POMIARY OPTYCZNE 1 4. Oko Damian Siedlecki.

Prezentacja na temat: "POMIARY OPTYCZNE 1 4. Oko Damian Siedlecki."— Zapis prezentacji:

1 POMIARY OPTYCZNE 1 4. Oko Damian Siedlecki

2 Oko - budowa Oko ma kształt kuli o średnicy ok. 24 mm.
a – twardówka; b – rogówka; c – soczewka oczna (dwuwypukła) zbudowana z materiału o zmiennym współczynniku załamania, średnio równym ok. 1.43; d - ciało szkliste; e -tęczówka z otworem źrenicy; f – siatkówka; g – żółta plamka; h – plamka ślepa i nerw wzrokowy. Oko - budowa

3 Oko - optyka 𝑓 ′ ≈22.8mm 𝑓≈−17.5mm 𝑠 𝐻 ≈1.35mm 𝑠 𝐻 ′ ≈1.6mm
Układ optyczny oka składa się z czterech powierzchni załamujących. Uproszczony schemat optyczny oka: Zdolność zbierająca soczewki ocznej standardowego oka wynosi ok. 20 dioptrii, a rogówki – ok. 40 dioptrii. 𝑓 ′ ≈22.8mm 𝑓≈−17.5mm 𝑠 𝐻 ≈1.35mm 𝑠 𝐻 ′ ≈1.6mm Oko - optyka

4 Oko - akomodacja Oko ma zdolność akomodacji.
Oko niezakomodowane przystosowane jest do obserwacji przedmiotów w nieskończoności. Akomodacja pozwala zdrowemu, młodemu oku obserwować przedmioty od nieskończoności do ok. 10 cm. Najmniejsza odległość, przy której oko nie odczuwa zmęczenia mięśni napinających soczewkę nazywa się odległością dobrego widzenia – D=25 cm. Oko - akomodacja

5 Oko – wady wzroku Oko miarowe:
Dalekowzroczność – wada, polegająca na tym, ze długość gałki ocznej jest za mała w stosunku do zdolności zbierającej nieakomodującego oka. Oko – wady wzroku

6 Dalekowzroczność c.d.: Korekcja dalekowzroczności Oko – wady wzroku

7 Oko – wady wzroku Oko miarowe:
Krótkowzroczność – wada, polegająca na tym, ze długość gałki ocznej jest za duża w stosunku do zdolności zbierającej nieakomodującego oka. Oko – wady wzroku

8 Krótkowzroczność c.d.: Korekcja krótkowzroczności Oko – wady wzroku

9 Oko Starczowzroczność (presbyopia)
– z wiekiem soczewka traci elastyczność, maleje siła mięśni akomodujących, więc zmniejsza się zakres akomodacji oka. Oko

10 Siatkówka jest detektorem światła
Siatkówka jest detektorem światła. Zbudowana jest z komórek światłoczułych zwanych czopkami i pręcikami, połączonych poprzez nerwy wzrokowe z ośrodkiem widzenia w mózgu. Czułość pręcików jest kilkadziesiąt tysięcy razy większa od czułości czopków. Czułość zarówno czopków, jak i pręcików, zależy od długości fali odbieranego promieniowania. Oko - siatkówka

11 Oko - siatkówka A - plamka żółta; B – obszary peryferyjne;
C - zagłębienie tarczy nerwu wzrokowego (plamka ślepa); D - naczynia siatkówki. Oko - siatkówka

12 Pręciki: odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe; przy poziomie oświetlenia poniżej 0,01 lx);
jest ich około 120 mln na siatkówce oka, mają długość około 60 µm i szerokość 2 µm; znajdują się na obrzeżach siatkówki (widzenie peryferyjne); niewrażliwe na barwy. Oko - pręciki

