 ~ 0,70 мкм и F-число от 2,0 до 5,0. Инфракрасная система имеет диапазон масштабирования 150 ~ 900 мм, полосу обнаружения 8 ~ 12 мкм и F-число от 1,2 до 3,0. MTF видимой системы масштабирования составляет более 0,4 при пространственной частоте 45 линий / мм, а системы инфракрасного масштабирования - более 0,4 при пространственной частоте 11 линий / мм. Результаты проектирования показывают, что система имеет хорошее качество изображения.

Лазерная спекл-контрастная визуализация с использованием метода светового поля микроскопа
Авторы): Сяохуэй Ма; Антин Ван; Фэнхуа Ма; Цзы Ван; Хай Мин

Показать аннотацию

В этой статье предлагается система лазерной спекл-контрастной визуализации (LSCI), использующая микроскоп светового поля (LF).Насколько нам известно, это первая комбинация LSCI с LF. Чтобы проверить эту идею, прототип состоит из модифицированной системы визуализации LF-микроскопа и экспериментального устройства. Коммерчески используемая камера Lytro была модифицирована для получения изображений под микроскопом. Полые стеклянные пробирки разной глубины, закрепленные в стеклянной посуде, использовались для моделирования сосудов головного мозга и тестирования работы системы. По сравнению с обычным LSCI, с помощью нашей системы можно реализовать три новые функции, которые включают перефокусировку, увеличение глубины резкости (DOF) и сбор трехмерной информации.Эксперименты показывают, что принцип реализуем и предлагаемая система работает хорошо.

Конструкция двухдиапазонной телескопической системы с общим оптическим трактом в видимом и инфракрасном диапазонах
Авторы): YuLin Guo; Сюнь Юй; Юй Тао; Сюй Цзян

Показать аннотацию

Использование двухдиапазонной комбинации видимого и инфракрасного инфракрасного излучения может эффективно улучшить характеристики фотоэлектрической системы обнаружения, телевизионная и инфракрасная системы были разработаны с общим трактом с помощью общей оптической системы отражения.Разработана телевизионная / ИК инфракрасная система общего калибра и общего пути, которая может передавать удаленную и круглосуточную информацию. Для охлаждаемой матрицы в фокальной плоскости 640 × 512 была представлена ​​инфракрасная система средних волн с фокусным расстоянием 600 мм. 、 Число F 4 поле зрения (FOV) 0,38 ° × 0,43 °, система использует оптическую пассивную тепловую конструкцию, имеет компактную структуру и может соответствовать 100% эффективности защиты от холода, в то же время она отвечает конструктивным требованиям, касающимся легкости и атермализации. . Для ПЗС-матрицы с разрешением 1920 × 1080 пикселей была завершена видимая (ТВ) система с фокусным расстоянием 500 мм, числом 4F.Представлен окончательный вариант конструкции оптики с функцией передачи модуляции, демонстрирующий превосходные характеристики изображения в двух диапазонах в диапазоне температур от -40 ° до 60 °.

Оптическая схема светодиодной прожекторной системы
Авторы): Чен Гун; Хайпин Сюй; Цзиньхуа Лян; Юньфэй Лю; Цзэнцюань Юань

Показать аннотацию

Система прожекторов видимого диапазона 1200 м разработана на основе фотометрии и применения геометрической оптики.Для создания распределения интенсивности этого относительно мощного светового луча мы предлагаем использовать светодиод высокой мощности и несколько преломляющих оптических элементов, которые состоят из двух плоско-выпуклых линз и обычной линзы Френеля. Две плоско-выпуклые линзы позволяют преломлять боковые лучи от светодиода в переднем направлении, которые падают на линзу Френеля. Линзы Френеля, в свою очередь, концентрируют световой поток и обеспечивают почти коллимированный луч, чтобы удовлетворить требованиям формирования хорошо освещенной области через дорогу в дальней зоне.Данные моделирования показывают, что этот прожектор позволяет создать соответствующее распределение освещения для требований большой дальности. Разработан опытный образец, обеспечивающий приемлемую освещенность.

Эффективный способ снизить водопоглощение до терагерц
Авторы): Yaxiong Wu; Бо Су; Цзинсуо Хэ; Цун Чжан; Хунфэй Чжан; Шэнбо Чжан; Цуньлин Чжан

Показать аннотацию

Поскольку многие уровни вибрации и вращения биомолекул попадают в диапазон ТГц, ТГц спектроскопия может использоваться для идентификации биологических образцов.Кроме того, большинству биомолекул необходимо поддерживать свою биологическую активность в жидкой среде, но вода как полярное вещество сильно поглощает ТГц волну. Таким образом, трудно обнаружить информацию об образце в водном растворе с помощью волны ТГц. Чтобы информация о биологических образцах не была замаскирована в растворе, использовались многие исследовательские методы, чтобы выяснить, как уменьшить водопоглощение в терагерцовом диапазоне. В этой статье мы разработали химическую методологию в реальном времени с помощью системы спектроскопии во временной области терагерцового диапазона (THz-TDS).Материал Zeonor 1020r используется в качестве подложки и крышки, а PDMS - в качестве прослойки каналов. Передача пустого микрожидкостного чипа составляет более 80% в диапазоне 0,2-2,6 ТГц по системе THz-TDS. Затем были проведены эксперименты с использованием чипов, которые были заполнены 1,2-пропандиолом в различных объемах, и было доказано, что микрожидкостный чип может снизить водопоглощение в терагерцовом диапазоне. Наконец, чтобы дополнительно изучить уменьшение терагерцового диапазона до водопоглощения, мы вводим в чип различные концентрации электролита.Результаты показывают, что при добавлении различных электролитов в линии передачи терагерцового диапазона наблюдаются явные изменения. Можно принять во внимание, что электролит по-разному влияет на водородные связи в водном растворе. Некоторые из них могут продвигать кластеры молекул воды, а другие разрушать их. На основе микрожидкостного чипа открытие этого явления может обеспечить способ уменьшения водопоглощения до терагерцового диапазона. Эта работа заложила прочную основу для последующего исследования по снижению водопоглощения терагерцового диапазона.

Разработка и изготовление направленного дифракционного устройства на стеклянной подложке для многовидового голографического 3D-дисплея.
Авторы): Янфэн Су; Чжицзян Цай; Цюань Лю; Вэньлун Цзоу; Пэйлян Го; Цзяньхун Ву

Показать аннотацию

Многоканальный голографический 3D-дисплей на основе направленного дифракционного устройства с рисунком наночастиц может предоставлять 3D-изображения с высоким разрешением и широким углом обзора, что привлекло значительное внимание.Однако направленное дифракционное устройство тока, изготовленное на фоторезисте, уязвимо к повреждению, что приведет к короткому сроку службы устройства. В этой статье мы предлагаем направленное дифракционное устройство на стеклянной подложке для увеличения срока его службы. В процессе проектирования период и ориентация нанорешетки в каждом пикселе тщательно рассчитываются в соответствии с заранее определенным положением зоны обзора, а параметры бороздок разрабатываются путем анализа дифракционной эффективности пикселя нанорешетки на стекле. субстрат.В эксперименте направленное дифракционное устройство из фоторезиста с четырьмя проекциями с полным покрытием массивов пиксельных наноразмерных решеток эффективно изготавливается с использованием ультрафиолетовой системы литографии с плавно регулируемой пространственной частотой, а затем рисунки наночастиц на фоторезисте переносятся на стеклянная подложка путем сочетания травления ионным пучком и травления реактивным ионным пучком для точного управления параметрами канавки. Свойства устройства из травленого стекла измеряются при освещении коллимированным лазерным лучом с длиной волны 532 нм.Результаты экспериментов показывают, что эффективность использования света улучшена и оптимизирована по сравнению с фоторезистивным устройством. Кроме того, изготовленное устройство на стеклянной подложке легче воспроизводить, оно отличается большей долговечностью и практичностью, что демонстрирует большой потенциал в коммерческих приложениях терминала с 3D-дисплеем.

Профилометрия с проекцией бахромы на портативных потребительских устройствах
Авторы): Данжи Лю; Чжипэн Пан; Юйсян Ву; Хуэйминь Юэ

Показать аннотацию

Профилометрия с проекцией бахромы (FPP) с использованием портативных потребительских устройств является привлекательной, поскольку она может выполнять оптические трехмерные (3D) измерения для обычных потребителей в их повседневной жизни.Мы демонстрируем FPP с помощью камеры в мобильном телефоне и цифрового потребительского мини-проектора. В нашем эксперименте по тестированию производительности камеры смартфона (iphone7) камера iphone7 с редкой лицевой панелью приводит к тому, что FPP имеет коэффициент контрастности полосы 0,546, значение нелинейной аберрации фазы несущей 0,6 рад и нелинейную фазовую ошибку 0,08 рад. и среднеквадратичная случайная фазовая ошибка 0,033 рад. Напротив, FPP, использующий промышленную камеру, имеет коэффициент контрастности полосы 0,715, значение нелинейной аберрации фазы несущей 0.5 рад, нелинейная фазовая ошибка 0,05 рад и среднеквадратичная случайная фазовая ошибка 0,011 рад. Хорошая производительность достигается за счет использования FPP, состоящего из iphone7 и мини-проектора. Трехмерная информация о лицевой маске размером для взрослого также измеряется с помощью FPP, который использует портативные потребительские устройства. После калибровки системы получается трехмерная абсолютная информация о лицевой маске. Результаты измерений хорошо согласуются с результатами, полученными традиционным способом. Наши результаты показывают, что можно использовать портативные потребительские устройства для создания хороших FPP, которые будут полезны обычным людям для получения трехмерной информации в их повседневной жизни.

