Ответы на билеты по оптике на тему Геометрическая оптика

Все это справедливо для точки на оси системы. Для точек, отстоящих от оси на некотором расстоянии, освещенность будет уменьшаться но закону Ламберта, а именно:
Eў = Eў o Cos4wў ,
где Е'o - освещенность на оcи системы, Eў - освещенность в точке, отстоящей от оси на угол w ў.
Светосила для точек вне оси будет Н = Но Cos4w ў .
Это явление создает препятствие для создания широкоугольных систем. Профессор Русинов М. М. открыл новое явление - аберрационное виньетирование, которое позволяет расширить наклонные пучки в и достигать падения освещенности пропорционально Cos2 w ў , т.е. Eў = Eў o Cos2w ў .Это ведет к более равномерной освещенности поля зрения.
г) Качество изображения и разрешающая способность
Качество изображения, даваемое оптической системой, определяется ее способностью создавать геометрически подобное предмету изображение, в котором мелкие детали предмета, распределение освещенности и контраст воспроизводятся с достаточной точностью.
Качество изображения зависит от дифракционной картины изображения точки, величины остаточных аберраций, освещенности и контраста предмета и ошибок юстировки прибора. Качество изображения оценивается геометрическими и физическими методами, а именно, величиной геометрических аберрации и разрешающей способностью в первом случае, волновыми аберрациями и распределением освещенности в дифракционной или интерференционной картине - во втором. Кроме этих способов применяется фотоэлектрический метод по частотно-контрастным характеристикам (ЧКХ) н теневой метод Фуко-Максутова (метод ножа).

Рис. 3.2.1.1-4

Каждая точка пространства предметов изображается в пространстве изображений в виде дифракционного кружка, представляющего светящийся кружок, окруженный светлыми и темными кольцами (рис.3.2.1-4).
Центральный кружок содержит в идеальной оптической системе 84% световой энергии, участвующей в построении изображения точки. Остальная энергия распределяется в кольцах.
Если изображается протяженный предмет, то кольца соседних точек накладываются друг на друга, снижая тем сам контраст в изображении и затрудняя при этом различение мелких деталей.
В случае остаточных аберраций происходит перераспределение энергии в дифракционной картине изображения каждой точки за счет уменьшения ее в центральном кружке и увеличения в кольцах. В результате этого ухудшается качестве изображения.
Такая аберрация как дисторсия искажает форму предмета, а астигматизм и кома снижают качество изображения на краю поля.
Оценка качества изображения производится различными способами в зависимости от назначения ОП.
Основными из них являются:
1) Оценка качества изображения с помощью штриховых мир.
Проводится визуально или фотографированием изображения миры. Недостатки при этом выражается в виде рассеянного света по всей поверхности (сферическая аберрация), окрашенное изображение краев штрихов (хроматизм), неодинаковая резкость изображения штрихов разных направлений (астигматизм), подушкообразное (бочкообразное) изображение миры (дисторсия), наличие "хвостов" у штрихов (кома). Этот способ применяется для контроля простых фотообъективов и объективов телескопических систем.
2) По дифракционной картине светящейся точки
При этом оценивается распределение энергии в центре и кольцах, форма среднего пятна и из колец. Применяется для контроля сложных фотообъективов и объективов астрономических приборов.
3) Теневой метод Фуко - Максутова, который заключается в наблюдении теневом картины, полученой путем установки ножа в фокальной плоскости системы и контроля таким способом геометрической формы волнового фронта. Применяется для контроля зеркальных астрономических объективов.
4. Частотно-контрастный метод
Заключается в определении коэффициента ТN передачи контраста пространственной синусоидальной решетки в зависимости от ее частоты, т. е.
;
где Кў N - контраст в изображении, К - контраст предмета / пространственной решетки.
Контраст определяется по формулам:

где Emax и Emin - освещенной светлых и темных штрихов предмета, соответственно, E ў max и Eў min - освещенность элементов изображения.
Метод, в основном, применяется для исследования и контроля систем, работающих с фотоэлектрическими приемниками.
Разрешающей способностью оптической системы называется ее способность изображать раздельно две близко лежащие точки предмета. Что же ограничивает разрешающую способность?
Во-первых, каждая точка предмета изображается в виде дифракционного кружка, во-вторых, распределение энергии в этом кружке зависит от аберраций системы.
Английский физик Рэлей сделал вывод, что две точки изображения будут видны раздельно, если центр дифракционного кружка одной точки будет совпадать с первым, темным, кольцом дифракционного кольца второй точки.
В этом случае

где Y - разрешающая способность в радианах, l - длина волны света, D - диаметр входного зрачка в мм.

Рис.3.2.1.1-5

Для визуальных приборов принимается длина волны l = 0,55 мкм, и разрешающая способность тогда равна:
.
Разрешающая способность измеряется в угловой или линейной мере. В угловой мере для приборов дальнего действия, работающих совместно с глазом, в линейной мере - для приборов ближнего действия и приборов, работающих с другими приемниками. При выражении разрешающей способности в линейной мере N она определяется в количестве линий на один миллиметр или расстоянием между точками изображения, т. е.