13 Czopki: odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe; przy poziomie oświetlenia powyżej 30lx);
liczba czopków na siatkówce jednego oka to około 6 mln; ich szerokość wynosi 4 µm, a długość 40 µm; znajdują się głównie wewnątrz dołka środkowego (plamki żółtej), gdzie ich zagęszczenie wynosi około 200 000/mm2, poza dołkiem jest ich mniej; W dołku środkowym: Poza dołkiem środkowym: czopki pręciki Oko - czopki

14 Oko – czopki i pręciki

15 Rozróżnia się trzy rodzaje czopków reagujące na różne długości promieniowania widzialnego:
typu L – 64 % czopków; (Long, Protos) typu M- 32 % czopków; (Medium, Deutos) - typu S- 4% czopków; (Short, Tritos). Oko - czopki

16 Oko - siatkówka

17 Oko – zdolność rozdzielcza
Oko, patrząc na dwa przedmioty, rozróżnia je jako dwa punkty pod warunkiem, że widzi je pod wystarczająco dużym kątem. Graniczna wartość kąta zdolności rozdzielczej zależy od indywidualnych własności oka obserwatora, wielkości czynnej źrenicy oka, rodzaju obserwowanych przedmiotów, ich oświetlenia i kontrastu. Wynosi ona średnio 60” (sekund) – inaczej 1’ (minuta). tg 1 ′ = ℎ 𝐷 = ℎ′ 𝑓′ , co dla 𝐷=25cm daje ℎ=73μm (13.5 linii/mm) ℎ ′ = 𝑓 ′ tg 1 ′ ≈6μm Oko – zdolność rozdzielcza

18 Oko – zdolność rozdzielcza
Przy normalnej, długotrwałej pracy oka, jego zdolność rozdzielczą (wyrażoną w minutach) można przybliżyć wzorem empirycznym: 𝜑= 1 0,62− 0,13 𝑑 𝑧 źródło: Hanc gdzie dz jest średnicą czynną źrenicy oka, wyrażoną w milimetrach. Przy zbyt słabym lub zbyt silnym oświetleniu zdolność rozdzielcza oka pogarsza się. Oko – zdolność rozdzielcza

19 Oko – zdolność rozdzielcza
Pokrywając końce dwóch kresek pomiarowych (o jednakowej grubości) tak, aby jedna była przedłużeniem drugiej, nie popełnia się błędu większego niż 10-15”. Z odległości dobrego widzenia D=250 mm odpowiada to niezgodności ok. 0,02 mm. Oko – zdolność rozdzielcza

20 Oko – zdolność rozdzielcza
Przy wprowadzaniu pojedynczej kreski pomiarowej pomiędzy dwie kreski tzw. bisektora odchylenie to jest mniejsze i wynosi ok. 6-10” od symetrycznego ustawienia kreski między kreskami bisektora. Podobna dokładność otrzymamy przy naprowadzaniu pojedynczej kreski na szczelinę lub pojedynczej kreski na skrzyżowanie kresek w ten sposób, że pojedyncza kreska stanowi dwusieczna kąta między skrzyżowanymi kreskami. Oko – zdolność rozdzielcza

21 Oko – zdolność rozdzielcza
Jeśli oko patrzy przez lunetę o powiększeniu  wówczas zdolność rozdzielcza układu oko-luneta (o ile nie nastąpi jej pogorszenie na wskutek dyfrakcji na oprawie obiektywu lunety) wynosi: Φ= 𝜑 Γ W przestrzeni przedmiotowej mikroskopu lub lupy o powiększeniu 𝚪, liniowa zdolność rozdzielcza (wyrażona w mm) wynosi: 𝑤≈73∙ 10 −3 𝜑 Γ Oko – zdolność rozdzielcza

