🗊Презентация Статические элементы оптоэлектронных систем

Оптоэлектроника Лекция 3 Статические элементы оптоэлектронных систем Краснов В.В., Черёмхин П.А.

Статические элементы оптоэлектронных систем Оптическая система — совокупность оптических элементов, созданная для преобразования световых пучков.

Линзы

История развития линз

История развития линз

Построение изображения линзой

Недостатки простой линзы Изображение, даваемое простой линзой, имеет ряд искажений. Устранение большинства достигается подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив.

Сферические аберрации Сфери́ческая аберра́ция — аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси. Приводит к нарушению гомоцентричности пучков лучей от точечного источника, без нарушения симметрии строения этих пучков (в отличие от комы и астигматизма). Хотя эта аберрация и называется сферической, она характерна не только для сферических поверхностей.

Продольные и поперечные сферические аберрации

Борьба со сферическими аберрациями Применение оптических стёкол с высокими показателями преломления позволяют уменьшить сферическую аберрацию, посредством увеличения радиусов поверхностей линзы при сохранении её оптической силы. Заметное влияние на сферическую аберрацию оказывает диафрагмирование, так как при этом отсекаются краевые лучи широкого пучка. В отдельных случаях небольшая величина сферической аберрации третьего порядка может быть исправлена за счёт некоторой

Коматические аберрации Ко́матическая аберрация или Ко́ма (от др.-греч. κόμη — волосы) — одна из пяти аберраций Зейделя оптических систем, приводящая к нарушению гомоцентричности широких световых пучков, входящих в систему под углом к оптической оси.

Астигматизм Астигмати́зм — аберрация, при которой изображение точки, находящейся вне оси, и образуемое узким пучком лучей, представляет собой два отрезка прямой, расположенных перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса.

Примеры астигматизма

Дисторсия Дисторсия (от лат. distortio — искривление) — аберрация оптических систем, при которой линейное увеличение изменяется по полю зрения. Причина дисторсии, как и сферической аберрации, заключается в более сильном отклонении лучей периферийными зонами поло­жительной линзы по сравнению с ее центральной частью. Чем дальше от центра линзы проходит луч, тем сильнее он отклоняется.

Кривизна поля изображения Кривизна́ по́ля изображе́ния — аберрация, в результате которой изображение плоского объекта, перпендикулярного к оптической оси объектива, лежит на поверхности, вогнутой либо выпуклой к объективу. Эта аберрация вызывает неравномерную резкость по полю изображения. Поэтому, когда центральная часть изображения фокусирована резко, то его края будут лежать не в фокусе и изобразятся нерезко.

Хроматические аберрации Хромати́ческая аберра́ция — разновидность аберраций оптических систем, обусловленная различием показателя преломления прозрачных сред от длины волны проходящего излучения.

Дифракционные аберрации Дифракционная аберрация обусловлена волновой природой света, и следовательно — носит фундаментальный характер, и поэтому принципиально не устранима. Возникает вследствие дифракции света на конечной апертуре. Задает предельно возможное угловое разрешение оптической системы: где λ — длина волны, а A’ —апертура.

Призмы Призма — оптический элемент из прозрачного материала в форме геометрического тела — призмы, имеющий плоские полированные грани, через которые входит и выходит свет. Свет в призме преломляется. Важнейшей характеристикой призмы является показатель преломления материала, из которого она изготовлена.

Дисперсионные призмы

Призма Аббе Призма Аббе изготовляется из стекла, так, что в её основе находится треугольник с углами 30°-60°-90°. Когда луч света входит в сторону треугольника AB, он преломляется и испытывает полное внутреннее отражение от стороны BC, после чего преломившись во второй раз выходит из стороны AC. Для призмы подбирается такой материал, чтобы на луч с заданной длиной волны выходил из неё под углом 60° по отношению к первоначальному направлению. Так называемая призма Аббе типа А используется для того, чтобы перевернуть изображение без отклонения от линии взгляда на объект.

Призма Пеллин-Брока Четырехгранная призма с углами 90°, 75°, 135 ° и 60°. Луч света входит в сторону АВ, испытывает полное внутреннее отражение от стороны BC и выходит через сторону AD. В результате преломления света только одна длина волны выходит под углом в 90°. Поворотом призмы вокруг оси О достигается изменение длины волны выходящего под 90° луча. При этом геометрия и положение входного и выходного пучков не изменяется. Используется для выделения конкретной длины волны из широко-спектрального излучения.

Призма Амичи Пользуясь различием в дисперсии для разных сред, можно построить сложную призму так, что для какой-либо длины волны отклонение практически будет отсутствовать. Тогда можно получить спектр в прямом направлении. Такие призмы называют призмами прямого видения (призмами прямого зрения).