Разработка системы измерения трехмерного профиля поверхности на основе хроматической конфокальной технологии.
Авторы): Ан-су Ван; Бинь Се; Цзы-вэй Лю

Показать аннотацию

Хроматический конфокальный 3D профилометр в последнее время широко используется в научных исследованиях и в промышленности благодаря своей высокой точности, большому диапазону измерения и числовым характеристикам поверхности.Он может предоставить точное и всенаправленное решение для производства и исследований с помощью техники трехмерного бесконтактного анализа поверхности. В статье анализируется принцип измерения поверхности с помощью хроматической конфокальной технологии, приводятся конструктивные показатели и требования к конфокальной системе. В качестве ключевого компонента был разработан рассеивающий объектив, используемый для получения продольной фокальной вибрации с длиной волны. Объектив рассеивает фокус с длиной волны от 400 ~ 700 нм до 15 мм в продольном диапазоне.С выбранным спектрометром разрешение хроматического конфокального 3D профилометра составляет не более 5 мкм, что может удовлетворить потребности в высокоточных бесконтактных измерениях профиля поверхности.

Конструкция расширительной системы с лазерным афокальным зумом
Авторы): Лиан Цзян; Чун-Мей Цзэн; Тянь-Тянь Ху

Показать аннотацию

Система расширения лазерного афокального зума благодаря изменяемому диаметру луча может использоваться в микроскопе с подсветкой светового листа для наблюдения за образцами разных размеров.На основе принципа афокальной системы масштабирования с использованием программного обеспечения Zemax разработана система лазерной коллимации и расширителя луча с общей длиной менее 110 мм, 6 сферических линз и коэффициентом расширения луча 10. Система ориентирована на лазер с длиной волны 532 нм, углом расхождения менее 4 мрад и диаметром падения 4 мм. С комбинацией из 6 сферических линз угол расходимости луча составляет 0,4 мрад при максимальном коэффициенте увеличения, а среднеквадратичные значения при различных скоростях меньше λ / 4.Эта конструкция проста по конструкции, ее легко обрабатывать и настраивать. Это имеет определенное практическое значение.

Оптический дизайн и моделирование имитатора коллимированного солнечного излучения.
Авторы): Цзюнь Чжан; Тао Ма

Показать аннотацию

Имитатор солнечного света - это осветительное устройство, которое может имитировать солнечное излучение.Он широко использовался при тестировании солнечных батарей, моделировании спутниковой космической среды и наземных экспериментах, тестировании и калибровке точности солнечного датчика. Имитатор солнечного излучения в основном состоял из короткодуговой ксеноновой лампы, эллипсоидальных отражателей, группы оптического интегратора, полевого упор, асферическое складывающееся зеркало и коллимирующий отражатель. В данной статье базовые размеры оптической системы симулятора солнечного излучения приведены расчетным путем. Затем система оптически моделируется с помощью программного обеспечения Lighttools, и проводится анализ моделирования на имитаторе солнечного излучения с использованием метода трассировки лучей Монте-Карло.Наконец, количественные результаты моделирования представлены в виде диаграмм. Рациональность конструкции проверена на основе теории.

Цифровой голографический микроскоп в режиме, близком к реальному времени, на основе параллельных вычислений на графическом процессоре
Авторы): Ганг Чжу; Чжисюн Чжао; Хуаруи Ван; Ян Ян

Показать аннотацию

Представлен трансмиссионный цифровой голографический микроскоп в режиме, близком к реальному времени, с продольным и внеосевым световым путем, в котором совмещены технология параллельных вычислений, основанная на вычислительной унифицированной архитектуре устройства (CUDA), и цифровая голографическая микроскопия.По сравнению с другими голографическими микроскопами, которые должны выполнять реконструкцию в нескольких фокальных плоскостях и требуют много времени, скорость восстановления цифрового голографического микроскопа, работающего почти в реальном времени, может быть значительно улучшена с помощью технологии параллельных вычислений на основе CUDA, поэтому она особенно подходит для измерения поля частиц в микрометровом и нанометровом масштабе. Моделирование и эксперименты показывают, что предлагаемый трансмиссионный цифровой голографический микроскоп может точно измерять и отображать скорость поля частицы в микрометровом масштабе, а средняя ошибка скорости составляет менее 10%.С графическими процессорами (ГП) время вычисления 100 плоскостей реконструкции (сетки 512 × 512) меньше 120 мс, в то время как при использовании традиционного метода реконструкции с помощью ЦП оно составляет 4,9 с. Скорость восстановления увеличена в 40 раз. Другими словами, он может обрабатывать голограммы со скоростью 8,3 кадра в секунду, а измерение и отображение поля скорости частицы в режиме, близком к реальному времени. Ожидается, что трехмерная реконструкция поля скорости частицы в реальном времени будет достигнута за счет дальнейшей оптимизации программного обеспечения. и оборудование.Ключевые слова: цифровой голографический микроскоп,

Система визуального согласования цветов на основе светодиодного источника света RGB
Авторы): Лэй Сунь; Цинмэй Хуанг; Чен Фэн; Вэй Ли; Чаофэн Ван

Показать аннотацию

Чтобы изучить свойства и характеристики светодиодов в качестве источников света основного цвета RGB на цветовую смесь в визуальных психофизических экспериментах и ​​выяснить разницу между светодиодным источником света и традиционным источником света, была создана экспериментальная система визуального сопоставления цветов на основе светодиодных источников света. в качестве основных цветов RGB.Путем моделирования традиционного эксперимента по метамерному сопоставлению цветов в цветовой системе CIE 1931 RGB его можно использовать для экспериментов по визуальному сопоставлению цветов для получения набора значений спектральных трехцветных цветов, которые мы часто называем функциями сопоставления цветов (CMF). Эта система состоит из трех частей: части монохроматического света с использованием светящейся решетки, части смешения света, в которой суммирование трех светодиодных источников света должно быть визуально согласовано с монохроматическим освещением, и части визуального наблюдения. Используемые три узкополосных светодиода имеют преобладающую длину волны 640 нм (красный), 522 нм (зеленый) и 458 нм (синий) соответственно, и их интенсивность можно регулировать независимо.После калибровки длины волны и яркости светодиодных источников с помощью спектрофотометра 5 наблюдателей провели серию экспериментов по визуальному сопоставлению цветов. Результаты сравниваются с результатами цветовой системы CIE 1931 RGB и используются для вычисления среднего локуса для спектральных цветов в цветовом треугольнике с белым в центре. Было показано, что использование светодиодов возможно и имеет такие преимущества, как простота управления, хорошая стабильность и низкая стоимость.

Метод снижения шума в гетеродинной интерферометрической метрологии колебаний путем совмещения автокорреляционного анализа и спектральной фильтрации.
Авторы): Хунлян Хао; Вэнь Сяо; Цзунхуэй Чен; Лан Ма; Фэн Пан

Показать аннотацию

Гетеродинная интерферометрическая метрология вибрации является полезным методом для измерения динамического смещения и скорости, поскольку она может обеспечить синхронный выходной сигнал полного поля.С появлением экономичных, высокоскоростных систем и программного обеспечения обработки сигналов в реальном времени обработка сложных сигналов, встречающихся в интерферометрии, стала более возможной. Однако из-за когерентной природы лазерных источников последовательность гетеродинной интерферограммы искажается смесью когерентных спеклов и некогерентного аддитивного шума, что может серьезно ухудшить точность демодулированного сигнала и оптического дисплея. В этой статье описывается новый метод гетеродинной интерферометрической демодуляции, сочетающий автокорреляционный анализ и спектральную фильтрацию, приводящий к выражению для динамического смещения и скорости тестируемого объекта, которое является значительно более точным как по амплитуде, так и по частоте вибрации. форма волны.Мы представляем математическую модель сигналов, полученных из интерферограмм, которые содержат как информацию о вибрации измеряемых объектов, так и шум. Представлено моделирование процесса демодуляции сигнала, которое используется для исследования шума системы и внешних факторов. Экспериментальные результаты показывают отличное согласие с измерениями коммерческой лазерной доплеровской скорости (LDV).