22 Oko - adaptacja DŁUGOŚĆ x SZEROKOŚĆ = 0,5” x 1°
Oko jest bardzo czułym odbiornikiem energii świetlnej, lecz pełną wrażliwość na światło osiąga dopiero przy przystosowaniu się czyli adaptacji do warunków oświetlenia. Przy przejściu z ciemności do jasno oświetlonej przestrzeni oko adaptuje się stosunkowo szybko. Przy przejściu odwrotnym, dla pełnej adaptacji oka na ciemność potrzebny jest czas ok minut, aby wypoczęte oko reagowało na porcje energii światła żółtozielonego. Przy obserwacji przez przyrządy optyczne, oko zwykle jest adaptowane „na jasność”. W tym przypadku graniczne kątowe wymiary ciemnej kreski pomiarowej zauważalne na dobrze oświetlonym tle wynoszą: DŁUGOŚĆ x SZEROKOŚĆ = 0,5” x 1° (z odległości dobrego widzenia odpowiada to 0,6 μm x 4,4 mm – ale w praktyce szerokość kresek podziałki jest wielokrotnie większa) Oko - adaptacja

23 Oko – poczucie kontrastu
Dużą rolę w pomiarach fotometrycznych gra odczuwanie kontrastów przez oko. Przy obserwacji dwóch stykających się, niejednakowo oświetlonych pól, oko odczuwa względną różnicę oświetleń. Dla typowego oświetlenia pola pomiarowego ( luksów) oko wyczuje różnicę jasności około 1% (przy ostrej granicy porównywalnych pól, nawet do 0,5%). Oko – poczucie kontrastu

24 Oko – poczucie kontrastu
Przy pomiarach wielkości ogniskowanych na różne płaszczyzny duży wpływ na dokładność pomiarów ma akomodacja oka. W zdrowym, miarowym oku, przy rozluźnionej akomodacji, na siatkówce tworzą się obrazy dalekich przedmiotów, zaś bliskie tworzą obrazy niewyraźne. Aby widzieć ostro przedmioty leżące blisko, oko musi akomodować. Przed każdym okiem leży punkt najbliższy, który oko jeszcze wyraźnie widzi – tzw. punkt bliski oka. Punkt ten oddala się z wiekiem; w wieku 20, 30, 40, 50 i 60 lat wynosi on odpowiednio: 0,1 m, 0,14 m, 0,22 m, 0,4 m, 2 m. Gdy przedmiot znajduje się zbyt blisko, oko męczy się prędko. Zaleca się patrzeć z odległości nie mniejszej niż 250 mm, która to odległość znormalizowano i nazwano odległością dobrego widzenia. Oko – poczucie kontrastu

25 Siatkówka oka składa się z oddzielnych komórek, będących elementami światłoczułymi. Ostrość widzenia punktu nie zostaje naruszona nawet wtedy, gdy obraz tego punktu powstaje nie na samej siatkówce, lecz przed lub za nią, jeśli tylko wymiary plamki dyfrakcyjnej nie przekraczają wymiarów elementu światłoczułego oka (czopka lub pręcika). Oko – głębia ostrości

26 Oko – głębia ostrości

27 Kolimatory

28 Kolimator – przyrząd przetwarzający padające światło w równoległą wiązkę (skolimowaną) lub w wiązkę o określonej zbieżności. Padający strumień może być rozbieżny, zbieżny lub może nie mieć ustalonej zbieżności. Kolimator jest zwykle częścią składową większych przyrządów. (Wikipedia) Kolimator – instrument optyczny tworzący obrazy punktów lub testów w bardzo dużej odległości; używa się ich do pomiaru i kontroli charakterystyk różnych przyrządów optycznych. Składa się on z bardzo dobrze skorygowanego, długoogniskowego obiektywu, w którego płaszczyźnie ogniskowej przedmiotowej znajduje się płytka ogniskowa. (Hanc) Kolimator

29 Kolimator składa się z bardzo dobrze skorygowanego, długoogniskowego obiektywu Ob, w którego płaszczyźnie ogniskowej przedmiotowej znajduje się płytka ogniskowa Pk. Oba te elementy w najprostszym przypadku znajdują się w rurze, przy czym oprawa płytki ogniskowej może być przesuwana w płaszczyźnie prostopadłej do osi kolimatora. Kolimator