Отражательные призмы Отражательные призмы используют для изменения хода лучей, изменения направления оптической оси, изменения направления линии визирования, для уменьшения габаритных размеров приборов.

Призма Порро Представляет собой изделие из стекла в форме прямой призмы с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании. Луч входит со стороны широкой прямоугольной стороны призмы, дважды испытывает полное внутреннее отражение от малых прямоугольных сторон и выходит через широкую прямоугольную сторону. Изображение при прохождении призмы отражается зеркально относительно плоскости симметрии, перпендикулярной основанию. Направление хода луча меняется на 180°. Призмы Порро часто используются парами, образуя двойную призму Порро. Вторая призма, повернутая на 90° относительно первой, устанавливается таким образом, чтобы луч попадал в нее после выхода из первой призмы. В этом случае изображение, дважды отраженное зеркально относительно двух перпендикулярных плоскостей, оказывается в итоге перевернутым на 180° относительно исходного.

Призма Амичи с «крышей» Представляет собой обычную прямоугольную призму с дополнительной «крышей» грани которой сходятся под 90°, на гранях которой происходит полное внутренне отражение. Луч входящий в призму поворачивается на 90°, а изображение зеркально переворачивается. Часто используется в окулярах телескопов

Пентапризма Пентапри́зма — отражательная призма, имеющая в сечении, перпендикулярном рабочим граням, вид пятиугольника. Две грани пентапризмы отражающие, две — преломляющие и одна — нерабочая. При замене одной из отражающих граней двумя, расположенными под углом 90° друг к другу, получается крышеобразная пентапризма или пентапризма с крышей. В отличие от простой пентапризмы, дающей прямое изображение, крышеобразная его зеркально переворачивает. Крышеобразная пентапризма широко применение в качестве оборачивающей системы видоискателя однообъективных зеркальных фотоаппаратов.

Призма Аббе-Кёнига Центральный луч отражается от скошенной под 30° гранью, затем от «крыши» и третий раз от второй скошенной под 30° грани. Входной и выходной лучи лежат на одной прямой. Изображение переворачивается на 180°.

Призма Шмидта-Пехана Центральный луч испытывает 5 внутренних отражений, причем 1 из них под углами меньше критических. Требуется дополнительное отражающее покрытие. Входной и выходной лучи лежат на одной прямой. Изображение переворачивается на 180°.

Призма Дове Призма Дове  – это оборачивающая призма. Не меняя направления проходящего через неё параллельного пучка лучей, призма Дове даёт зеркальное изображение предмета.

Светоделительный куб

Дихроидная призма Дихро́идная призма — устройство, разделяющее падающий на него световой поток на несколько с различными диапазонами длин волн. Используются в трёхматричных видеокамерах и фотокамерах, а также в проекторах для разделения изображения на RGB составляющие. Строятся из одной или более стеклянных призм с дихроидными оптическими покрытиями, которые выборочно отражают или пропускают свет в зависимости от длины волны лучей света. Таким образом, определённые поверхности в пределах призмы действуют как дихроичные фильтры. Способность дихроидных призм разделять или соединять компоненты луча света широко используется в видео—фотоаппаратуре. Например, в видеокамерах это даёт возможность применять 3 фотосенсора c изображением, разделённым на три монохромных изображения R, G, B на каждом фотосенсоре.

Поляризационные призмы Поляризационные призмы разделяют луч на компоненты с различной поляризацией.

Призма Николя Свет с произвольной поляризацией, проходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, расщепляясь на два луча — обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость поляризации и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации. После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение от плоскости склеивания и выходит через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.

Призма Волластона Разделяет луч на два с ортогональными линейными поляризациями. Угол между лучами варьируется в диапазоне 15°-45°.

Поляризатор Для большинства практических применений поляризационный фильтр изготавливают в виде двух стеклянных пластинок с находящейся между ними поляроидной плёнкой, обладающей линейным дихроизмом. Поляроидная плёнка представляет собой слой ацетилцеллюлозы, содержащий большое количество мелких кристаллов герапатита (иодистое соединение сернокислого хинина). Применяются также иодно-поливиниловые плёнки с одинаково ориентированными полимерными цепями. Идентичность ориентации кристаллов достигается с помощью электрического поля, а полимерные цепи ориентируют механическим растяжением.

Дифракционная решетка Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Голограммы Голограмма – записанная картина интерференции излучений от объекта и опорного. Позволяет восстановить излучение шедшее от объекта посредством освещения голограммы когерентным светом.

Спасибо за внимание!