Автоматическая система оптического контроля структуры микросхемы электронных компонентов
Авторы): Чжичао Сонг; Бинданг Сюэ; Цзиюань Лян; Кэ Ван; Цзюньчжан Чен; Юньхэ Лю

Показать аннотацию

Представлена ​​система автоматического контроля структуры микросхемы на основе машинного зрения для обеспечения надежности электронных компонентов.Он состоит из четырех основных модулей, включая металлографический микроскоп, камеру высокого разрешения Gigabit Ethernet, систему управления и высокопроизводительный компьютер. Предлагается метод автофокусировки для решения проблемы, заключающейся в том, что поверхность чипа не находится на одной и той же фокусирующей поверхности при большом увеличении микроскопа. Алгоритм сшивания панорамных изображений с высоким разрешением используется для устранения противоречий между разрешением и полем зрения, вызванного различными размерами электронных компонентов.Кроме того, мы создаем базу данных для хранения и обратного вызова соответствующих параметров, чтобы гарантировать согласованность изображений микросхем электронных компонентов с одной и той же моделью. Мы используем технологию обнаружения изменения изображения, чтобы реализовать обнаружение изображений микросхем электронных компонентов. Система позволяет получать изображения с высоким разрешением для микросхем электронных компонентов различных размеров, а также четкое отображение поверхности микросхем с различными горизонтальными и стандартизованными изображениями для микросхем той же модели, а также может распознавать дефекты микросхем.

Точное измерение и анализ точности для определения быстрой или медленной оси волновой пластины
Авторы): Guixia Wang; Чжунхонг Су; Цзюньци Сюй

Показать аннотацию

Представлен метод, используемый для точного измерения положения быстрой или медленной оси волновой пластины.В этом методе пластина тестовой волны помещается между поляризатором и анализатором. Когда поляризатор и анализатор поворачиваются в разные положения, измеряется интенсивность выходящего света и отмечается одна из главных оптических осей пластины тестовой волны. Затем измеряется, является ли эта главная ось оптики быстрой или медленной осью, проверяя состояние поляризации возникающего света. Используя метод определения значения интенсивности около точки перегиба, можно избежать ошибки, вызванной прямым поиском экстремального значения интенсивности света, и также можно значительно повысить точность определения оси.Кроме того, источник определения точности оси, которая составляет ± 0,1 °. также подробно анализируется. Что касается метода, то здесь нет требований к длине волны источника света или линейности, минимальному току и изотропии фотоэлектрического детектора. Прежде всего, его можно применить для определения оси волновой пластины с любым запаздыванием по фазе.

Дизайн светодиодного проектора на основе градиентной линзы
Авторы): Лиюн Цянь; Сянбин Чжу; Haitian Cui; Юаньхан Ван

Показать аннотацию

В этом исследовании новый тип светового пути проектора призван устранить недостатки существующих систем проецирования, такие как сложная структура и низкая эффективность сбора.Использование трехцветной светодиодной матрицы в качестве источника освещения благодаря особым оптическим свойствам линзы с градиентным показателем преломления упрощает сложную структуру традиционного проектора. Традиционные компоненты, такие как цветовое колесо, ретрансляционная линза и зеркало, становятся ненужными. Таким образом решаются традиционные проблемы, такие как низкое использование световой энергии и потеря световой энергии. С помощью программного обеспечения Zemax оптимизируется проекционный объектив. Оптимизированная проекционная линза, светодиод, линза с градиентным индексом и цифровое микрозеркало импортируются в Tracepro.Результаты трассировки лучей показывают, что как использование световой энергии, так и однородность значительно улучшаются.

Исследование конформного купола формы кривой Кармана
Авторы): Юньцян Чжан; Джун Чанг; Яджун Ню

Показать аннотацию

Поскольку конформная оптическая технология, очевидно, может улучшить аэродинамические характеристики ракеты с инфракрасным наведением, в последние годы она была глубоко изучена.Сравнивая характеристики ракет с конформным куполом и обычных ракет, преимущества конформной оптической технологии демонстрируются в маневренности и скрытности ракеты. В настоящее время изучение конформных оптических систем сосредоточено на эллипсоиде или квадратичной кривой. Но на практике купол, использующий эти кривые, - не лучший выбор. В этой статье обсуждается влияние различной формы купола на аэродинамические характеристики, аэродинамический нагрев, объем внутреннего пространства и другие свойства.Результат показывает, что инфракрасная оптическая система с конформным куполом формы кривой Кармана имеет хорошие перспективы применения и является перспективным направлением развития. Наконец, обсуждаются сложные проблемы конформного купола формы кривой Кармана.

Конструкция оптической системы с непрерывным увеличением
Авторы): Сяоху Го; Тиелин Лу; Цзиншуй Чжан; Линцинь Конг; Цзи Чжао; Вэнь Чжан; Фупэн Ван

Показать аннотацию

С большинством потребностей различных наблюдений, таких как система общественной безопасности, включая систему безопасности и мониторинга движения, мы можем использовать оптическую систему, которая может не только удовлетворить потребности широкого поля наблюдения, но и удовлетворить потребности мониторинга.Оптическая система с непрерывным масштабированием, которая может реализовать широкое поле наблюдения и не допускать точного обнаружения, будет соответствовать требованиям.

Конструктивная конструкция внеосевой асферической поверхности с отражающей оптической системой масштабирования.
Авторы): Кэ Чжан; Джун Чанг; Песня Хайпин; Яджун Ню

Показать аннотацию

Разработал внеосевую асферическую оптическую систему с отражающим зумом и изготовил прототип.Система состоит из трех асферических отражающих линз, диапазон масштабирования составляет 30 мм ~ 90 мм. Эта система отказалась от традиционной конструкции кулачка с трансфокатором, объектив перемещался по линейной направляющей с приводом от двигателя, точность позиционирования которого составляла 0,01 мм. И представил дизайн опорных оправ каждого объектива. Практические испытания подтвердили рациональность конструкции прототипа конструкции.

Методика проектирования светораспределительной линзы произвольной формы для автомобильной светодиодной фары на основе DMD
Авторы): Цзяньше Ма; Цзяньвэй Хуанг; Пинг Су; Яо Цуй

Показать аннотацию

Мы предлагаем новый метод создания светораспределительных линз произвольной формы для светодиодных автомобильных фар на основе цифрового микрозеркального устройства (DMD).В архитектуре параллельного оптического пути выходной зрачок осветительной системы установлен на бесконечность. Таким образом, основные падающие лучи микролинзы в DMD параллельны. DMD изготовлен из высокоскоростной цифровой оптической матрицы отражения, функция распределительной линзы состоит в том, чтобы распределять возникающие параллельные лучи от DMD и получать схему освещения, которая полностью соответствует национальному регламенту GB 25991-2010.Мы используем DLP 4500 для проектирования света распределительная линза, сетка целевой плоскости, регулируемая национальным законодательством GB 25991-2010, и корреляция сеток сетки с активной зеркальной матрицей DLP4500.Используя соотношения отображения и закон преломления, мы можем построить математическую модель и получить параметры линзы произвольного распределения света. Затем мы импортируем его параметр в трехмерную (3D) программу CATIA, чтобы построить ее трехмерную модель. Результаты трассировки лучей с использованием Tracepro демонстрируют, что значение освещенности целевой плоскости легко регулируется и полностью соответствует требованиям национального регламента GB 25991-2010 путем регулировки значения яркости на выходе DMD. Теоретическая оптическая эффективность линзы распределения света, разработанной с использованием этого метода, может достигать 92% без какой-либо другой вспомогательной линзы.

Конструкция формирователя изображения с большим полем зрения средних волн
Авторы): Баолинь Ду; Чанцзян Лю; Лейли Ху

Показать аннотацию

В области фотоэлектрического обнаружения в воздухе средневолновые линзы для визуализации с большим полем обзора в основном используются для вспомогательной навигации.В статье представлен новый тип оптической системы с широким полем зрения. Он имеет компактную структуру и может соответствовать ИК-детектору охлаждающей среды с различными числами F. Доказано, что система может реализовать большое поле зрения, равномерность освещения изображения, низкие искажения, одинаковое разрешение во всем поле зрения. Структура системы визуализации, представленная в этой статье, является эталоном для проектирования системы обнаружения средних волн с большим полем обзора с переменным числом F.

Разработка имитатора цели с внеосевым РУ
Авторы): Баолинь Ду; Чанцзян Лю; Лейли Ху

Показать аннотацию

Симулятор цели может имитировать динамическую цель на бесконечном расстоянии с оптическими характеристиками.Он обеспечивает имитационную цель для IRST для проверки технических показателей обнаружения цели на земле. Схема Off-axis RC Target Simulator, имеющая высокое разрешение и компактные характеристики. Эта схема может не только имитировать полноволновую оптическую характеристическую цель с высоким разрешением, но также использовать полную апертуру света компактной оптической системы. Результаты показывают, что фокусное расстояние составляет 800 мм, апертура - 130 мм, длина - 290 мм, ширина - 190 мм, высота - 190 мм, функция передачи модуляции полноволновой части волны вблизи дифракционного ограничения, искажение менее 2%, и вес менее 10 кг.

Страница ошибки

Страница ошибки

"," tooltipToggleOffText ":" Переведите переключатель в положение "

БЕСПЛАТНАЯ доставка на следующий день"!

"," tooltipDuration ":" 5 "," tempUnavailableMessage ":" Скоро вернусь! "," TempUnavailableTooltipText ":"

Мы прилагаем все усилия, чтобы снова начать работу.