30 Oświetlacz zapewnia równomierne oświetlenie płytki ogniskowej
Oświetlacz zapewnia równomierne oświetlenie płytki ogniskowej. Składa się on najczęściej z dwóch płasko-wypukłych soczewek, zwróconych do siebie wypukłościami (kondensor). Soczewki te powinny znajdować się jak najbliżej płytki ogniskowej (Zwrócić uwagę na umieszczenie oprawy obiektywu na przesuwnym gwincie – po co?) Kolimator

31 Jeśli nie stosujemy oświetlacza, to rurę kolimatora można zamknąć matówką. Zamiast matówki można nałożyć na kolimator okular, nastawiony na ostre widzenie płytki ogniskowej (po co?). Rysunek płytki ogniskowej ustawia się w jego płaszczyźnie ogniskowej z dokładnością nie mniejszą niż 0,001 dioptrii (bo tak). Kolimator

32 Rysunek płytki ogniskowej kolimatora wykonuje się zwykle metodą fotograficzną lub przez rysowanie na warstwie srebra i trawienie kwasem lub też napylanie (chromem) w aparaturze próżniowej. Kolimator

33 Obiektywy kolimatorów muszą być doskonale skorygowane (na korekcję jakich aberracji należy zwrócić szczególna uwagę?), a ich zdolność rozdzielcza w zakresie wykorzystywanego pola powinna być równa teoretycznej. Dla niewielkiego pola widzenia (2-3) używane są na ogół dwusoczewkowe obiektywy aplanatyczne* o sile światła od 1:12 do 1:8 i o ogniskowej 300, 1200 i 1500 mm. Mimo niewielkiego pola widzenia kolimatora należy zwrócić uwagę na dobre skorygowanie krzywizny pola, która może być źródłem paralaksy na brzegu pola. Ogólną zasadą, która kierujemy się przy wyborze obiektywu kolimatora jest konieczność stosowania obiektywu o dłuższej ogniskowej niż ogniskowa obiektywu przyrządu sprawdzanego przy użyciu kolimatora. Im dłuższa ogniskowa obiektywu, tym „lepszą nieskończoność” daje kolimator. * Aplanat – obiektyw fotograficzny opracowany w 1866 roku w zakładach Carl August Steinheil & Söhne w Monachium, składał się z dwóch dubletów achromatycznych ustawionych symetrycznie wobec apertury. Jego projektantem był Hugo Adolf Steinheil. Użycie dwóch symetrycznych dubletów pozwoliło na wyeliminowanie większości wad optycznych (aberracja sferyczna, aberracja chromatyczna, koma i dystorsja). Kolimator

34 Specjalny rodzaj kolimatorów: szerokokątne (pole widzenia 2w=30-45)
Specjalny rodzaj kolimatorów: szerokokątne (pole widzenia 2w=30-45). Kolimatorów tych używa się do: - pomiarów kąta pola widzenia lunet; - sprawdzania mechanizmów pomiaru kąta w przyrządach celowniczych; - sprawdzania „martwych” ruchów przyrządach celowniczych; - sprawdzania kątowej wartości działek w tychże przyrządach. Kolimatory te muszą mieć bardzo dobrze skorygowane wszystkie aberracje osiowe i pozaosiowe (w szczególności dystorsję, krzywiznę pola i astygmatyzm). Kolimator

35 Kolimator Δ𝑓′= 2𝜆 6 𝐴 2 Ustawianie kolimatorów „na nieskończoność”:
1) Autokolimacja (patrz: lunety autokolimacyjne); 2) Obserwacja bardzo dalekiego punktu; 3) Metoda pentagonu i lunety; 4) Metoda trzech kolimatorów. Można pokazać, że dokładność ustawienia kolimatora „na nieskończoność” zależy od wielkości A apertury jego obiektywu: Δ𝑓′= 2𝜆 6 𝐴 2 Ad. 3) Stosowana do ustawiania kolimatorów o dużej średnicy. Kolimator