Оптические преобразователи сигнала
Содержание
Введение
1. Основные оптические приборы
2. Зрительная система как приемник оптической информации
3. Кинескоп черно-белого телевидения
4. Электронный прожектор
5. Экран кинескопа
6. Применение оптических приборов
Список используемой литературы
Введение
Окружающие нас предметы обладают свойством отражать падающий на них световой поток. В подавляющем большинстве случаев – это диффузное отражение, хотя нередко встречается и зеркальное отражение, характерное для так называемых зеркальных поверхностях, к которым относятся полированные и лакированные поверхности, поверхности жидкостей и др.
Способность каждого предмета или его деталей различно отражать световой поток или излучать (самосветящийся предметы) являются оптическим свойством объекта, а отраженный (излученный) каждой деталью предмета световой поток является источником зрительной информации о предмете, воспринимаемой наблюдателем. Отражательные свойства тел описывают коэффициентом отражения
p=Fo/F
где Fo –отраженный световой поток; F- световой поток, падающий на отраженную поверхность.
Световой поток, обладающий наблюдаемые предметы, определяет их освещенность Eo. Освещенность различных участков трехмерного наблюдаемого объекта будет различна, так как участки расположены на различных расстояниях от облучающего источника, одни детали затеняют другие и т.д. Поэтому трехмерный объект, обладающий постоянным коэффициентом отражения по всей поверхности, может быть виден в деталях.
1. Основные оптические приборы
Назначением оптических приборов является получение на экране или в светочувствительных устройствах (глаз, фотопленка и др.) четких изображений: удаленных крупных предметов, мелких деталей близких крупных предметов, близких мелких предметов, нормальных предметов в глазу с аномальными оптическими свойствами, предметов, проектированных на большие экраны. В соответствии с этим оптические приборы подразделяются на зрительные трубы (в том числе телескопы), лупы и микроскопы, очки, проекционные аппараты.
Оптические приборы увеличивают угол зрения для изображения по сравнению с углом зрения, соответствующим рассматриваемому предмету. Углом зрения называется угол, под которым в оптическом центре глаза сходятся лучи от крайних точек предмета или его изображения. Увеличение оптического прибора:
N=tq gи/tq gп
где gи и gп – соответственно углы зрения для предмета и изображения.
Оптические приборы обычно дают двумерное (плоское) изображение трехмерных (пространственных) предметов (объектов). Ограничение угла раскрытия пучков света от предмета, необходимое для получения достаточно четкого изображения, осуществляется с помощью апертурной диафрагмы - круглого отверстия в непрозрачном экране. Апертурная диафрагма может быть установлена в приборе, до или после него.
Входным и соответственно выходным зрачком оптического прибора называется те из отверстий в нем (или их изображений), которые сильнее всего ограничивают углы раскрытия входящих в прибор и выходящих и выходящих из него пучков света (рис.1). Если Апертурная диафрагма находится внутри прибора, то ее изображение в передней по отношению к предмету части прибора служит входным зрачком, а изображение в задней части прибора - выходным зрачком.
Угол, под которым виден радиус входного зрачка из точки пересечения оптической оси прибора с плоскостью предмета, называется апертурным углом. Угол, под которым виден радиус выходного зрачка из точки пересечения оптической оси с плоскостью изображения, называется углом проекции.
Рис.1
Для ограничения поля зрения (в плоскости предмета) помимо апертурной диафрагмы, применяется диафрагма поля зрения, роль которой может играть оправа одной из линз системы. Действительно контур диафрагмы поля зрения или его изображения в части системы расположенной между этой диафрагмой и предметом, называется люком.(входным окном). Наиболее диафрагмирование поля зрения осуществляется тогда, когда плоскости люка и предмета совпадают.
Отношение площади апертурной диафрагмы к квадрату фокусного расстояния передней (по отношению к предмету) линзы- объектива оптической системы – называется его светосилой I. Это отношение определяет освещенность изображения.
Отношение максимального диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объективу называется относительным отверстием объектива G.
Освещенность изображения
E~G
Величины I и G определяют также резкость изображения, которая уменьшается с ростом I и G.
Лупа представляет собой систему из одной или нескольких линз с небольшим фокусным расстоянием (f=10 - 100 мм). Дает мнимое увеличение изображения предмета на расстояние наилучшего зрения D (250 мм для нормального глаза) или в бесконечности, т.е. рассматриваемое глазом без усилия аккомодации. Увеличение N=D/f в обоих случаях практически одинаково.
Микроскоп представляет собой комбинацию двух оптических систем (из одной или нескольких линз) – объектива и окуляра, разделенных значительным по сравнению с f1 и f2,расстоянием.
Малый объект помещается вблизи переднего фокуса объектива, дающего его увеличенное действительное изображение, которое рассматривается с помощью окуляра, играющего роль лупы. Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра:
где f1 и f2 – фокусные расстояния объектива и окуляра, - расстояния между фокусами обеих систем, D – расстояние наилучшего зрения.