  • Временно приостановлено в связи с высоким спросом.
  • Продолжайте проверять наличие.
"," hightlightTwoDayDelivery ":" false "," locationAlwaysElposed ":" false "," implicitOptin ":" false "," highlightTwoDayDelivery ":" false "," isTwoDayDeliveryTextEnabled ":" true "," useTesting " "," ndCookieExpirationTime ":" 30 "}," typeahead ": {" debounceTime ":" 100 "," isHighlightTypeahead ":" true "," shouldApplyBiggerFontSizeAndCursorWithPadding ":" true "," isBackgroundGreyoutEnabled ":" false " locationApi ": {" locationUrl ":" https: // www.walmart.com/account/api/location","hubStorePages":"home,search,browse","enableHubStore":"false"},"perimeterX":{"isEnabled":"true"},"oneApp ": {"drop2": "true", "hfdrop2": "true", "heartingCacheDuration": "60000", "hearting": "true"}, "feedback": {"showFeedbackSuccessSnackbar": "true", "feedbackSnackbarDuration" : "3000"}, "webWorker": {"enableGetAll": "false", "getAllTtl": "0"}, "search": {"searchUrl": "/ search /", "enabled": "false" , "tooltipText": "

Скажите нам, что вам нужно

", "tooltipDuration": 5000, "nudgeTimePeriod": 10000}}}, "uiConfig": {"webappPrefix": "", "artifactId": "верхний колонтитул -app "," applicationVersion ":" 20.0,43 "," applicationSha ":" a12e9567312ae30bac89cb57d430342bb81604b1 "," applicationName ":" верхний колонтитул "," узел ":" f0eedce0-4ccf-4217-b004-feca525dbac9 "," облако ":" eus2-prod "-ad oneOpsEnv ":" prod-a "," profile ":" PROD "," basePath ":" / globalnav "," origin ":" https://www.walmart.com "," apiPath ":" / header- нижний колонтитул / электрод / api "," loggerUrl ":" / заголовок-нижний колонтитул / электрод / api / logger "," storeFinderApi ": {" storeFinderUrl ":" / store / ajax / primary-flyout "}," searchTypeAheadApi ": { "searchTypeAheadUrl": "/ search / autocomplete / v1 /", "enableUpdate": false, "typeaheadApiUrl": "/ typeahead / v2 / complete", "taSkipProxy": false}, "emailSignupApi": {"emailSignupUrl": " / account / electro / account / api / subscribe "}," feedbackApi ": {" fixedFeedbackSubmitUrl ":" / customer-survey / submit "}," logging ": {" logInterval ": 1000," isLoggingAPIEnabled ": true," isQuimbyLoggingFetchEnabled ": true," isLoggingFetchEnabled ": true," isLoggingCacheStatsEnabled ": true}," env ":" production "}," envInfo ": {" APP_SHA ":" a12e9567312ae30bac89Cb57d430b0.43-a12e95 "}," expoCookies ": {}}

Укажите местоположение

Введите почтовый индекс или город, штат. Ошибка: введите действительный почтовый индекс или город и штат

Обновите местоположение

Хорошие новости - вы все равно можете получить бесплатную двухдневную доставку, бесплатный самовывоз и многое другое.

Продолжить покупкиПопробуйте другой почтовый индекс Новый! Бесплатная доставка без заказа мин. Ограничения применяются.

Ой! Этот товар недоступен или заказан заранее.

Искать в этих категориях похожие результаты:

Изображение со страницы 37 книги «Современные оптические приборы и их…

Идентификатор : modernopticalins00orfo

Название : Современные оптические инструменты и их конструкция

Год : 1896 (1890-е годы)

Авторы : Орфорд, Генри

Издательские инструменты 000

: Лондон Нью-Йорк: Уиттакер

Библиотека, предоставляющая помощь : Библиотеки Калифорнийского университета

Спонсор оцифровки : Интернет-архив

Просмотр страницы книги : Просмотр книги

Об этой записи в каталоге

Просмотреть все изображения : Все изображения из книги

Щелкните здесь, чтобы просмотреть книгу онлайн , чтобы увидеть эту иллюстрацию в контексте в просматриваемой онлайн-версии этой книги.

Текст перед изображением:

Рис. 20. визуальные линии, представленные углом a; если теперь добавить призмы краями к вискам, они отклонят свет так, что он попадет в глаза под меньшим углом, как если бы он пришел с о, и в эту точку глаза будут направлены, хотя объект по-прежнему остается в 0 ч. Тот же эффект дает призма двойной силы перед одним глазом, хотя фактическое движение

Текст, появляющийся после изображения:

Рис.21. ограничивается рассматриваемым глазом. Если очковые линзы размещены так, чтобы линии не проходили через центры, они действуют как призмы, хотя сила призматического воздействия изменяется в зависимости от силы линзы и величины децентрации жестяных линз. На рис. 20 визуальные линии проходят вне центров выпуклых линз a и внутри центров вогнутых линз h. Таким образом, каждая пара действует как призма, край которой направлен наружу. (2) Устранение двоения, вызванного косоглазием легкой степени.Призма изменяет направление лучей, чтобы компенсировать ненормальное направление визуальной линии. На рис. 21 R направлено к x, а не к o h, как показано. Призма j; отклоняет лучи к y, зрительному нерву, и в результате получается бинокулярное зрение. Призмы устраняют диплопию. 28 СОВРЕМЕННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ГЛАВА III АБЕРРАЦИИ ГЛАЗА Эмметропия-АМЕТРОПИЯ. - Когда длина глаза нормальная, а аккомодация расслаблена (см. Главу

Примечание об изображениях

Обратите внимание, что эти изображения извлекаются из отсканированных изображений страниц, которые могли быть улучшены в цифровом виде для удобства чтения - окраска и внешний вид этих иллюстраций могут не полностью соответствовать оригинальной работе.

Выполнено

Другие оптические инструменты | Безграничная физика

Увеличительное стекло

Увеличительное стекло - это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Увеличение увеличительного стекла зависит от того, где оно расположено между глазом пользователя и просматриваемым объектом, а также от общего расстояния между глазом и объектом.
  • Сила увеличения - это соотношение размеров изображений, формируемых на сетчатке глаза пользователя с линзой и без нее.
  • Наибольшая сила увеличения достигается, если поднести линзу очень близко к глазу и совместить движение глаза и линзы для получения наилучшего фокуса.
Ключевые термины
  • линза : объект, обычно сделанный из стекла, который фокусирует или расфокусирует свет, проходящий через него
  • диоптрия : единица измерения силы линзы или зеркала, равная обратной величине его фокусного расстояния в метрах.Близорукость диагностируется и измеряется в диоптриях
  • выпуклый : изогнутый или изогнутый наружу, как внешняя часть чаши, сферы или круга

Увеличительное стекло - это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта. Объектив обычно устанавливается в оправу с ручкой, как показано ниже.

Увеличительное стекло : Увеличительное стекло - это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта.

Увеличение лупы зависит от того, где расположен инструмент между глазом пользователя и просматриваемым объектом, а также от общего расстояния между глазом и объектом. Сила увеличения - это соотношение размеров изображений, формируемых на сетчатке глаза пользователя с увеличительным стеклом и без него. Когда объектив не используется, пользователь обычно приближает объект как можно ближе к глазу, при этом он не становится размытым. (Эта точка, известная как ближайшая точка, меняется с возрастом.У маленького ребенка расстояние до него может составлять всего пять сантиметров, а у пожилого человека расстояние может достигать одного или двух метров. ) Лупы обычно характеризуются «стандартным» значением 0,25 м.

Наибольшая сила увеличения достигается, если поднести линзу очень близко к глазу и совместить движение глаза и линзы для получения наилучшего фокуса. При таком использовании линзы силу увеличения можно определить по следующей формуле:

[латекс] \ text {MP} _ {0} = \ frac {1} {4} \ cdot \ Phi +1 [/ latex]

, где [латекс] \ Phi [/ latex] = оптическая сила.Когда увеличительное стекло удерживается близко к объекту, а глаз отводится, сила увеличения приблизительно равна:

[латекс] \ text {MP} _ {0} = \ frac {1} {4} \ cdot \ Phi [/ latex]

Типичные увеличительные стекла имеют фокусное расстояние 25 см и оптическую силу четыре диоптрии. Этот тип стекла будет продаваться как двукратная лупа, но обычный наблюдатель увидит от одного до двухкратного увеличения в зависимости от положения линзы.

Самым ранним свидетельством наличия увеличительного устройства была «линза» Аристофана 424 г. до н.э., стеклянный шар, наполненный водой.(Сенека писал, что его можно использовать для чтения букв, «независимо от того, насколько они маленькие или тусклые».) Роджер Бэкон описал свойства луп в 13 веке, и очки также были разработаны в Италии 13 века.

Камера

Камеры - это оптические устройства, которые позволяют пользователю записывать изображение объекта на фотобумаге или в цифровом виде.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Камеры работают аналогично человеческому глазу.Радужная оболочка похожа на линзу; зрачок похож на диафрагму; а веко похоже на шторку.
  • Камеры - это современная эволюция камеры-обскуры. Камера-обскура была устройством, используемым для проецирования изображений.
  • Самая важная часть фотоаппарата - это объектив, который позволяет увеличивать и фокусировать изображение. Это можно сделать вручную на некоторых камерах и автоматически на более новых камерах.
  • Видеокамеры работают, делая много снимков каждую секунду, а затем очень быстро показывая каждое изображение, чтобы создать эффект движения изображений.Отсюда и название «кино».
Ключевые термины
  • выдержка : Продолжительность времени, в течение которого затвор фотоаппарата остается открытым при экспонировании фотопленки или другого светочувствительного материала свету с целью записи изображения

Что такое камера?

Камера - это устройство, позволяющее записывать изображения на пленку или в цифровом виде. Камеры могут записывать как изображения, так и фильмы; сами фильмы получили свое название от движущихся картинок.Слово камера происходит от латинского словосочетания camera obscura , что означает «темная камера». «Камера-обскура была одним из первых инструментов для проецирования изображений со слайдов. Камера, которую вы используете сегодня, - это эволюция камеры-обскуры.

Камера обычно состоит из отверстия или апертуры, которая позволяет свету проникать в полость, и поверхности, которая фиксирует свет на другом конце. В -х годах века эти изображения будут храниться на фотобумаге, которую затем нужно было проявить, но сейчас большинство фотоаппаратов хранят изображения в цифровом виде.

Как работает камера?

Камеры

имеют множество компонентов, которые позволяют им работать. Давайте посмотрим на них по очереди.

Объектив

Линза камеры позволяет свету попадать в камеру и обычно имеет выпуклую форму. Есть много типов объективов, которые можно использовать, каждый для своего типа фотографии. Есть объективы для крупного плана, для спорта, для архитектуры и для портрета.

Две основные характеристики объектива - это фокусное расстояние и диафрагма.Фокусное расстояние определяет увеличение изображения, а диафрагма контролирует интенсивность света. Число f на фотоаппарате определяет выдержку. Это скорость, с которой затвор, который действует как его «веко», открывается и закрывается. Чем больше диафрагма, тем меньше должно быть f-число, чтобы заслонка открывалась и закрывалась полностью. Время, необходимое для открытия и закрытия затвора, называется выдержкой. показывает пример двух линз одинакового размера, но с разной апертурой.

Фокус

Некоторые камеры имеют фиксированный фокус, и в фокусе будут только объекты определенного размера на определенном расстоянии от камеры. Другие камеры позволяют вручную или автоматически настраивать фокус. показывает снимок, сделанный камерой с ручной фокусировкой; это позволяет пользователю определять, какие объекты будут в фокусе, а какие нет. Диапазон расстояний, в пределах которого объекты выглядят резкими и четкими, называется глубиной резкости.

Экспозиция

Диафрагма регулирует интенсивность света, попадающего в камеру, а затвор регулирует экспозицию - количество времени, в течение которого свет попадает в камеру.

Затвор

Затвор - это то, что открывается и закрывается, пропуская свет через апертуру. Скорость, с которой он открывается и закрывается, называется f-числом. Для большей диафрагмы число f обычно мало для быстрой выдержки. Для меньшей диафрагмы число f больше, что позволяет использовать более длинную выдержку.

Составной микроскоп

Составной микроскоп состоит из двух выпуклых линз; первая, окулярная линза, находится близко к глазу, а вторая - линза объектива.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • В составном микроскопе используется несколько линз для создания увеличенного изображения, которое легче увидеть человеческому глазу; это связано с тем, что конечное изображение находится дальше от наблюдателя, и поэтому глаз более расслаблен при просмотре изображения.
  • Объект расположен сразу за фокусным расстоянием линзы объектива. Увеличенное изображение затем захватывается линзой объектива, которая действует как объект для линзы окуляра.Окулярная линза ближе к новому изображению, чем ее фокусное расстояние, поэтому она действует как увеличительное стекло.
  • Поскольку конечное изображение просто кратно размеру первого изображения, окончательное увеличение является произведением обоих увеличений каждой линзы.
Ключевые термины
  • хроматическая аберрация : оптическая аберрация, при которой изображение имеет цветные полосы, вызванные дифференциальным преломлением света с разными длинами волн

Составной микроскоп использует несколько линз для увеличения изображения для наблюдателя.Он состоит из двух выпуклых линз: первая, окулярная, расположена близко к глазу; второй - линза объектива.

Составные микроскопы намного больше, тяжелее и дороже простых микроскопов из-за наличия нескольких линз. Преимущества этих микроскопов, благодаря множеству линз, заключаются в уменьшении хроматических аберраций и сменных линзах объектива для регулировки увеличения.

показывает схему составного микроскопа, состоящего из двух выпуклых линз. Первая линза называется линзой объектива и находится ближе всего к наблюдаемому объекту.Расстояние между объектом и линзой объектива немного больше фокусного расстояния, f 0 . Линза объектива создает увеличенное изображение объекта, которое затем действует как объект для второй линзы. Вторая или окулярная линза - это окуляр. Расстояние между линзой объектива и линзой окуляра немного меньше фокусного расстояния линзы окуляра, f e . Это заставляет окулярную линзу действовать как увеличительное стекло для первого изображения и делать его еще больше.Поскольку конечное изображение перевернуто, оно находится дальше от глаза наблюдателя и, следовательно, его намного легче просматривать.

Схема составного микроскопа : На этой схеме показана установка зеркал, которые позволяют увеличивать изображения.

Поскольку каждая линза дает увеличение, которое умножает высоту изображения, общее увеличение является произведением отдельных увеличений. Уравнение для его расчета выглядит следующим образом:

[латекс] \ text {m} = \ text {m} _ \ text {o} \ text {m} _ \ text {e} [/ latex]

, где m - общее увеличение, m o - увеличение линзы объектива, m e - увеличение линзы окуляра.

Телескоп

Телескоп помогает в наблюдении за удаленными объектами, собирая электромагнитное излучение, например, видимый свет.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • До изобретения зеркал с серебряной опорой преломляющие зеркала были стандартом для использования в телескопах. Это было из-за очень агрессивной природы металлов, используемых в старых зеркалах. С тех пор отражающие зеркала заменили преломляющие зеркала в астрономии.
  • Существует три основных типа оптических телескопов: рефракционные, отражающие и катадиоптрические.
  • В рефракционных телескопах, таких как изобретенный Галилео, используются линза объектива и окуляр. Изображение фокусируется в фокусной точке и позволяет наблюдателю видеть более яркое и крупное изображение, чем он видел бы своим глазом.
  • Отражающие телескопы используют изогнутые зеркала, которые отражают свет для формирования изображения. Иногда вторичное зеркало перенаправляет изображение в окуляр.В других случаях изображение регистрируется датчиком и просматривается на экране компьютера.
  • Катадиоптрические телескопы объединяют зеркала и линзы для формирования изображения. Эта система имеет большую степень исправления ошибок, чем другие типы телескопов. Комбинация отражающих и преломляющих элементов позволяет каждому элементу исправлять ошибки, сделанные другим.
Ключевые термины
  • хроматическая аберрация : оптическая аберрация, при которой изображение имеет цветные полосы, вызванные дифференциальным преломлением света с разными длинами волн
  • сферическая аберрация : тип аберрации линзы, вызывающий размытость, особенно вдали от центра линзы
  • ахроматический : без цвета; пропускающий свет без искажений, связанных с цветом

Телескоп помогает в наблюдении за удаленными объектами, собирая электромагнитное излучение, такое как рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасные и субмиллиметровые лучи.Первые телескопы были изобретены в Нидерландах в 1600-х годах и использовали стеклянные линзы. Вскоре после этого люди начали строить их с помощью зеркал и назвали их отражающими телескопами.

История

Первым телескопом был телескоп-рефрактор, созданный в 1608 году мастерами по производству очков в Нидерландах. В 1610 году Галилей разработал улучшенную конструкцию своей собственной конструкции. После изобретения преломляющего телескопа люди начали исследовать идею телескопа с зеркалами. Потенциальные преимущества использования зеркал вместо линз заключаются в уменьшении сферических аберраций и устранении хроматических аберраций.В 1668 году Ньютон построил первый практический телескоп-рефлектор. С изобретением ахроматических линз в 1733 году цветовые аберрации были частично скорректированы, и можно было построить более короткие и более функциональные преломляющие телескопы. Отражающие телескопы были непрактичны из-за очень агрессивных металлов, используемых для изготовления зеркал, до появления стеклянных зеркал с серебряным покрытием в 1857 году.

Типы телескопов

Рефракционные телескопы

Схема кеплеровского преломляющего телескопа : Все преломляющие телескопы используют одни и те же принципы.Комбинация линзы объектива 1 и некоторого типа окуляра 2 используется для сбора большего количества света, чем человеческий глаз может собрать самостоятельно, фокусировки его 5 и представления зрителю более яркого, четкого и увеличенного виртуального изображения 6

На рисунке выше изображен рефракторный телескоп. Линза объектива (точка 1) и окуляр (точка 2) собирают больше света, чем человеческий глаз может собрать сам по себе. Изображение сфокусировано в точке 5, а наблюдателю показано более яркое увеличенное виртуальное изображение в точке 6.Линза объектива преломляет или изгибает свет. Это заставляет параллельные лучи сходиться в фокальной точке, а те, которые не параллельны, сходятся в фокальной плоскости.