Для малых величин f1 и f2 величина N может иметь порядок 10.
Пределы величине N кладутся дифракционными явлениями. Освещение предмета в микроскопе широкими пучками света (для увеличения разрешающей способности микроскопа) производится с помощью конденсора, фокус которого располагается в плоскости предмета. Объектив должен удовлетворять условию апланатизма для точек возле его фокуса, а также должен быть ахроматизирован. Для ослабления отражения света, происходящего в покровном стекле микроскопа, применяются иммерсионные объективы.
Зрительные трубы представляют собой комбинацию двух оптических систем (из одной или нескольких линз) – объектива и окуляра. Действительное уменьшенное изображение удаленного предмета, даваемое объективом, рассматривается через окуляр как лупу. Увеличение зрительных труб:
где f1 и f2 –фокусные расстояния соответственно объектива и окуляра. Для бесконечно удаленных объективов передняя фокальная плоскость окуляра совмещается с задней фокальной плоскостью объектива (телескопическая система). Величины N для телескопов лежат в пределах 75-200, для зрительных труб – в пределах 7-20.
Проекционные приборы представляют собой комбинацию короткофокусного конденсора (обычно из двух линз) и объектива, дающею на экране действительное увеличенное изображение предмета. Свет от малого источника проходит через конденсор, предмет (обычно прозрачный диапозитив или фотопленку), сходится в фокусе конденсора, совпадающий с входным зрачком объектива, и направляется на экран. Линейное увеличение проекционного прибора:
где d –расстояние от объектива до экрана, f –заднее фокусное расстояние конденсора.
Оптическая система спектральных приборов состоит из источника света в виде узкой щели, переднего объектива, призмы или дифракционной решетки и заднего объектива. Передний объектив (коллиматор) преобразует расходящейся пучок света от щели в параллельный, задний объектив сходит пучок лучей на экране (или на фотопластинку), располагаемый в его фокальной плоскости. Изображение представляет собой спектр (ряд изображений входной щели прибора в лучах с разными длинами волн).
Призма обычно располагается под углом наименьшего отклонения. Линейное увеличение спектрографа:
где f1 и f2 –фокусные расстояния переднего и заднего объективов. Если линза коллиматора целиком освещена, то светосила спектрального прибора определяется светосилой второй линзы.
2. Зрительная система как приемник оптической информации
Зрение, т.е. получение зрительной информации о внешнем мире – форме вещей, их пространственном изображении, цвете, движении и так далее, осуществляется с помощью зрительной системы. Зрительная система состоит из органа зрения – глаза, нервной системы и зрительного центра коры головного мозга. Хотя физиологическое и морфологическое строение глаза изучено достаточно полно, все же механизм зрительной системы в целом еще далеко не ясен. В последние несколько лет появилось большое число работ и проведено много исследований в области изучения процессов формирования восприятия зрительных образов. Развитие таких областей науки, как бионика, кибернетика и теория информации, на ряду с достижениями физиологии, медицины, психологии и других областей науки открывает новые возможности для изучения работы зрительной системы, для выяснения механизма восприятия и распознавания образов. Изучение этих вопросов открывает, в свою очередь, путь к созданию искусственных систем распознавания образов, выполняющих функции зрения человека. Есть все основания полагать, что для решения частных практических задач пропускная способность таких систем будет значительно выше, чем у зрительной системы человека.
Глаз, являющийся внешним органом зрения, представляет собой оптическую систему, с помощью которой формируется изображение окружающих нас предметов на сетчатке. Последняя образует светочувствительное дно глазного яблока. Оптическая система глаза довольна проста, она легко управляться с помощью хорошо организованного мышечного аппарата. Так, путем изменения кривизны хрусталика глаза автоматически фокусирует изображение тех предметов, которые мы хотим рассмотреть в данный момент. Диапазон фокусировки охватывает предметы, удаленные от наблюдателя на десятки сантиметров до бесконечности. Кроме того, автоматически устанавливается оптическая ось глаза так, чтобы подвергающейся рассматриванию изображение проецировалось на центральную часть сетчатки (фовеа), обладающей наибольшей разрешающей способностью (содержащей в своем составе колбочковые окончания).
Разрешающая способность глаза определяется строением сетчатки, которая представляет собой мозаику из светочувствительных нервных окончаний. В соответствии с теорией действительного зрения существует два вида нервных окончаний – фоторецепторов. Колбочки – рецепторы аппарата дневного зрения, характеризуемого малой световой чувствительностью, но зато большой разрешающей способностью и цветоразличительными свойствами. Палочки – рецепторы аппарата сумеречного зрения, не обладающего способностью различать цвета, имеющего малую разрешительную способность, но зато большую световую чувствительность.
Страницы: 1, 2