Отражающие телескопы

Отражающие телескопы, такие как показанный на рисунке, используют одно или комбинацию изогнутых зеркал, которые отражают свет для формирования изображения. Они позволяют наблюдателю видеть объекты очень большого диаметра и являются основным типом телескопов, используемых в астрономии. Наблюдаемый объект отражается изогнутым главным зеркалом на фокальную плоскость.(Расстояние от зеркала до фокальной плоскости называется фокусным расстоянием.) Здесь можно разместить датчик для записи изображения или добавить вторичное зеркало для перенаправления света на окуляр.

Катадиоптрические телескопы

Катадиоптрические телескопы, такие как тот, который показан на рисунке, объединяют зеркала и линзы для формирования изображения. Эта система имеет большую степень исправления ошибок, чем другие типы телескопов. Комбинация отражающих и преломляющих элементов позволяет каждому элементу исправлять ошибки, сделанные другим.

Рентгеновская дифракция

Принцип дифракции применяется для регистрации интерференции на субатомном уровне при исследовании рентгеновской кристаллографии.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Дифракция - это то, что происходит, когда волны сталкиваются с неровностями на поверхности или объекте и вынуждены взаимодействовать друг с другом конструктивно или деструктивно.
  • Закон Брэгга относится к применению законов дифракции в кристаллографии для получения точных изображений структур решетки в атомах.
  • Рентгеновский дифрактометр - это устройство, используемое для сканирования объекта путем воздействия на него волны и регистрации интерференции, с которой он сталкивается.
  • Большинство XRD оснащены щелью Соллера, которая действует как поляризатор для падающего луча. Он гарантирует, что регистрируемый падающий луч идеально параллелен анализируемому объекту.
Ключевые термины
  • конструктивная интерференция : Возникает, когда волны интерферируют друг с другом от гребня к гребню, и волны точно совпадают по фазе друг с другом.
  • кристаллография : Экспериментальная наука об определении расположения атомов в твердых телах.
  • деструктивная интерференция : Возникает, когда волны интерферируют друг с другом от пика до впадины (от пика до впадины) и точно не совпадают по фазе друг с другом.

Дифракция рентгеновских лучей была открыта Максом фон Лауэ, который получил Нобелевскую премию по физике в 1914 году за математическую оценку наблюдаемых картин дифракции рентгеновских лучей.

Дифракция - это неоднородность, возникающая при столкновении волн с объектом.Скорее всего, вы наблюдали эффект дифракции, глядя на нижнюю часть компакт-диска или DVD. Появившийся радужный узор является результатом того, что ямки мешают свету, и он попадает на диск, на котором хранятся данные. показывает этот эффект. Дифракция может происходить с любым типом волн, не только с видимыми световыми волнами.

Дифракция Брэгга

В рентгеновской кристаллографии термин дифракция - это брэгговская дифракция, то есть рассеяние волн на кристаллической структуре.Уильям Лоуренс Брэгг сформулировал уравнение закона Брэгга, которое связывает длину волны с углом падения и шагом решетки. См. Диаграмму следующего уравнения: [latex] \ text {n} \ lambda = 2 \ text {d} \ sin (\ theta) [/ latex]

  • n - числовая константа, известная как порядок дифрагированного луча
  • λ - длина волны
  • d - расстояние между плоскостями решетки
  • θ - угол дифрагированной волны

Волны будут испытывать либо конструктивную интерференцию, либо разрушительную интерференцию.Точно так же рентгеновский луч, который дифрагирует от кристалла, будет иметь некоторые части, которые имеют более высокую энергию, а другие, которые теряют энергию. Это зависит от длины волны и шага решетки.

Рентгеновский дифрактометр

В XRD-аппарате в качестве источника рентгеновского излучения используется металлическая медь. Дифрактограммы записываются в течение длительного периода времени, поэтому очень важно, чтобы интенсивность луча оставалась постоянной. Раньше для записи данных использовалась пленка, но это было неудобно, потому что ее приходилось часто менять.Теперь аппараты XRD оснащены полупроводниковыми детекторами. Эти аппараты XRD записывают изображения двумя способами: непрерывное сканирование или пошаговое сканирование. При непрерывном сканировании детектор совершает круговые движения вокруг объекта, в то время как рентгеновский луч постоянно попадает в детектор. Импульсы энергии отложены в зависимости от угла дифракции. Метод пошагового сканирования - более популярный метод. Это намного эффективнее, чем непрерывное сканирование. В этом методе детектор собирает данные под одним фиксированным углом за раз.Для обеспечения непрерывности падающего луча аппараты XRD оснащены щелью Соллера. Это действует как поляризованные солнцезащитные очки, объединяя случайные рентгеновские лучи в стопку аккуратно расположенных волн, параллельных плоскости детектора.

Рентгеновские снимки и компьютерная томография

Радиография использует рентгеновские лучи для просмотра материала, который не может быть виден человеческим глазом, путем выявления областей разной плотности и состава.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • При рентгенографии используются рентгеновские лучи для получения снимков материалов, находящихся в невидимом объекте.Они пропускают рентгеновские лучи через объект и собирают лучи на пленке или детекторе с другой стороны. Часть лучей поглощается более плотными материалами, и именно так создается изображение.
  • Рентгеновские снимки позволяют получать изображения всех материалов внутри объекта, наложенных друг на друга.
  • Традиционные наложенные изображения могут быть полезны для ряда приложений, но компьютерная томография позволяет наблюдателю видеть только желаемые участки материала.
  • Современные компьютерные томографы могут даже взять все срезы или слои и упорядочить их в трехмерное представление объекта.
Ключевые термины
  • радиография : Использование рентгеновских лучей для просмотра неоднородного материала, например человеческого тела.
  • томография : визуализация по сечениям или сечениям.
  • с наложением : расположен поверх чего-то другого, особенно в слоях

Обзор

Рентгеновское изображение, или радиография, использовало рентгеновские лучи для просмотра материала внутри тела, который не может быть виден человеческим глазом, путем выявления областей разной плотности и состава.Компьютерная томография использует компьютер для получения этой информации и создания трехмерных изображений.

Рентгеновские снимки

Рентгеновские снимки производятся путем проецирования пучка рентгеновских лучей на объект, в медицинских случаях - часть человеческого тела. В зависимости от физических свойств объекта (плотности и состава) некоторые рентгеновские лучи могут частично поглощаться. Часть лучей, которая не поглощается, затем проходит через объект и регистрируется пленкой или детектором, как в фотоаппарате.Это дает наблюдателю двухмерное представление всех компонентов этого объекта, наложенных друг на друга. показывает изображение человеческого локтя.

Рентгенография : Рентгенография колена на современном рентгеновском аппарате.

Томография

Томография относится к визуализации по сечениям или сечениям. демонстрирует эту концепцию. Трехмерное изображение разбито на разделы. (S 1 ) показывает разрез слева, а (S 2 ) показывает разрез справа.

КТ

КТ или компьютерная томография используют комбинацию рентгеновской радиографии и томографии для получения срезов участков человеческого тела. Врачи могут проанализировать область и, основываясь на способности материала блокировать рентгеновский луч, лучше понять материал. показывает компьютерную томографию человеческого мозга. Врачи могут сопоставить изображения с известными свойствами одного и того же материала и определить, есть ли какие-либо несоответствия или проблемы. Хотя обычно эти отсканированные изображения показаны как на рисунке, записанную информацию можно использовать для создания трехмерного изображения области.показывает трехмерное изображение мозга, полученное с помощью компьютерной томографии.

Специализированные микроскопы и контрастные вещества

Микроскопы - это инструменты, позволяющие человеческому глазу видеть объекты, которые в противном случае были бы слишком маленькими.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Для лучшего разрешения важно, чтобы между изображением и фоном был большой контраст.
  • Микроскопы классифицируются по тому, что взаимодействует с объектом, например, свет или электроны.Они также классифицируются по тому, снимают ли они изображения путем сканирования по частям или путем одновременной съемки всего объекта.
  • Некоторыми распространенными типами специальных микроскопов являются сканирующие электронные микроскопы (SEM), просвечивающие электронные микроскопы (TEM), оба из которых являются электронными микроскопами, и атомно-силовые микроскопы (ATM), которые являются сканирующими зондовыми микроскопами.
Ключевые термины
  • контраст : разница в освещенности, яркости и / или оттенке между двумя цветами, которая делает их более или менее различимыми

Микроскопы - это инструменты, позволяющие человеческому глазу видеть объекты, которые в противном случае были бы слишком маленькими.Существует много типов микроскопов: оптические микроскопы, просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы и сканирующие зондовые микроскопы.

Классы микроскопов

Один из способов группировки микроскопов основан на том, как изображение создается через микроскоп. Вот три способа классификации микроскопов:

1.) Световые или фотонные - оптические микроскопы

2.) Электроны - электронные микроскопы

3.) Зонд - сканирующие зондовые микроскопы.

Микроскопы

также можно классифицировать в зависимости от того, анализируют ли они образец путем сканирования одной точки (сканирующие электронные микроскопы) или путем одновременного анализа всего образца (просвечивающие электронные микроскопы).

Типы микроскопов

  • В оптических микроскопах, чем лучше контраст между изображением и поверхностью, на которой он просматривается, тем лучше будет разрешение для зрителя. Есть много методов освещения для улучшения контраста.Эти методы включают «темное поле» и «светлое поле». При использовании техники темного поля свет рассеивается объектом, и изображение появляется наблюдателю на темном фоне. В технике светлого поля объект освещается снизу, чтобы увеличить контраст изображения, видимого зрителем.
  • Просвечивающий электронный микроскоп: ТЕМ пропускает электроны через образец и позволяет людям видеть объекты, которые обычно не видны невооруженным глазом. Пучок электронов проходит через ультратонкий образец, взаимодействуя с образцом, когда он проходит через него.Это взаимодействие формирует изображение, которое увеличивается и фокусируется на устройстве обработки изображений.
  • Сканирующие электронные микроскопы: называемые SEM, эти микроскопы изучают поверхность объектов, сканируя их тонким электронным лучом. Электронный луч микроскопа взаимодействует с электронами в образце и генерирует сигналы, которые можно обнаружить и получить информацию о топографии и составе.
  • Атомно-силовая микроскопия: АСМ представляет собой сканирующую зондовую микроскопию с очень высоким разрешением и является одним из передовых инструментов для получения изображений в наномасштабе.Механический зонд ощущает поверхность кантилевером с острым концом. Затем измеряется отклонение наконечника с помощью лазерного пятна, которое отражается от поверхности кантилевера.

Пределы разрешения и круговые температуры

В оптической визуализации существует фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы, обусловленный дифракцией.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Поскольку эффекты дифракции становятся наиболее заметными для волн, длина волны которых примерно равна размерам дифрагирующих объектов, длина волны луча формирования изображения устанавливает фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы.
  • Предел дифракции Аббе для микроскопа задается как [латекс] \ text {d} = \ frac {\ lambda} {2 (\ text {n} \ sin {\ theta})} [/ latex].
  • Поскольку дифракционный предел пропорционален длине волны, для увеличения разрешения можно использовать более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовые и рентгеновские микроскопы.
Ключевые термины
  • дифракция : изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.
  • наноструктура : Любая искусственная структура, имеющая шкалу от молекулярной до микроскопической.
  • апертура : диаметр апертуры, ограничивающей ширину светового пути через всю систему. Для телескопа это диаметр линзы объектива (например, у телескопа может быть апертура 100 см).

Разрешение оптической системы визуализации (например, микроскопа, телескопа или камеры) может быть ограничено такими факторами, как дефекты линз или несовпадение. Однако существует фундаментальный максимум разрешения любой оптической системы, связанный с дифракцией (волновой природой света).Оптическая система, способная создавать изображения с угловым разрешением, равным теоретическому пределу прибора, называется дифракционно ограниченной.

Для телескопов с круглыми апертурами размер наименьшего элемента изображения, ограниченного дифракцией, равен размеру диска Эйри, как показано на рис. от дифракции становятся более заметными. Точно так же, когда отображаемые объекты становятся меньше, дифракционные особенности начинают размывать границы объекта.Поскольку эффекты дифракции становятся наиболее заметными для волн, длина волны которых примерно равна размерам дифрагирующих объектов, длина волны луча изображения устанавливает фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы.

Airy Disk : Компьютерный образ диска Эйри. Интенсивность серой шкалы была скорректирована для увеличения яркости внешних колец узора Эйри.

Предел дифракции Аббе для микроскопа

Наблюдение субволновых структур с помощью микроскопов затруднено из-за дифракционного предела Аббе.В 1873 году Эрнст Аббе обнаружил, что свет с длиной волны λ, распространяющийся в среде с показателем преломления n, не может сходиться к пятну с радиусом меньше:

[латекс] \ text {d} = \ frac {\ lambda} {2 (\ text {n} \ sin {\ theta})} [/ latex].

Знаменатель [латекс] \ text {n} \ sin {\ theta} [/ latex] называется числовой апертурой и может достигать 1,4 в современной оптике, следовательно, предел Аббе примерно равен d = λ / 2. При зеленом свете около 500 нм предел Аббе составляет 250 нм, что является большим по сравнению с большинством наноструктур или биологических клеток с размерами порядка 1 мкм и внутренними органеллами, которые намного меньше.Используя луч 500 нм, вы не можете (в принципе) разрешить какие-либо детали размером менее 250 нм.

Улучшение разрешения

Для увеличения разрешения можно использовать более короткие длины волн, например УФ и рентгеновские микроскопы. Эти методы обеспечивают лучшее разрешение, но являются дорогостоящими, страдают отсутствием контраста в биологических образцах и могут повредить образец. Существуют методы получения изображений с более высоким разрешением, чем позволяет простое использование дифракционной оптики.Хотя эти методы улучшают некоторые аспекты разрешения, они обычно влекут за собой огромное увеличение стоимости и сложности. Обычно этот метод подходит только для небольшого набора проблем с визуализацией.

Аберрации

Аберрация или искажение - это неспособность лучей сходиться в одном фокусе из-за ограничений или дефектов линзы или зеркала.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Существует много типов аберраций, включая хроматические, сферические, коматические, астигматизм и бочкообразные искажения.
  • Хроматические аберрации возникают из-за того, что линзы имеют разные показатели преломления для разных длин волн и, следовательно, цветов. Эти аберрации возникают прямо по краям изображения между светлыми и темными участками изображения.
  • Зеркала не имеют хроматических аберраций, потому что они зависят не от показателя преломления, а от показателя отражения, который не зависит от длины волны.
  • Коматические аберрации возникают из-за несовершенства линз и приводят к смещению точечного источника.Из-за этого изображения могут выглядеть грушевидными или иметь хвосты, как в случае с кометами.
Ключевые термины
  • искажение : (оптика) аберрация, вызывающая изменение увеличения в поле зрения.
  • преломление : Изменение направления светового луча, когда он проходит через изменения в материи.
  • аберрация : Схождение в разных фокусах линзой или зеркалом лучей света, исходящих из одной и той же точки, или отклонение таких лучей от одного фокуса; дефект в механизме фокусировки, который мешает намеченной точке фокусировки.

Основы аберраций

Аберрация - это неспособность лучей сходиться в одном фокусе из-за ограничений или дефектов линзы или зеркала. По сути, аберрация - это искажение изображения из-за того, что линзы никогда не будут вести себя точно так, как они были смоделированы. Типы аберраций зависят от размера, состава материала, толщины линзы или положения объекта.

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация, также называемая ахроматизмом или хроматическим искажением, - это искажение цветов.Эта аберрация возникает, когда объектив не может сфокусировать все цвета на одной и той же точке схождения. Это происходит потому, что линзы имеют разный показатель преломления для разных длин волн света. Показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны. Эти аберрации или искажения возникают на краях цветовых границ между яркими и темными областями изображения. Поскольку показатель преломления линз зависит от цвета или длины волны, изображения создаются в разных местах и ​​с разным увеличением для разных цветов.показывает хроматическую аберрацию для одиночной выпуклой линзы. Поскольку фиолетовые лучи имеют более высокий показатель преломления, чем красные, они больше изгибаются и фокусируются близко к линзе. показывает систему с двумя линзами, в которой используется расходящаяся линза, чтобы частично исправить это, но это практически невозможно сделать полностью.

Закон отражения не зависит от длины волны, поэтому у зеркал нет этой проблемы. Вот почему зеркала выгодно использовать в телескопах и других оптических системах.

Коматическая аберрация

Коматическая аберрация, или кома, возникает, когда объект смещен по центру.Различные части линзы зеркала не преломляют и не отражают изображение в одной и той же точке, как показано на. Они также могут быть результатом несовершенства линзы или другого компонента и приводить к смещению относительно оси точечных источников. Эти аберрации могут привести к тому, что предметы будут иметь грушевидную форму. Они также могут привести к тому, что звезды будут выглядеть искаженными или иметь хвосты, как в случае с кометами.

Другие отклонения

Сферические аберрации - это форма аберрации, при которой лучи, сходящиеся от внешних краев линзы, сходятся в фокусе ближе к линзе, а лучи, находящиеся ближе к оси, фокусируются дальше.Астигматизм также является формой аберрации линз глаз, когда лучи, распространяющиеся в двух перпендикулярных плоскостях, имеют разные фокусы. В конечном итоге это может привести к искажению монохроматического изображения по вертикали или горизонтали. Другая аберрация или искажение - это бочкообразное искажение, при котором увеличение изображения уменьшается с увеличением расстояния от оптической оси. Видимый эффект - это эффект изображения, нанесенного на сферу, как в линзе «рыбий глаз».

ОПТИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ: Современные оптические профилировщики поверхности объединяют несколько методов в единый, оптимизированный, удобный для пользователя пакет

ROGER ARTIGAS

Фотоника, материаловедение и микротехнология - это лишь некоторые из многих широких технологических областей, которые становятся все более значительными. роль в массовом производстве.Например, сложные микроэлектромеханические (МЭМС) структуры стали обычным явлением в бытовой электронике; все более сложные многослойные структуры используются для повышения эффективности фотоэлектрических солнечных элементов; и точная индивидуальная оптика больше не требует индивидуальной шлифовки, а вместо этого может быть воспроизведена намного быстрее в виде сложной асферической оптики.

Многие из этих высокотехнологичных приложений все чаще используют микроструктуры для достижения определенных свойств. Примеры включают эффекты дифракции, вызывающие определенные оптические характеристики в оптике, микрожидкостные аномалии при работе с мельчайшими количествами жидких материалов и эффекты улучшения поверхности для улучшения пассивности или характеристик износа.В конце концов, микротекстурирование для конкретных приложений или даже нанотекстурирование быстро становится востребованным атрибутом в медицине, биофотонике, светодиодах и органических светодиодах, а также во многих других областях технологий.

По мере того, как сложность этих структур увеличивается (и это в различных масштабах), растут и требования к воспроизводимости производства. И инструменты, необходимые для правильной оценки предполагаемой производительности, также должны обеспечивать необходимую гибкость.

Оптическое профилирование

Как полезный инструмент на этапе проектирования и как средство оценки качества во время производства растет спрос на быстрые и мощные системы оптического профилирования, которые также удобны в производстве.Эти системы идеально обеспечивают возможность надежного измерения топологии и текстуры шероховатой, гладкой и ступенчатой ​​поверхности в широком диапазоне материалов и сложных структур.

Хотя для решения этой задачи коммерчески доступны несколько различных технологий, все большее количество систем профилирования используют дополнительные оптические методы для оптимизации гибкости единой системы бесконтактных измерений. В Sensofar мы первыми внедрили интеграцию нескольких оптических инструментов, объединив оптическую конфокальную микроскопию с соответствующими интерферометрическими методами, чтобы повысить универсальность систем оптического профилирования.

Интерферометрия с фазовым сдвигом - это хорошо известная технология оптического профилирования, которая обеспечивает исключительное субнанометровое вертикальное разрешение даже при небольшом оптическом увеличении. Для гладких сплошных поверхностей это идеальный инструмент, но он не работает на неровных поверхностях и крутых склонах, а также проявляет неоднозначность на неровностях поверхности. Интерферометрия белого света заменяет собой эстафету для умеренно шероховатых поверхностей, в то время как подход конфокального измерения с использованием объектива с высокой числовой апертурой (NA) позволяет измерять крутые склоны, а также шероховатые поверхности в широком диапазоне глубин.Современные высокотехнологичные системы профилирования используют все эти методы в различных формах, чтобы обеспечить максимальную гибкость для измерения широкого диапазона форм и структур поверхностей (см. Рис. 1).

Сложная оптика

Конструкции линз для конкретных приложений находят свое применение во множестве научных и потребительских приложений. Например, микролинзы являются жизненно важным компонентом портативных микропроекторов, например, для домашних кинотеатров. Линзы Френеля направляют свет мощных светодиодов белого света, что приводит к очень компактной конструкции с высокой светопропускной способностью и низким энергопотреблением.Специальная оптика для биомедицинских приложений улучшает визуализацию в эндоскопах и в устройствах «лаборатория на чипе», используемых для сравнения образцов тканей. Дополнительные примеры включают оптические элементы связи для VCSEL в телекоммуникациях и микролинзы, используемые для концентрации света в микроскопическом волноводе (что позволяет создать микрооптоэлектронные системы, известные как MOEM).

В каждом из этих и многих других приложений используются уникальные оптические конструкции, отвечающие требованиям конкретных приложений. Объем производства для любого конкретного приложения может составлять от сотен до десятков тысяч.

Возьмем сложную асферическую оптику. За счет отклонения от истинной сферической формы сферическая аберрация может быть уменьшена, и могут быть достигнуты определенные оптические характеристики в компактной одиночной линзе. Кроме того, интегрируя дифракционные эффекты на одну поверхность линзы, можно скорректировать (то есть уменьшить) общую хроматическую дисперсию, чтобы добиться превосходных цветовых характеристик.

Стандартные сферические линзы можно экономично «асферизовать» с помощью оптического полимерного покрытия в процессе репликации.В качестве альтернативы небольшое или большое количество линз можно экономично прессовать из формы (см. Рис. 2). Сложные, несферические оптические конструкции и даже дифракционные структуры могут быть превращены из алмаза непосредственно в форму. И хотя нельзя ожидать, что отформованные линзы будут обеспечивать абсолютно высококачественные оптические характеристики, уровень сложности может быть достигнут, что обычно возможно только в традиционной сферической оптике за счет использования двойных или более сложных систем линз. РИСУНОК 2. Высокоточные линзы могут быть изготовлены путем формования, как в показанном здесь примере (вверху) с измеренным профилем (внизу).

Линзы произвольной формы представляют собой еще более сложную инженерную задачу, потому что этот тип линз представляет собой отход от вращательной симметрии, характерной для большинства типов оптики. Линзы произвольной формы либо обрабатываются алмазной обработкой напрямую, либо снова изготавливаются с использованием процесса формования.

Проблема с дизайном и контролем качества этих типов оптики заключается в том, что множество уникальных, даже не вращательно-симметричных конструкций, эффективно делает практически бесполезными интерферометрические методы измерения, в которых используются стандартные эталонные поверхности.Проблема усугубляется сложностью конструкции, возможно, включая (дифракционные) неоднородности в профиле поверхности или степень наклона поверхности, которую нелегко измерить. Кроме того, часто важно знать, какова шероховатость поверхности формованной линзы, чтобы определить приемлемую степень рассеяния (см. Рис. 3). Кроме того, на оптические линзы часто наносят покрытие для улучшения пропускания в определенных спектральных областях, поэтому также может быть важно знать качество любых присутствующих тонкопленочных структур.И последнее, но не менее важное: как эффективно измерить все эти свойства для массива микролинз? РИСУНОК 3. С помощью оптического профилирования можно измерить качество поверхности высокоточного объектива. Здесь хорошо видна остаточная структура поверхности.

Мультиталентность измерений

Высокоточные оптические поверхности и потребность в более глубоком описании линз или массивов линз требуют определения характеристик с использованием комбинации бесконтактных технологий. Современные системы оптического профилирования, оснащенные соответствующим образом, могут обеспечить комплексную дополнительную оценку профиля и свойств поверхности.

Типичные высокопроизводительные системы обеспечивают субнанометровое разрешение по всем осям и обычно включают в себя следующий набор функций:

  • фазовый сдвиг и интерферометрия в белом свете (PSI и WLI, соответственно) для обеспечения субнанометрового вертикального разрешения более широкая область на гладких поверхностях или менее точные, но более надежные измерения профиля для более грубых поверхностей соответственно;
  • конфокальная метрология для обеспечения надежного, высокого разрешения по вертикали и горизонтали даже на сложных и крутых поверхностях, а также использование современных методов микроизображения для облегчения и обогащения процесса сбора данных;
  • интерферометрия белого света и спектральная рефлектометрия для получения жизненно важной информации о составе тонких пленок, от субнанометровых до 10 мкм общей толщины и все с субнанометровым разрешением;
  • сдвоенные ПЗС-матрицы, предназначенные для видео- и метрологических задач; и
  • ,
  • двойные светодиоды: синий для PSI и конфокальных измерений и белый для WLI и задач визуализации.

Для решения конкретных задач могут быть разработаны различные конфигурации. В нижней части шкалы сложности системы, например, адаптация метода конфокальной микроскопии может быстро оценить базовую форму осесимметричных линз. Конфокальная микроскопия обеспечивает путь к дискриминации по глубине, эффективно маскируя свет, возвращаемый к детектору, который не исходит из точной фокальной плоскости объектива микроскопа. Используя структурированное освещение, алгоритм, который удерживает конфокальный микроскоп в фокусе на поверхности освещаемой оптики, а затем отслеживает необходимое движение с помощью системы линейных осей с высоким разрешением, профиль поверхности оптики может быть нанесен на карту в горизонтальном и вертикальном направлениях. разрешение 1 и 0.5 нм, соответственно. РИСУНОК 4. Система измерения апекса Sensofar PLu (слева) для сфер использует конфокальное отслеживание (справа).

Этот метод, названный Sensofar «конфокальным отслеживанием», лежит в основе нашей новой системы (см. Рис. 4). Система включает в себя базовый набор инструментов для отображения и анализа данных, а дополнительный модуль анализа асферических кривых обеспечивает оценку формы по отношению к конструкции или контрольной поверхности. Для более сложных топологий поверхности, таких как решетки микролинз, в структурах фотоэлектрических солнечных элементов или в системах MEMS / MOEMS (см.рис.5) полный набор метрологических инструментов, объединенных в единую систему, может оказаться огромным преимуществом во время разработки и дополнительно на этапе контроля качества. РИСУНОК 5. Тщательное исследование структур МЭМ, подобных показанным здесь, обычно требует нескольких дополнительных оптических методов. .

Outlook

Микрооптическая измерительная техника удовлетворяет двум важным требованиям метрологии: неразрушающее измерение в сочетании с высокой точностью. Дополняя системы оптического профилирования тонкопленочными метрологическими возможностями, алгоритмами анализа, технологией микродисплея на оптическом пути и компактной сенсорной головкой, эту технологию можно очень гибко настраивать, начиная от простой настройки для лабораторий НИОКР и лабораторий контроля качества.

Современные оптические приборы: Современные оптические приборы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх