ot_lab_2012 (1).pdf

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

1/103

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

2/103

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

3/103

CORINA GRUESCU

OPTICA TEHNIC. APLICAII

2009

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

4/103

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

5/103

OPTICA TEHNIC. APLICAII 1

CUPRINS

MSURRI OPTICELucrarea nr. 1 ................................................................................. 5

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE REFRACIE IDISPERSIE ALE MATERIALELOR OPTICE ................................... 5

Lucrarea nr. 2 ............................................................................... 14DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE REFERIN ALELENTILELOR SFERICE PRIN METODE MECANICE ................... 14

Lucrarea nr. 3 ............................................................................... 20DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A SISTEMELOR OPTICECONVERGENTE PRIN METODA DIRECT................................. 20

Lucrarea nr. 4 ............................................................................... 25DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A SISTEMELOR OPTICECONVERGENTE PRIN METODA BESSEL .................................. 25

Lucrarea nr. 5 ............................................................................... 28DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A SISTEMELOR OPTICECONVERGENTE PRIN METODA ABBE ...................................... 28

Lucrarea nr. 6 ............................................................................... 30DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A UNUI SISTEM OPTICDIVERGENT PRIN METODA ASOCIERII CU UN SISTEMCONVERGENT ........................................................................... 30

Lucrarea nr. 7 ............................................................................... 33DETERMINAREA DISTANEI FOCALE IA POZIIEI PUNCTELORCARDINALE ALE SISTEMELOR OPTICE CONVERGENTE ......... 33

Lucrarea nr. 8 ............................................................................... 37DETERMINAREA EXPERIMENTAL A LEGILOR FOTOMETRIEI37

Lucrarea nr. 9 ............................................................................... 41STUDIUL EXPERIMENTAL AL POLARIZRII LUMINII................ 41

Lucrarea nr. 10 ............................................................................. 44STUDIUL EXPERIMENTAL AL ABERAIEI DE SFERICITATE..... 44

Lucrarea nr. 11 ............................................................................. 47DETERMINARI CALITATIVE SI CANTITATIVE PRINMICROSCOPIE OPTIC............................................................. 47

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

6/103

2 OPTICA TEHNIC. APLICAII

Lucrarea nr. 12 ............................................................................. 52DETERMINAREA REZOLUIEI SISTEMELOR OPTICE PRINCALCULUL FUNCIEI OPTICE DE TRANSFER DE MODULAIE 52

Lucrarea nr. 13 ............................................................................. 58MSURAREA EXPERIMENTAL A REZOLUIEI OBIECTIVELORDE MICROSCOP ........................................................................ 58

Lucrarea nr. 14 ............................................................................. 65MSURAREA COORDONATELOR DE CULOARE ALE PROBELORLICHIDE .................................................................................... 65

Lucrarea nr. 15 ............................................................................. 74

DETERMINAREA CARACTERISTICII DE TRANSMISIE AFILTRELOR DE ABSORBIE N DOMENIUL VIZIBIL.................. 74Lucrarea nr. 16 ............................................................................. 79

DETERMINAREA ACUITII VIZUALE CU AJUTORULPROIECTORULUI DE TABELE OPTOMETRICE .......................... 79

Lucrarea nr. 17 ............................................................................. 87CALCULUL I CONSTRUCIA LUNETEI KEPLER...................... 87

Lucrarea nr. 18 ............................................................................. 92MSURAREA PUTERII LENTILELOR OFTALMICE..................... 92

BIBLIOGRAFIE .......................................................................... 98

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

7/103


MSURRI OPTICE

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

8/103


7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

9/103


LUCRAREA NR. 1

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DEREFRACIE I DISPERSIE ALEMATERIALELOR OPTICE

1. Prezentarea lucrrii

Materialele utilizate ca medii optice se pot ncadra n trei maricategorii: sticle minerale amorfe, mono sau policristale i sticleorganice.

Transmitana sticlei optice minerale are valori ridicate ntr-o regiunelarg a spectrului electromagnetic, ceea ce o recomand ca materialutilizabil pentru domeniile ultraviolet apropiat, vizibil i infrarouapropiat (=350nm2.5m).

Sorturile de sticl optic se identific printr-o simbolizarealfanumeric. n simbol este inclus un grup de litere reprezentndsortul sticlei urmat de un numr format din ase cifre. Primele treicifre corespund primelor trei zecimale ale indicelui de re fracie, iarurmtoarele trei numrului Abbe nmulit cu 10.

Densitatea sticlelor minerale variaz ntre (2.45.4)g/cm3, funciede cantitatea i densitatea elementelor de adaos.n tabelul 1 suntprezentate cteva sorturi reprezentative de sticle minerale icaracteristicile lor.

Tabelul 1.1

Sort CodDensitate[g/cm3]

Compoziie chimic

Crown uor 479587 TiK1 2.39 sticl alumino-borosilicat alcalin

Flint titan 511510TiF1 2.47sticlaluminoborosilicat alcalin cutitan

Borosilicat 517642 BK7 2.5170%SiO2, 10%B2O3, 8%Na2O, 8%K2O,3%BaO, 1%CaO

Crown 522595K5 2.59 74%SiO2,11%K2O, 9%Na2O,6%CaOFlint antimoniu 527511KzF6 2.54 sticl borosilicat cu antimoniuCrown zinc 533580ZK1 2.71 71%SiO2, 17%Na2O, 12%ZnOFlint extra u or 548458LLF1 2.94 63%SIO2, 24%PbO, 8%K2O, 5%Na2O

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

10/103


Crown bariu 573575BaK1 3.1960%SiO2, 19%BaO, 10%K2O, 5%ZnO,3%Na2O, 3%B2O3

Flint uor 581409LF5 3.22 53%SiO2, 34%PbO, 8%K2O, 5%Na2OCrown speciallung

586610LgSk2 4.15sticlfloroborat cu aluminiu ipmnturi alcaline

Flint specialscurt

613443KzFSN4 3.20 sticlcu borat de plumb i aluminiu

Crown bariuextra greu

618551SSK4 3.6335%SIO2, 42%BaO, 10%B2O3, 8%ZnO,5%Al2O3

Flint 620364F2 3.61 47%SiO2,44%PbO, 7%K2O, 2%Na2O

Flint bariu greu 650392BaSF10 3.9143%SiO2, 33%PbO, 11%BaO, 7%K2O,5%ZnO, 1%Na2O

Flint lanthan 744447LaF2 4.34sticlborosilicat cu oxizi aipmnturilor rare

Flint greu 805254SF6 5.18 33%SiO2, 62%PbO, 5%K2O

Cristalele mono sau policristaline, naturale sau artificiale pot fiutilizate pe scar larg pentru execuia componentelor optice.Industria cristalelor optice s-a dezvoltat ca urmare a aplicaiilor totmai numeroase n domeniul UV i, mai ales, IR, n care sticla optictradiional are transmitan sczut sau este absorbant, funciede sort. n tabelul 2 sunt prezentate cteva tipuri de cristale opticei principalele lor caracteristici optice.

Tabelul 2

Cristal

Domeniul

util [mm] nd

d

Valori ale indicelui de refracie la diverse lungimi

de und (n paranteze)MgF2 0.128 1.389 (3)=1.36; (5)=1.34LiF 0.118 1.392 99.0 (0.2)=1.45; (1)=1.39; (5)=1.33; (8)=1.21BaF2 0.1812 1.474 81.7 (0.2)=1.53; (3)=1.46; (10.6)=1.39SiO2 0.154 1.553 68.7 (0.19)=1.69; (0.26)=1.61; (1)=1.53; (2)=1.52MgO 0.286.5 1.737 53.4 (1)=1.72; (30=1.68; (50=1.63Al2O3 0.175.5 1.769 (1)=1.76; (30=1.71; (5)=1.63ZnS 0.414 2.37 (10=2.29; (50=2.25; (10.60=2.19KRS5 0.4545 2.629 (1)=2.45; (10.6)=3.28; (15)=2.7GaAs 1.515 (3)=3.32; (10.6)=3.28; (15)=2.7ZnSe 0.520 2.626 (1)=2.48; (3)=2.43;(10.6)=2.40; (20)=2.63CdTe 1.024 (1)=2.83; (5)=2.69; (10.6)=2.67; (20)=2.63Si 1.215 (3)=3.43; (10.6)=3.95Ge 1.823 (3)=4.05; (10.6)=4.00; (15)=4.00

Sticla organic este un material optic neconvenional, inclus nconstrucia aparatelor optice doar n ultimii ani. Avantajele maselorplastice, dintre care primeaz densitatea redus - (0.71.3) g/cm3i tehnologia ieftin de obinere a piesei optice finite (o singuroperaie de turnare sau matriare, fr finisare ulterioar), audeterminat o extindere rapid a utilizrii sticlelor organice.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

11/103


Cteva dintre cele mai importante mase plastice utilizate camateriale optice sunt prezentate n tabelul 3.

Tabelul 3

Denumire nd dTemp. max.

[oC]Densitate[g/cm3]

Polimetilpentan (TPX) 1.466 56.4 180Polimetacrilat (PMMA) 1.491 57.2 90 1.19Alilglicolcarbonat CR39 1.499 57.8 100 1.32Metilmetacrilatstirol (NAS) 1.562 34.7 95 1.10Stirocrilnitril (SAN) 1.571 35.3 95Policarbonat 1.585 30.0 120 1.20Polistirol (PS) 1.590 30.8 80 1.06

Perfalit 1.5 1.502 58.2 - ~1.3Perfalit 1.6 1.597 40.5 - ~1.3Polieteremid 1.660 18.3 - -Policiclohehilmetacrilat (PCHMA) 1.505 56.1 - -

Caracteristicile mediilor optice se raporteaz la fenomenele derefracie, transmisie, dispersie, reflexie i absorbie a luminii.

Refracia unui sort de sticl optic este caracterizatprin indicelede refracie, n, al sticlei, n raport cu aerul. Prin definiie, indicele derefracie absolut al unui mediu optic este:

v

cn , (1)

unde c este viteza de propagare a undelor electromagnetice n vid,iar v este viteza de propagare a luminii n mediul dat. Vitezaradiaiei electromagnetice n vid este o constant, a crei valoareadoptat n 1971 este:

c=2.997924562(0.000000011).108 m/s. (2)

ntruct indicele de refracie este variabil cu lungimea de und aradiaiei luminoase, n cataloagele firmelor productoare de sticloptic se precizeaz valoarea acestuia pentru diferite lungimi deund. n cataloagele recente, aceti indici sunt specificai pentrulungimile de und ale mai multor linii spectrale ale unor elemente

chimice (23 sunt mai frecvent folosite) i pentru 12 lungimi de undgenerate de cei mai utilizai laseri.

Indicele de refracie ne corespunztor lungimii de unde=546.07nm, din spectrul mercurului este cunoscut ca indice derefracie de referin (principal), ntruct aceast linie spectral seafl cel mai aproape de radiaia avnd = 555 nm, pentru careochiul uman prezint sensibilitatea maxim. Linia de referin e a

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

12/103


fost impus n Europa de cel mai mare i prestigios productor desticl optic, firma Schott. n Statele Unite se lucreaz i cu linia d(= 587.6 nm) sau D (= 589.3 nm) ca referin spectral.

Dispersia luminii reprezint fenomenul de descompunere a radiaieipolicromatice n radiaiile monocromatice componente i are caefect dependena indicelui de refracie al sticlei optice funcie delungimea de und. Matematic, dispersia se exprim prin raportuldn/d. Reprezentarea grafic a dependenei n=n() definete curbade dispersie a mediului optic respectiv (fig. 1).

Dispersia materialelor optice n domeniul vizibil este monoton

descresctoare (dispersie normal) dar neliniar de la albastru sprerou i nu poate fi caracterizat printr-un singur parametru. nafara vizibilului dispersia este anormal, curba prezentnd extremelocale, corespunztoare absorbiei unor linii sau benzi spectrale.

Caracterul neliniar al dispersiei face imposibil descriereaproprietilor dispersive ale materialului printr-un singurparametru numeric.

Fig. 1 Curba de dispersie a sticlelor optice n domeniul vizibil

Se definete urmtorul set de parametri dispersivi:

- dispersia principal (medie):3

'C'F 10)70...6(nndnn , (3)

unde F i C simbolizeaz liniile albastr, respectiv roie caredelimiteaz partea cea mai mare a energiei din spectrul vizibil.

380 780 [nm]

n[-]

480 546 643

n

n

n

F'

e

C'

VIS

n

IRUV

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

13/103


- numrulAbbe:

'C'F

ee

nn

1n

,CF

dd

nn

1n

sau

CF

DD

nn

1n

(4)

Numrul Abbe se nscrie n intervalul e=(16.5105), majoritateavalorilor ncadrndu-se n domeniul (40 70). Valori mult mai mariale coeficientului Abbe pot avea unele cristale destinate utilizrii nIR (=200300).

2. Instalaia experimental

Pentru desfurarea lucrrii experimentale se utilizeaz unrefractometru Abbe (fig. 2) lamele-msurand din sticle optice alecror proprieti optice sedetermin.

Fig. 2 Refractometrul Abbe

Principiul de funcionare al refractometrelor are la baz fenomenulreflexiei totale. Componenta (solid sau lichid) al crui indice derefracie, n, trebuie msurat se aduce n contact optic cu faa uneiprisme avnd un indice de refracie mare (mai mare dect al probei)cunoscut, no(fig. 3).

Un fascicul de lumin este trimis prin prob, respectiv prismaaparatului spre un ocular de vizare. Cu ajutorul unei oglinzi

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

14/103


rotitoare se limiteaz intrarea n sistem numai a razelor aproximativparalele cu suprafaa de separaie, pentru care = /2, iar =l.

Fig. 3 Proba (n) n contact optic cu prisma aparatului (no) i vizualizareaprin ocular a cmpului luminos, respectiv ntunecat

n acest caz, n ocularul aparatului se vizualizeaz dou cmpuri,unul luminos i unul ntunecat. Aceast situaie este caracterizat

prin legea refraciei n forma particular:

lo 'sinn2

sinn

. (5)

Cunoscnd materialul prismei etalon a refractometrului rezult cindicele necunoscut este:

lo 'sinnn . (6)

Refractometrul Abbe msoar indicide refracie de referin nD ngama (1.3...1.7), cu o precizie de 0.00005.

3. Desfurarea lucrrii

Pentru msurarea indicelui de refracie i a dispersiei principale aunei probe de sticl optic se desfoar urmtoarele etape:

se fixeaz faa polisat a probei pe prisma refractometrului.Pentru realizarea contactului optic optim se utilizeaz ctevapicturi de monobromonaftalen, care asigur aderena suprafeelor

se privete prin ocularul aparatului i se rotete rozeta decontrol (situat n partea inferioar dreapta a aparatului) pn se

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

15/103


vizualizeaz dou cmpuri luminoase: unul alb i unul colorat (cumargini albastre sau roii (fig. 4)

Fig. 4 Aducerea zonelor albcolor n cmpul ocularului cu ajutorul rozeteiprincipale de control

se regleaz poziia rozetei de dispersie (plasat n dreaptaapatratuluisus) pn la dispariia marginilor colorate i obinereacelor dou cmpuri acromatice (alb i negru cenuiu)

se aduce linia de demarcaie a cmpurilor luminos i ntunecatla intersecia firului reticular, prin acionarea rozetei principale decontrol. Pe scara proiectat sub imaginea dat de ocular se citeteindicele de refracie al probeicu patru zecimale (fig. 5)

Pentru determinarea dispersiei principale se citete indicaia z a

rozetei de dispersie.

Fig. 5 Aducerea liniei de demarcaie a cmpurilor luminos/ntunecat ncentrul crucii reticulare i citirea indicelui de refracie

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

16/103


Fig. 6 Sonda de temperatur i indicarea acesteia

se noteaz temperatura mediului ambiant (msurat cu ajutorul

unei sonde ataate aparatului fig. 6) n vederea efecturii corecieide temperatur.

4. Prelucrarea datelor

Dispersia principal nFnCse estimeaz prin formula aproximativ:

MBAnn CF , (7)

unde A i B sunt constante a cror valoare se citete n tabelul 1funcie de valoarea citit nDa indicelui de refracie de referin.

Factorul M se citete din tabelul 2 in funcie de valoarea z indicatde rozeta de dispersie.

Rezultatele msurrilor directe i a calculelor se nscriu n tabelul3. Ultima coloan conine valoarea corectat a indicelui de refraciefuncie de temperatur, conform indicaiei din tabelul 4.

Tabelul 3

Nr.crt. nD z A B M nF- nC nD(t)

1

2

.

Tabelul 4

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

17/103


7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

18/103


LUCRAREA NR. 2

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DEREFERIN ALELENTILELOR SFERICE PRINMETODE MECANICE


Din punct de vedere optic, lentila sferic este definit complet de

urmtoarele elemente: distanele focale obiect i imagine ( 'f,f ),distanele frontifocale obiect i imagine ( 'FF 's,s ), abscisele planelor

principale obiect i imagine (sH, sH), distana dintre planeleprincipale (eHH), diametrul util (Du)i indicele de refracie (n). Dinpunct de vedere geometric, lentila este complet caracterizat prin:

razele de curbur (r1, r2), grosimea la centru (d) i la margine (t),diametrul total (Dt). n figura 1 este prezentat schema optic a uneilentile sferice, pentru care au fost indicate caracteristcile optice igeometrice.

Fig. 1 Caracteristici optice i geometrice de

referin ale lentileisferice

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

19/103


n relaiile 1...6 sunt redate expresiile principalelor caracteriticioptice ale lentilei sferice situate n aer:

1ndrrnrr

1n

n'f

12

21

, (1)

1ndrrnrr

1n

nf

12

21

, (2)

d1nrrn1n

d1nnrr's

12

12'F

, (3)

d1nrrn1n

d1nnrrs

12

21F

, (4)

d1nrrndr

's12

2'H

, (5)

d1nrrndr

s12

1H

. (6)

Dup efectul optic, lentilele sferice se pot clasifica n urmtoarelecategorii :

- lentile convergente (f>0, d>t)

-lentile divergente (f

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

20/103


Tabelul 1. Tipuri constructive de lentile sferice

Lentile convergente Lentile divergenter1>0, r20, sH0

r10, f0,sH0, sH>0 (sau

sH=0), sH=0 (sau sH0 , (sau r10,sH>0 (sau sH|r2| , (saur1

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

21/103


Fig. 2 Principul msurrii cu sferometrul


Instrumentele de msurat razele lentilelor se numesc sferometre. nprincipiu, un sferometru este alctuit dintr-un subansamblumecanic numit inel sferometric i un comparator (fig.3).

Fig. 3 Sferometrul cu comparator ataat

Kiturile sferometrice conin un set de sferometre cu inele de diversediametre, utilizabile n funcie de gabaritul lentilei de msurat.

Trusa include comparatorul i un set de etaloane plane, de mrimi

A

B

ChR

rr-h

O

D

h

r

comparator

sferometru

dioptrul de masurat

piulita

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

22/103


diferite, adecvate inelelor sferometrice din kit (fig. 4).

Fig. 4 Kit sferometric

Dac se aaz sferometrul pe o suprafa plan, tija palpatorului seafl n planul inelului sferometric, iar indicaia comparatoruluipoate fi considerat ca referin. Aeznd dispozitivul pe suprafaade msurat, tija palpatorului se afl n vrful dioptrului (fig. 5).Diferena dintre indicaia comparatorului n aceast poziie i citireade referin reprezint nlimea calotei sferice.

Fig. 5 Aezarea inelului sferometric pe suprafaa dioptrului de msurat


Se msoar un set de lentile cu forme constructive diverse(biconvexe, biconcave, menisc).

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

23/103


Se pune sferometrul pe suprafaa etalonului plan i secitete cotade referin xo.

Pentru fiecare lentil se determin cotele x1 i x2 corespunztoarecelor doi dioptri.

nlimile calotelor sferice vor fi:

o11 xxh , (9)

o22 xxh . (10)

Se msoar grosimile la centru, d i dimetrele Dtale lentilelor.


Datele citite se nscriu n tabelul 2.

nlimile calotelor sferice se determin cu relaiile (9) i (10), iarrazele de curbur ale dioptrilor rezult aplicnd expresia (8).

Tabelul 2

xo=R =

nr.lentilei

x1[mm]

x2[mm]

h1[mm]

h2[mm]

r1[mm]

r2[mm]

d[mm]

Dt[mm]

12..

Pentru fiecare lentil msurat se aplic relaiile 1...6 pentrudeterminarea caracteristicilor optice de referin. Indicele derefracie al sticlelor optice este n = 1.523.

Se traseaz schema optic la scar a lentilelor msurate.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

24/103


LUCRAREA NR. 3

DETERMINAREA DISTANEI FOCALEA

SISTEMELOR OPTICE CONVERGENTE PRINMETODA DIRECT


Distana focal imagine reprezint cea mai importantcaracteristic a sistemelor optice, avnd n vedere faptul c inversulsu indic puterea optic.

Focarele, obiect i imagine, sunt puncte de pe axa optic, al crorconjugat se afl la infinit. Distanele focale se msoar de la planeleprincipale la focare.

Pentru lentilele (sistemele) convergente distana focal (respectivputerea) este pozitiv, iar pentru cele divergente, negativ.

Pentru sisteme situate n aer distanele focale obiect i imagine suntegale n modul, dar de semn contrar.

Metoda direct de determinare a distanei focale se bazeaz peevaluarea absciselor conjugate obiect-imagine pentru o poziieoarecare a planului obiect.

Construcia grafic a imaginii se realizeaz cu ajutorul a dou razeparticulare: una paralel cu axa optic n spaiul obiect, care treceprin focarul imagine n spaiul imagine i una care trece nedeviatprin punctele nodale (fig.1).

Imaginea poate fi real, dac cele dou raze se ntlnesc efectiv (in acest caz poate fi proiectat pe un ecran sau alt receptor fizic)sau virtual, dac numai prelungirile razelor se intersecteaz.Natura, poziia i mrimea imaginii depind de poziia planuluiobiect n raport cu sistemul optic.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

25/103


Fig.1 Construcia grafic a imaginii prin lentila infinit subire

n cazul sistemelor subiri, situate n aer, relaia dintre absciseleobiect i imagine ale planelor conjugate este dat de ecuaia deformare a imaginii:

'f

1

a

1

'a

1 , (1)

unde f este distana focal imagine, a, a abscisele planelorconjugate obiect i imagine. Abscisele notate cu a se msoar dela planele principale ale sistemului.


Pentru msurarea distanei focale i, n general, a caracteristicilorde referin ale sistemelor optice se utilizeaz un banc optic dotatcu supori culisani n care se monteaz componentele necesare:sursa de lumin, obiect, sistem optic de analizat, ecran (fig.2).

Dispozitivul de iluminare con

Dispozitivul de iluminare conine o sursa de lumin alb (o lamptungsten halogen), un conductor luminos format din fibre optice i

un ansamblu de colimare a fasciculului (fig.3). Tot n figura 3 maisunt prezentate diafragma reglabil, pentru controlul mrimiifasciculului incident i reticulul cu rol de obiect. Figura 4 conineimaginea a sistemului convergent de msurat i a ecranului, careconst ntr-un geam opal, fixate n suporii de susinere i reglare.

A

B

y

L

F

F' A'

B'

y'(-)f f'

(-)a a'

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

26/103


Fig. 2 Imagine de ansamblu al bancului optic configurat pentru msurareadistanei focale

Fig. 3 Dispozitiv de iluminare, diafragma reglabil i reticul

Fig. 4 Sistemul optic convergent de msurat i geamul opal cu rol de ecrann supori de fixare

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

27/103



Pentru corectitudinea msurrilor trebuie realizat centrareasistemului surs-obiect-lentil, prin reglarea poziiei acestora nsupori, n plan meridian.

Pentru determinarea ordinului de mrime al distanei focale sevizualizeaz pe ecran imaginea unui obiect situat la distan marede sistemul optic i se are n vedere, n continuare, faptul cimagini reale rezult pentru poziii ale obiectelor situate ntre - ifocarul obiect.

Se plaseaz obiectul la o distan oarecare n acest interval i sedeplaseaz axial ecranul pn la gsirea planului imagine conjugat.Se msoar distanele de la sistemul optic la obiect (a), respectiv laecran (a). Se deplaseaz suportul cu obiectul n alte poziii i segsesc abscisele conjugate ale ecranului. Se msoar valorileabsciselor a i a, care se noteaz ntr-un tabel.


Datele msurate se nscriu n tabelul 1. Expresia distanei focalerezult din ecuaia de formare a imaginii:

'aa

'aa'f

. (2)

n relaia (2) abscisele se introduc cu semn algebric, conformconveniei de semne din STAS 3003-79.

Tabelul 1

Nr.crt.a

[mm]

a

[mm]

f

[mm]'f

[mm]

1

2

.

.

.

Distana focal se poate deduce i pe cale grafic. Pe hrtiemilimetric se traseaz un sistem de axe aa (fig. 5).

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

28/103


Pe axa absciselor se marchez valorile distanelor obiect msurate,iar pe ordonat valorile absciselor imagine conjugate. Fiecarepereche de valori a-a determin o dreaptPP. Mulimea dreptelor

astfel construite se intersecteaz ntr-un punct F de coordonate ( 'f,f). Dac msurrile i construcia sunt corecte, punctul F se afl pebisectoarea unghiului drept format de axele de coordonate.

Fig. 5 Determinarea grafic a valorii distanei focale

Construcia grafic are la baz relaii geometrice care modeleazecuaia de formare a imaginii prin lentilele infinit subiri. Astfel,observnd asemnarea triunghiurilor PFB~PPO, se poate deduce:

fa

a

'f

'a

, (3)

sau nlocuind 'ff i prelucrnd relaia:

'f

1

a

1

'a

1 .

a

f

f'

a'

a

a'

F

P

P'

F

F'

O

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

29/103


LUCRAREA NR. 4

DETERMINAREA DISTANEI FOCALE ASISTEMELOR OPTICE CONVERGENTE PRINMETODA BESSEL


Metoda Bessel de determinare a distanei focale a unui sistem opticconvergent se bazeaz pe observaia c, dac distana dintre obiecti ecran este mai mare dect 4f, se gsesc dou poziii alesistemului optic pentru care rezult pe ecran imagine clar.Pstrnd deci constant distana dintre planele obiect i imaginerezult c exist dou poziii ale sistemului, pentru care acesteasunt conjugate (fig.1).

Fig.1 Principiul de msurare a distanei focale prin metoda Bessel

Aceast observaierezult i teoretic analiznd ecuaia de formare aimaginii:

y

L

y'

L

y'

l

(-)a

(-)a

a'

a'

1

2

1

1

2 2

1 2

a

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

30/103


'f

1

a

1

'a

1 (1)

i considernd constantdistana dintre obiect i ecran:

ttanconsla'a . (2)

Rezolvnd sistemul format din ecuaiile (1) i (2) i considernd canecunoscute abscisele a i a , se obine:

ll'f4l

2

1'a;ll'f4l

2

1a 22 . (3)

Soluiile (3) sunt reale numai dac este ndeplinit condiia:

'f4lsau0l'f4l2 . (4)

Distana dintre cele dou abscise ale obiectului este:

l'f4lll'f4lll'f4l2

1aaa 22212

. (5)

Din relaia (5) se poate deduce o expresie pentru distana focal,considernd cunoscute distana din obiect i ecran, l i diferenaabsciselor obiect a:

l4

al'f

22 . (6)

Ca observaie se poate evidenia relaia dintre mririle liniarecorespunztoare celor dou poziii conjugate pentru aceeaidistan l.

Avnd n vedere c:

a

'a (7)

i nlocuind n relaia (6) expresiile (3) ale absciselor conjugate,rezult:

2

1

1

sau 121 . (8)

Mririle sunt n ambele cazuri negative (imaginile fiind reale).


Msurrile se efectueaz pe un banc optic prevzut cu supori ncare se monteaz sursa de lumin, obiectul sistemul optic deanalizat i ecranul.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

31/103



Dup o orientare asupra mrimii distanei focale se aaz obiectuli ecranul la o distan mai mare dect 4f. Meninnd fixate acestepoziii, se deplaseaz sistemul optic dintre ele, cutnd cele douabscise pentru care se formeaz imagine clar pe ecran.Se noteazabscisele obiect corespunztoare acestor poziii. Se observ cimaginile obinute au mrire liniar subunitar i respectivsupraunitar. Se msoar mrimile imaginilor i se calculeazmrirea liniar.

Se modific distana l dintre obiect i ecran i se repet proceduraanterioar.


Datele msurate se nscriu n tabelul 1.

Se calculeaz mririle liniare i se verific relaia dintre acestea.

Tabelul 1

Nr.

crt.

l

[mm]

a1

[mm]

a2

[mm]

a

[mm]

y1

[mm]

y2

[mm]

1

[-]

2

[-]12

f

[mm]'f

12

.

.

.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

32/103


LUCRAREA NR. 5

DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A

SISTEMELOR OPTICE CONVERGENTE PRINMETODA ABBE


Metoda Abbe elimin influena grosimii finite a sistemului i eroareaintrodus de poziia planelor principale ale sistemului fa desuportul de fixare, dat fiind c opereaz exclusiv cu diferente deabscise. Determinrile se bazeaz pe msurarea indirect amririlor linare n dou poziii oarecare ale obiectului (fig.1)

Fig. 1 Principiul de msurare a distanei focale prin metoda Abbe

Considernd obiectul n poziiile determinate de abscisele z1i z2se

pot scrie mririle liniare:

'f

'z

y

'y 1

1

11 , (1)

'f

'z

y

'y 2

2

22 . (2)

y

L

y'y' 21

1

y1 2

1

1

2

2

z z

z

(-)f f'

z'

z'

F F'

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

33/103


Avnd cunoscute poziiile z1i z2i notnd z= z1- z2, prin scderearelaiilor (1) i (2) i gruparea termenilor rezult:

21

11

z'f

. (3)


Determinrile se efectueaz pe un banc optic dotat cu suporiculisani n care se monteaz sursa de lumin, obiectul, sistemul de

analizat i ecranul.3. Desfurarea lucrrii

Se centreaz sistemul format din sursa de lumin, obiect isistemul optic de analizat.

Se stabilete o poziie a obiectului i se gsete poziia conjugat aimaginii (ecranului). Se msoar abscisa obiect fa de un reperoarecare al bancului optic i mrimea imaginii pe ecran. Se modificpoziia obiectului i se repet aceleai operaii.


Datele se nscriu n tabelul 1, iar distana focal se calculeaz cu

relaia (3).

Tabelul 1

Nr.

crt.

z1

[mm]

z2

[mm]

z

[mm]

y1

[mm]

1

[-]

y2

[mm]

2

[-]

f

[mm]'f

[mm]

1

2

.

.

.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

34/103


LUCRAREA NR. 6

DETERMINAREA DISTANEI FOCALE A UNUI

SISTEM OPTIC DIVERGENT PRIN METODAASOCIERII CU UN SISTEM CONVERGENT


Sistemele optice divergente nu formeaz imagini reale pentruobiecte reale i, ca urmare, metodele care presupun vizualizareaimaginilor pe un ecran nu pot fi utilizate pentru determinareacaracteristicilor acestor sisteme.

O soluie simpl care permite utilizarea metodelor vizuale esteasocierea sistemului divergent de msurat cu un sistem convergentastfel nct cele dou componente s constituie un sistem

convergent (fig.1).

Fig. 1 Principiul de msurare a distanei focale a unui sistem divergentprin metoda asocierii cu un sistem convergent

Lentila L1 avnd distana focal cunoscut, formeaz imagineaintermediar y1, care devine obiect pentru lentila divergent de

L

y'y'21

1

y

(-)f

L2

1

2

F F' F' F 1 2 1 2

(-)f'

e

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

35/103


msurat. Aceasta formeaz imaginea final y2 real. Distana edintre sistemul convergent i cel divergent trebuie aleas astfelnct imaginea intermediar dat de primul sistem s se formeze ladreapta celui divergent, pentru care trebuie s constituie obiectvirtual.

Distana focal f a sistemului asociat se msoar printr-una dinmetodele descrise n lucrrile anterioare (metoda direct, Bessel sauAbbe).

Distana focal a sistemului divergent rezult din relaia decompunere a puterilor:

2121 e , (1)

unde este puterea sistemului asociat, 1 puterea sistemuluiconvergent, 2puterea sistemului divergent, e distana dintresistemele asociate.

Dac se nlocuiesc puterile prin inversul distanelor focale, se poatedetermina distana focal a sistemului divergent:

'f'f

e'f'f'f

1

12

. (2)


Msurrile necesit un banc optic dotat cu supori culisani n carese monteaz sursa de lumin, obiectul, sistemul divergent demsurat, sistemul convergent asociat i ecranul.


Se aliniaz optic sursa, obiectul i sistemele convergent, respectivdivergent. Se fixeaz o distan ntre sisteme astfel nct sistemulasociat s fie convergent. Se noteaz valoarea e a acesteia i nu semai modific.

Se msoar distana focal a sistemului asociat prin metodadirect.

Se detemin mai multe perechi de abscise conjugate a-a. Distanafocal a sistemului asociat rezult din ecuaia de formare a imaginii:

'aa

'aa'f

. (3)

Distana focal a sistemului divergent se calculeaz cu relaia (2).

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

36/103



Se noteaz distana focal a sistemului convergent i distanadintre acesta i cel divergent de msurat:

f1=

e =

Rezultatele msurrilor se nscriu n tabelul 1.

Tabelul 1

Nr.crt.

a[mm]

a[mm]

f[mm]

f2[mm]

2'f [mm]

1

2

.

.

.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

37/103


LUCRAREA NR. 7

DETERMINAREA DISTANEI FOCALE IAPOZIIEI PUNCTELOR CARDINALE ALESISTEMELOR OPTICE CONVERGENTE


Punctele cardinale ale unui sistem optic sunt reprezentate defocare, punctele principale, nodale, antiprincipale i antinodale(fig.1). Focarele sunt puncte neconjugate, situate n planul obiect,respectiv imagine, avnd conjugatele la infinit. Celelalte punctecardinale reprezint puncte conjugate, caracterizate prin mririunitare, astfel:

-

puncte principale (H, H ): = +1- puncte nodale (N, N ): = +1

- puncte antiprincipale (AH, AH ): = -1

- puncte antinodale (AN, AN ): = -1.

Fig. 1 Puncte i plane cardinale ale sistemelor optice

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

38/103


Pentru sistemele optice situate n aer punctele principale i nodale,repectiv antiprincipale i antinodale, se suprapun. Ele se afl la cteo distan focal, la stngai la dreapta focarelor.

Planele perpendiculare pe axa optic i care conin punctelecardinale se numesc plane cardinale.

Punctele, respectiv planele cardinale reprezint caracteristicile dereferin pentru sistemele optice. n cazul celor situate n aer, elesunt complet determinate dac se cunoate poziia focarelor i apunctelor principale.

Determinarea experimental a acestora presupune msurareadistanei obiect, respectiv imagine i a mririi liniare pentru opoziie oarecare a obiectului. Considernd cunoscut mrimea y aacestuia (fig.2 a.) se deplaseaz ecranul pentru punerea la punct aimaginii i se msoar mrimea acesteia,y. Distana obiect s1poatefi, de asemenea, msurat.

Fig. 2 Principiul de msurare a poziiei planelor principale

Pstrnd nemodificat distana dintre obiect i ecran, l>4f, i rotindsistemul optic cu 180o, este necesar o mic deplasare axial aacestuia pentru meninerea claritii imaginii. Aceast punere la

y

y'H H'

S1

yH'H

y'

S1

(-)a

(+)sH eHH'

2

1

(+)sH

(-)s

(+)a'

(+)s'

a.

b.

l>4f'

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

39/103


punct a imaginii prin deplasarea sistemului este impus deconservarea poziiei planelor principale (fig.2.b). n acest poziieeste necesar msurarea distanei imagine s2.

Distanele caracteristice elementelor cardinale rezult pe bazaurmtoarelor relaii:

H1 ssa , (1)

H2 s's'a , (2)

H1

H2

ss

s's

a

'a

, (3)

1

'sss 21H , (4)

1

1'ss1a'ale 21'HH , (5)

2

21

1

'ss

'aa

'aa'f

. (6)

2. Instalaia experimetal

Pentru msurri este necesar un banc optic, pe care se monteaz

dispozitivul de iluminare, obiectul, sistemul optic i ecranul.3. Desfurarea lucrrii

Se centreaz sistemul dispozitiv de iluminare-obiect-sistem opticconvergent i se msoar nlimea obiectului, y. Se deplaseazecranul astfel nct distana obiect-ecran s ndeplineasccondiial>4f. Se pune la punct imaginea prin deplasarea axial a sistemuluioptic analizat. Se msoar mrimea imaginii, y i distana obiect,s1. Se rotete sistemul optic analizat cu 180o fr a modificadistana dintre obiect i ecran i se pune la punct imaginea prindeplasarea axial a sistemului optic. Se msoar distana imagines2.

Se modific distana l dintre obiect i ecran i se realizeaz un nouset de determinri.

Datele msurate se nscriu n tabelul 1.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

40/103


4. Prelucrarea datelor experimentale

Mrirea liniar se calculeaz cu relaia:

y

'y . (7)

Abscisa planului principal obiect, distana dintre planele principalei distana focal rezult aplicnd relaiile (4)...(6).

Tabelul 1

y=nr.

crt.

l

[mm]

y

[mm]

[-]

s1

[mm]

s2

[mm]

sH

[mm]

eHH

[mm]

f

[mm]

1

2

.

.

.

Se calculeaz valorile medii ale caracteristicilor de referin alesistemului i se traseaz la scar schema optic a acestuia, cufigurarea focarelor, punctelor principale (nodale) i antiprincipale(antinodale). Punctul principal obiect H, se afl la distana sH deprimul dioptru. La stnga punctului H, la o distan focal segsete focarul obiect, iar la nc o distan focal la stngaacestuia, se afl punctul antiprincipal (antinodal) obiect. Situareaelementelor imagine este simetric, avnd ca referin punctulprincipal imagine H. Acesta se afl la distana eHH de punctulprincipal obiect H.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

41/103


LUCRAREA NR. 8

DETERMINAREA EXPERIMENTAL A LEGILORFOTOMETRIEI


Fotometria este o ramur a opticii, care se ocup cu msurareacaracteristicilor energetice ale radiaiei electromagnetice ndomeniul vizibil.

Evaluarea energiei luminoase se face direct cu receptorul natural(ochiul), care este caracterizat de o sesibilitate spectral specific.Ochiul observatorului etalon (stabilit de CIEComisia de IluminareInternaional n 1931) are caracteristici determinate statistic peun numr mare de subieci cu ochi normal. Din punct de vederespectral, ochiul observatorului etalon este sensibil la radiaia

electromagnetic n domeniul de lungimi de und cuprins ntre 380i 780 nm, denumit domeniul vizibil. Sensibilitatea spectral estenul la aceste valori i maxim (avnd valoarea normat unitar)pentru lungimea de und de 555 nm n vederea de zi i 506 nm nvederea crepuscular. Sensibilitatea spectral a ochiului estemodelat matematic prin mrimea adimensional numit eficacitateluminoas spectral relativ.

Cele mai importante mrimi fotometrice sunt urmtoarele:

1. Energia luminoas (energia primit sau emis sub form deradiaie n domeniul vizibil).

Energia luminoas, W, se msoar n lumensecund, [lms]

2. Fluxul luminos, , (fluxul energetic emis sau primit, evaluatdup senzaia luminoas pe care o produce):

780

380

,e dkK , (1)

unde K este echivalentul fotometric al radiaiei (K=683 lm/W), k-

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

42/103


eficacitatea luminoas spectral relativ, e, - fluxul energeticspectral. Unitatea de msur pentru fluxul luminos este lumenul,[lm]. Lumenul este o unitate derivat (1lm=1cd1sr).

3. Intensitatea luminoas, I, (fluxul luminos emis de o surspunctiform n unitatea de unghi solid, pe o direcie dat):

d

dI , (2)

unde este unghiul solid, msurat n steradiani, [sr].

Intensitatea luminoas se msoar n candele, [cd]. Candela

reprezint o unitate fundamental n SI. O candel este intensitatealuminoas ntr-o direcie dat a unei surse care emite o radiaiemonocromatic cu frecvena de 540.1012 HZ (lungimea de und555.016 nm) i a crei intensitate energetic n aceeai direcie este1/683 W/sr.

4. Iluminarea, E, (raportul dintre fluxul luminos i suprafaaelementar din jurul unui punct care primete sau emiteradiaie n domeniul vizibil):

dS

dE

. (3)

Iluminarea se msoar n lux, [lx]. Luxul este iluminareasuprafeei de 1 m2 pe care cade un flux luminos de 1 lumen(1lx=1lm/1m2].

5. Luminana sau strlucirea, L, (intensitatea luminoasraportat la unitatea de suprafaa, ntr-o direcie dat):

cosdSd

d

cosdS

dIL

2

, (4)

unde este direcia de vizare. Luminana se msoar n nit, [nt].Nitul este strlucirea unei suprafee de 1m2 care corespunde, pedirecie normal, unei intensiti de 1cd (1nt=1cd/1m2).

Legea combinat a fotometriei (Legea Kepler-Lambert) arat ciluminarea dat de o surs punctiform pe o suprafa este inversproporional cu ptratul distanei dintre surs i suprafa,respectiv direct proporional cu cosinusul unghiului dintrenormala la suprafa i direcia de propagare a luminii (fig.1).

Dac sursa emite un flux luminos , n unghiul solid , pe osuprafa dS, situat la distana r de surs i acrei normal face

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

43/103


unghiul cu direcia de propagare, se poate scrie:

cos

drdS 2 . (5)

n acest caz, iluminarea suprafeei va fi:

Fig. 1 Elemente geometrice necesare demonstrrii legii Kepler Lambert

cosr

1Icos

r

1

d

d

dS

dE

22. (6)

Relaia (6) reprezint expresia matematic a legii Kepler-Lambert.


Determinrile experimentale se efectueaz pe un banc fotometric(fig. 2), pe care monteaz o surs de lumin alb i un instrumentde msurare a iluminrii (luxmetru)fig. 3.

Fig. 2 Banc fotometric coninnd sursa de msurat, ecranul cu deplasaremsurabil i luxmetrul

d

dS

dS cos

n

S

r

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

44/103


Fig. 3 Luxmetru digital


Se plaseaz luxmetrul la diverse distane de surs. Se noteazperechile de valori distan-iluminare n tabelul 1.

Pentru o distan fixat ntre surs i luxmetru se orienteaz acestaastfel nct s se formeze unghiuri diferite ntre direcia depropagare a luminii i normala la suprafaa celulei fotoelectrice ainstrumentului. Se noteaz n tabelul 2 perechile de valori unghi-iluminare.


Valorile msurate se nscriu n tabelele 1 i 2.Se traseaz grafic dependena E(r) i E(cos).

Tabelul 1

Nr. crt. r [cm] E [lx]12.

Tabelul 2

Nr. crt. [o] cos[-] E [lx]12345

030456090

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

45/103


LUCRAREA NR. 9

STUDIUL EXPERIMENTAL AL POLARIZRIILUMINII


Polarizarea este un fenomen ondulatoriu asociat planului devibraie al vectorului intensitate electric i este direct legat decaracterul de und transversal a luminii. Pentru un tren singularde unde, vibraia vectorului are loc ntr-un plan unic determinat dedirecia de propagare i direcia vectorului nsui. n acest cazlumina se numete polarizat. Pentru o mulime de trenuri deund, aa cum se ntmpl n cazul unei surse albe extinse, fiecaretren va fi caracterizat prin planul su de vibraie, aleator orientat nraport cu al celorlalte. Astfel, undele dintr-un fascicul de lumin

incoerent au plane de vibraie aleatorii, iar lumina se numetenepolarizat.

Introducerea unei anumite reguli privind planul de vibraie, numitpolarizare, se poate realiza prin reflexie, refracie sau utilizndmateriale cu proprieti speciale, cum sunt cristalele dicroice (caretransmit radiaia cu vibraie n plan paralel cu axa lor optic iabsorb radiaia cu vibraie n plan perpendicular pe axa optic) ibirefringente (care separ radiaiile cu plane de vibraieperpendiculare).

Polarizarea poate fi liniar(vectorii electrici vibreaz ntr-un singurplan), circular (vectorii electrici oscileaz n plane diferite

perpendiculare pe direcia de propagare) sau eliptic (proieciilevectorilor electrici ntr-un plan perpendicular pe direcia depropagare descriu o elips).

Polarizarea prin refracie-reflexie poate fi pus n eviden cuajutorul unui stand care conine dou lame plan-paralele de sticloptic avnd feele posterioare nnegrite (fig.1). Prima lamel senumete polarizor, iar doua analizor. Polarizorul realizeaz

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

46/103


polarizarea liniar a luminii, iar analizorul o transmite sau nu nfuncie de valoarea unghiului de inciden.

Dac pe polarizor este incident un fascicul de lumin sub unghiulfix , rotind analizorul cu 360o se observ o variaie continu aintensitii luminoase n fasciculul emergent. Se diting dou minimei dou maxime de intensitate (maximele corespunznd poziieiparalele a lamelor).

Fig. 1 Montaj care pune n eviden polarizarea luminii

Lumina incident este parial reflectat i parial transmis.Lumina reflectat este polarizat liniar, cu planul de vibraieperpendicular pe cel de inciden. Lumina transmis este polarizatliniar ntr-un plan paralel cu planul de inciden. n ambele cazuripolarizarea nu este total. Pentru evaluarea cantitativ a polarizriise definete gradul de polarizare:

II

II

II

IIp

, (1)

unde I este intensitatea luminii reflectate i polarizate liniar dup

o direcie perpendicular pe planul de inciden, iar IIIintensitatealuminii reflectate i polarizate dup o direcie paralel cu planul deinciden. Gradul maxim de polarizare (1) se obine pentru ununghi de inciden numit unghi de polarizare sau unghi Brewster:

)n(arctgB

, (2)

unde n este indicele de refracie de referin al sticlei lamelei.Pentru n=1.5 se obine B=56.3o.


Msurrile de efectueaz pe un stand care conine un dispozitiv depolarizare i un luxmetru.

lumina

nepolarizata

lumina

polarizata

polarizor

analizor

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

47/103



Pentru punerea n eviden a polarizrii maxime se fixeaz unghiulde inciden la valoarea Brewster (57o). n poziia orizontal aanalizorului pentru care axele optice n fasciculul incident iemergent sunt paralele, se ajusteaz poziia analizorului astfel ncts fie asigurat paralelismul cu polarizorul. Se citete valoareailuminrii date de luxmetru. Se rotete analizorul cu 180o, cu ctevaopriri i citiri intermediare ale luxemetrului. Se noteaz valorileunghiurilor i iluminrii n tabelul 1.

Se calculeaz valoareagradului de polarizare, p:

minmax

minmax

EE

EEp

. (3)

Se determin coeficientul de reflexie al lamelelor din construciastandului msurnd iluminarea n fasciculul incident pe polarizor iiluminarea n fasciculul reflectat de acesta. Pentru msurricorecte, celula fotoelectric a luxmetrului se plaseaz n planulpolarizorului i respectiv paralel cu acesta. Se noteaz valorileiluminrii n fasciculul incident, Ei i reflectat, Er i se calculeazreflectana:

i

r

E

E

. (4)

Se msoar reflectana pentru diverse unghiuri de inciden, cunotarea valorilor n tabelul 2 i se traseaz grafic dependena ().


Tabelul 1

=B=57o

[o] 0 45 90 135 180

E [lx]

Tabelul 2

[o] 5 10 30 45 60Ei[lx]Er[lx][-]

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

48/103


LUCRAREA NR. 10

STUDIUL EXPERIMENTAL AL ABERAIEI DE

SFERICITATE1. Prezentarea lucrrii

Aberaia sferic (de deschidere sau de apertur)apare la formareaimaginii n fascicule largi i are ca efect variaia abscisei imaginefuncie de apertur.

Datorit acestei aberaii, conul luminos drept cu vrful ntr-unpunct obiect axial A, este transformat de sistemul optic ntr-o figuravnd generatoare curb, numit caustic. Pe un ecran plasatperpendicular pe axa optic, n diverse puncte ale acesteia, nspaiul imagine, se pot vizualiza pete circulare difuze de diversemrimi i intensiti luminoase (fig.1).

Fig. 1 Manifestarea aberaiei sferice longitudinale

Manifestarea aberaiei sferice se datoreaz faptului c unghiurile deinciden pe suprafeele refractante cresc pe msura deprtrii

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

49/103


razelor de axa optic, iar refracia este cu att mai accentuat cuct unghiul de inciden este mai mare. Ca urmare, razeleemergente paraxiale se intersecteaz n punctul imagine cel maindeprtat de lentil, A. Punctele imagine A vor fi cu att maiapropiate de lentil, cu ct unghiul razei incidente cu axa opticeste mai mare (nlimea de inciden este mai mare).

Analitic, aberaia de sfericitate axial sau longitudinalse exprimprin diferena maxim a absciselor sau a distanelor focale ce provinde la un fascicul incident:

'f'f~

'dssau's's~'ds . (1)

n cazul lentilelor convergente, aberaia este negativ i lentila senumete subcorectat(fig.2.a).

n cazul lentilelor divergente aberaia se consider pozitiv i lentilase numete supracorectat, curba fiind orientat n sensulpropagrii razelor (fig.2.b).

Pentru aceeai distan focal i deschidere, aberaia de sfericitatese schimb n funcie de forma lentilei i de orientarea acesteia fade planele conjugate obiect-imagine.

a.

b.Fig. 2 Aberaia sferic a lentilei convergente (a), respectiv divergente (b)

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

50/103



Studiul experimental se desfoar pe un banc optic prevzut cusupori culisani n care se monteaz dispozitivul de iluminare(format din sursa de lumin i condensor), diafragme de diferiteforme i deschideri, lentila de analizat i ecranul gradat devizualizare i msurare a absciselor.


Se aliniaz optic sursa, condensorul i lentila studiat. ntrecondensor i lentil se introduce o diafragm special, care const

din cinci fante liniare orizontale. Discul Hartle pe care este fixatlentila se rotete astfel nct sse observe parcursul razelor duprefracia pe lentil.

Se apreciaz poziia focarului paraxial determinat de fasciculul caretrece prin fanta central. Se msoar pe discul Hartle distana de lafocarul paraxial la focarele extraaxiale corespunztoare nlimiifantelor intermediare, respectiv marginale. Se noteaz rezultatele ntabelul 1.


Tabelul 1

h [mm] 0 h1= h2=sFds

Se traseaz grafic curba ds (h).

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

51/103


LUCRAREA NR. 11

DETERMINARI CALITATIVE SI CANTITATIVEPRIN MICROSCOPIE OPTIC


Microscopul este un instrument de observare a obiectelor dedimensiuni foarte mici sau a detaliilor care nu se pot distinge cuochiul liber. n figura 1 este prezentat schema optic amicroscopului cu tub optic finit. Obiectivul Ob, este ntotdeaunaconvergent i formeaz o imagine intermediar real, mrit irsturnat a obiectelor situate ntre focarul obiect al obiectivului iplanul antiprincipal obiect al acestuia.

Mrirea liniar a obiectivului se ncadreaz, n general, n gamaob=(1.6160).

Fig.1 Schema optic a microscopului cu tub optic finit

Ocularul este o component convergent sau divergent i are

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

52/103


efectul unei lupe. Imaginea intermediar dat de obiectiv, formatntr-un plan din vecintatea planului focal obiect al ocularului, estemrit. Grosismentul ocularului se afl, n general, n domeniuloc=(2.525)X.

Imaginea final furnizat de instrument este virtual, rsturnat imrit.

Distana dintre focarul imagine al obiectivului i focarul obiect alocularului se numete interval optic () i este ntotdeauna omrime pozitiv.

Grosismentul microscopului depinde de mrirea liniar aobiectivului i de grosismentul ocularuluii are expresia:

ocob . (1)

Conform schemei din figura 1, se poate scrie:

'ob

'ob

obff

'z ,

iar grosismentul devine: (2)

'oc

'ob f

250

f

. (3)

Limitarea fasciculelor de radiaie prin instrument este realizat prinintermediul diafragmelor de deschidere i de cmp. Diafragma dedeschidere, de regul, este plasat n planul focal imagine alobiectivului (fig.2).

Fig. 2 Limitarea fasciculelor prin tubul microscopului

Ea reprezint pupila de ieire a obiectivului, ceea ce nseamn c

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

53/103


pupila de intrare a acestuia, ct i a sistemului se afl la infinit.

Imaginea diafragmei de deschidere, dat de ocular, este pupila deieire a aparatului. Aceasta trebuie s se formeze la distan micde ocular i s se suprapun cu pupila ochiului.

Diafragma de deschidere limiteaz unghiul 2, sub care intrfasciculul luminos n aparat. La microscoape, diafragma dedeschidere este caracterizat prin apertura numeric:

NA=nsin, (4)

care, pentru mediul obiect aer, este totdeauna subunitar.

Mrimea cmpului obiect i respectiv imagine sunt determinate dediafragma de cmp, care se plaseaz n planul imaginiiintermediare, n focarul obiect al ocularului. Imaginile diafragmei decmp, formate de obiectiv, respectiv ocular, constituie lucarna deintrare, respectiv de ieire a aparatului i se afl n planul obiect,respectiv la infinit.

Microscopul poate fi utilizat n scopul unor determinri calitativesau/i cantitative.

Determinarea calitativ nseamn vizualizarea obiectului, detaliuluisau componentei dintr-o structur complex n scopul evaluriiunui set divers de parametri, care funcie de aplicaie vizeaz:

prezena sau absena, mrimea, forma, culoarea, textura etc.Prin ataarea unui reticul, pe care sunt trasate diverse tipuri descri gradate, microscopul devine un instrument cu ajutorul cruiase pot realiza i determinri cantitative, respectiv msurri aledimensiunilor liniare sau unghiulare de interes ale obiectelorobservate.


Pentru aspectarea i msurarea unor dimensiuni ale obiectelorvizualizate se utilizeaz un microscop de msurare cu sistem deiluminare ataat, prezentat n figura 3.

Caracteristicile microscopului sunt specificate n tabelul 1.Instrumentul are la baz schema optic din figura 1. Grosismentultotal (100X) rezult prin utilizarea unui obiectiv cu mrirea liniar=10 i a unui ocular cu grosismentul oc=10X. Cmpul obiect liniarexprim mrimea segmentului din obiect, care poate fi vizualizatdeodat (fr a deplasa obiectul). Cmpul obiect se poate exprima iunghiular i n acest caz reprezint unghiul maxim subcare poate fi

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

54/103


preluat imaginea de ctre obiectiv.

Fig. 3 Microscop de msurare cu dispozitiv de iluminare ataat

Tabelul 1

Grosisment 100XMrimea cmpului obiect liniar 1.45mmDistana obiect de lucru 5.7mmApertura numeric 0.19Gama de msurare (- 0.6-00.6)mmValoarea diviziunii scalei gradate reticulare 0.01mm

Distana obiect de lucru reprezint distana dintre prima lentil aobiectivului i suprafaa probei investigate.

Apertura numeric (NA), conform relaiei (4), pentru microscoapelecare lucreaz n aer este numeric egal cu sinusul semiunghiuluisub care se vede obiectivul din centrul cmpului obiect (fig. 2).Apertura numeric este o mrimefoarte important n microscopie,datorit faptului c influeneaz rezoluia instrumentului i

cantitatea de lumin captat de obiectiv. Ca regul general,obiectivele cu focal scurt asigur aperturi numerice mari, darcmpuri obiect mici i iluminri relativ reduse.

Microscopul are un dispozitiv de iluminat tip mini-lantern, caretrimite un fascicul luminos pe suprafaa cmpului obiect. n acestcaz, instrumentul lucreaz n lumin reflectat, iar probele care potfi vizualizate trebuie s fie opace. Pentru obiectele transparente,

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

55/103


sistemele de iluminare sunt diferite principial i constructiv.


Se urmrete msurarea grosimii medii a fibrelor unei esturitextile.

Se aaz proba n cmpul obiect al microscopului prevzut cu uncorp de baz din policarbonat, dimensionat astfel nct s fieasigurat distana obiect de lucru corect i s delimiteze suprafaautil a cmpului obiect.

Se pune n funciune dispozitivul de iluminare al instrumentului.

Cu ajutorul rozetei ataate tubului microscopuluise pune la punctimaginea. Operaia este corect dac prin ocular se vede clartextura esturii.

Prin rotirea inelului dioptric ataat ocularului se pune la punctimaginea reticulului gradat, plasat in focarul obiect alsubansamblului ocular. Reglarea poziiei ocularului are rolul de acompensa defectele de vedere ale observatorului.

Prin rotirea fin a microscopului se aduce linia reticululuiperpendicular pe direcia fibrelor msurate. Se noteaz indicaiascalei pentru marginile stnga i dreapta a 10 fibre.

4. Prelucrarea datelorDatele citite se nscriu n tabelul 2.

Tabelul 2

Nr. crt.citire

Indicaiescal stnga

[mm]]

Indicaiescal dreapta

[mm]

Grosime fibr[mm]

Grosimemedie fibre

[mm]1...

10

Grosimea fibrei rezult prin diferena citirilor la dreapta, respectivstnga acesteia.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

56/103


LUCRAREA NR. 12

DETERMINAREA REZOLUIEI SISTEMELOR

OPTICE PRIN CALCULUL FUNCIEI OPTICE DETRANSFER DE MODULAIE


Rezoluia (sau puterea de separare) reprezent capacitateasistemelor optice de a rezolva detalii ale obiectului vizat. Rezoluiase poate exprima numeric prin distana minim dintre dou puncteale obiectului, care prin sistemul optic analizat, se mai pot distingeseparat.

Fig. 1 Principiul calculului MTF sau msurrii rezoluiei

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

57/103


Rezoluia se poate determina prin calcul, pe baza opticii Fourier,care definete o serie de parametri, printre care cel mai importanteste funcia optic de transfer de modulaie (MTF).

MTF a unui sistem optic msoar capacitatea de transfer acontrastului la un anumit nivel de rezoluie, de la obiect la imagine(fig.1). MTF caracterizeaz concomitent att contrastul, ct irezoluia sistemului. Obiectul standard este perechea de linii cucontrast 100% (alb negru). Contrastul imaginii se exprim caprocent din contrastul obiectului (100% corespunde strii alb penegru, iar 0% strii gri pe gri).Rezoluia se msoar n distana

dintre dou perechi de linii consecutive care mai pot fi separate sauprin inversul acestei distane exprimate n perechi de linii pemilimetru (lp/mm) sau n cicluri pe milimetru (c/mm).

Nici un sistem optic nu este capabil de a transfera integralcontrastul obiectului, chiar dac din punct de vedere geometric esteideal (lipsit de aberaii geometrice i cromatice). Se manifestinevitabil efectele difraciei, determinate de deschiderea finit aaperturilor. Difracia, care denumete generic fenomenele care auloc atunci cnd lumina ntlnete orice tip de obstacol, se manifestpe muchiile diafragmelor i monturilor lentilelor i are influensemnificativ asupra caracteristicilor punctului imagine. Acesta

este, de fapt o pat de difracie, cu dimensiuni finite i o distribuieenergetic neuniform.

Fig. 2 Distribuia iluminrii n figura de difracie obinut printr-unsistem optic ideal (- lungimea de und a radiaiei, semiunghiul de

cmp imagine, n indicele de refracie n mediul imagine)

0.61k

0.82k1.12k

1.33k

1.62

1.85k

k= /n'sin '

pata Airyprimul inel intunecat

primul inel luminos

al doilea inel intunecat

al doilea inel luminos

al treilea inel intunecat

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

58/103


Figura de difracie imagine a unui punct conine o patluminoascentral numit cercul Airy, nconjurat de inele concentricealternante ntunecate i luminoase (fig.2).

n tabelul 1 sunt prezentate caracteristicile numerice privinddimensiunile (r) i iluminarea relativ a cerculuiAiry i a inelelornconjurtoare.

Tabelul 1

Nr. de ordine al inelului rIluminarerelativ

Energia luminoasa inelului

maxim central 0 1.000 83.9%primul inel ntunecat 0.61/nsin 0.0primul inel luminos 0.82/nsin 0.017 7.1%al doilea inel ntunecat 1.12/nsin 0.0al doilea inel luminos 1.33/nsin 0.0041 2.8%al treilea inel ntunecat 1.62/nsin 0.0al treilea inel luminos 1.85/nsin 0.0016 1.5%al patrulea inelntunecat

2.12/nsin 0.0

al patrulea inel luminos 2.36/nsin 0.00078 1.0%

Practic, MTF se reprezint grafic, sub formaunei curbe trasate ntr-un sistem de coordonate avnd pe abscis rezoluia n pl/mm, iarpe ordonat iluminarea relativ (mrime normalizat la unitate,adimensional). n figurile 3 i 4sunt prezentate, ca exemplu, foaiade date i MTF pentru un obiectiv acromat de lunet.

Fig. 3 Foaia de date a obiectivului acromat

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

59/103


Fig. 4 MTF a obiectivului acromat

n figura 4, cu linie verde este trasat curba MTF ideal, iar cu linie

roie cea real. Se observ c sistemul este foarte bun din punct devedere al rezoluiei i contrastului.

Se observ, de asemenea, c pe abscis limita rezoluiei de analizeste 32 pl/mm. Aceasta corespunde rezoluiei ochiului uman.Luneta fiind un instrument vizual, al crui receptor final de imagineeste ochiul nu necesit rezoluie mai ridicat.

Tabelul 2

Sistem

RezoluieDistana ntredou puncterezolvate [m]

Frecvenspaial [perechi

de linii/mm]Fax 125 4Ochiul uman 16 (pe retin) 31Obiectiv f/8 2.5 200Sistem asociat scannerului 1 500Sistem asociat microlitografiei 0.5 1000

n proiectarea sistemelor optice se are n vedere ntotdeauna natura

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

60/103


receptorului de imagine (n cazul sistemelor imaging) sau asemnalulului luminos (n cazul sistemelor non imaging).Realizarea unor sisteme optice cu rezoluii superioare celei areceptorului este inutil, avnd n vedere complicarea tot maiaccentuat a algoritmilor de calcul odat cu creterea rezoluiei. ntabelul 2 sunt prezentate orientativ rezoluiile necesare unorsisteme optice asociate unor aplicaii uzuale.


Se utilizeaz componente cu date cunoscute sau piese de catalog

pentru care se pot identifica valorile caracteristicilor geometrice i aproprietilor optice.

Datele se prelucreaz cu softul OSLO LT existent pe reeaua decalculatoare a laboratorului.


Subansamblul analizat este un sistem simetric a crei schemoptic este redat n figura 5.

Fig. 5 Schema optic a sistemului analizat

Se cunosc urmtoarele date de intrare:

r1=275.8; r2= -26.98; r3= -59.17; r4=59.17; r5= 26.98; r6= -275.8;d1= 6.3; d2= 2.7; d3= 2.5; d4= 1.5; d5= 6.3; distana obiect s=-,poziia diafragmei de deschidere sD= 67; deschiderea diafragmei deintrare D = 6; semiunghiul de cmp obiect = 8.5o. Razele,

grosimile la centru a lentilelor, deschiderea diafragmei i distanelepe axa optic sunt exprimate n milimetri. Mediile optice din sistemsunt aer, K3, F2, aer, F2, K3, aer.

n figura 6 este prezentat foaia de date a sistemului dupintroducerea datelor numerice indicate mai sus.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

61/103


Fig. 6 Foaia de date completat cu datele sistemului analizat


Se apeleaz facilitile oferite de programul OSLO LT (v. Partea II,

1.5) pentru determinarea MTF i interpretarea acesteia.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

62/103


LUCRAREA NR. 13

MSURAREA EXPERIMENTAL A REZOLUIEI

OBIECTIVELOR DE MICROSCOP1. Prezentarea lucrrii

Rezoluia este una dintre principalele caracteristici alemicroscoapelor, avnd n vedere c are o legtur direct cugrosismentul i apertura numeric.

Teoretic, conform principiului lui Rayleigh, dou puncte pot fidistinse separat, dac centrul cercului Airy al primului punct sesuprapune peste primul minim al petei de difracie al celui de -aldoilea punct. Geometric, acest principiu impune distana minimntre centrele petelor de difracie ale punctelor la valoarea:

NA2R , (1)

unde NA este apertura numeric a obiectivului, - lungimea deund a luminii monocromatice.

Pentru o apertura numeric maxim n aer, egal cu unitatea i ovaloare a lungimii de und la mijlocul spectrului vizibil =550 nm,rezult o valoare ymin= 300 nm. n practic, cea mai nalt rezoluieobinut prin microscopie optic se afl n jurul valorii de 200 nm,cu lumin albastr, de lungime de und mic.

Figura 1 ilustreaz dependena rezoluiei de apertur i principiullui Rayleigh. Ilustraiile din figura 1 (a), (b) i (c) prezint pata de

difracie imagine a punctului, n reprezentare plan, respectivdistribuia energetic n aceast pat, n reprezentare 3D, pentrutrei aperturi numerice, scztoare de la (a) spre (c). Se observfaptul c mrimea discului Airy i intensitatea luminoas a peteisunt direct proporionale cu apertura.

Imaginea (d) din figura 1 ilustreaz definiia limitei de rezoluieconform principiului lui Rayleigh. Cele dou puncte ale cror

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

63/103


cercuri Airy sunt tangente, pot fi percepute ca separate. Ultimaimagine (e), caracterizeaz imaginea a dou puncte care nu mai potfi rezolvate, ntruct cercurile lor Airy se suprapun parial.

Fig. 1 Dependena mrimii i intensittii luminoase in pata de difracieimagine a punctului (ac) i ilustratrea principiului Rayleigh (d e)

Pentru determinarea experimental a rezoluiei microscoapelor,camerelor foto i a altor sisteme de formare a imaginii, se utilizeazmiretest, aspectate de ctre observatorul uman prin instrumentulanalizat.

Cea mai cunoscut mir test este mira USAF (numit dup locul

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

64/103


unde a fost proiectat i utilizat pentru prima dat n 1951 United States Air Force).

Mira conine un model repetitiv de grupuri de bare, avnddimensiuni variabile. Modelul este bazat pe elemente i grupuri (fig.2).

Fig. 2 Organizarea modelului mirei USAF pe elemente i grupuri

Fiecare element conine trei bare verticale i trei bare orizontale deaceeai mrime. Spaiul dintre bare este egal cu limea acestora.Pe toate mirele, elementele sunt numerotate de la 1 la 6 i audimensiuni descresctoare, respectiv frecven spaial

descresctoare, n raportul 6 2/1 . O serie de elemente 1...6

formeaz un grup etichetat printr-un numr cresctor n acelaisens cu frecvena spaial. Cele mai complexe mire conin grupurinotate cu -2...9. Uzual, gama grupurilor este -2...0. ntotdeaunaaranjamentul grupurilor este n form de spiral, generat de la dreapta la stnga i spre interior.

Rezoluia aferent unui element se calculeaz cu expresia:

61element.nr

grup.nr

2]mm/pl[R . (2)

Limita de rezoluie a sistemului analizat corespunde elementului

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

65/103


pentru care barele luminoase i ntunecate se mai pot distinge.Pentru elementul urmtor elementul este perceput ca o arie deculoare gri. n figura 3 este redat, spre exemplificare, imagineaunei mire liniare, cu spaiere descresctoare a perechilor de linii,format de sisteme cu rezoluii tot mai sczute.

Fig. 3 Imaginea unei mire test prin sisteme optice cu rezoluie tot maislab. n stnga imaginilor este indicat contrastul (echivalent cu MTF)

n tabelul 1 sunt indicate rezoluiile aferente elementelor pentru cea

mai complex mir USAF, cu grupuri de la -2 la 9.

Tabelul 1

Rezoluia mirei USAF 1951 [pl/mm]Numr grup

Element -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 0.250 0.500 1.00 2.00 4.00 8.00 16.00 32.0 64.0 128 256 5122 0.280 0.561 1.12 2.24 4.49 8.98 17.95 36.0 71.8 144 287 5753 0.315 0.630 1.26 2.52 5.04 10.10 20.16 40.3 80.6 161 323 6454 0.353 0.707 1.41 2.83 5.66 11.30 22.62 45.3 90.5 181 3625 0.397 0.793 1.59 3.17 6.35 12.70 25.39 50.8 102 203 406

6 0.445 0.891 1.78 3.56 7.13 14.30 28.50 57.0 114 228 456

n tabelul 2 sunt nscrise valorile rezoluiei aferente mirei standard(fig. 4) cu grupuri -21, n diverse moduri de exprimare, preferatefuncie de aplicaie.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

66/103


Tabelul 2Nr.grup Nr.element Frecven

spaial[pl/mm]

Limeabarei[m]

DPIPPI

[pixeli/inch]

LPPI[pl/inch]

DPC[dots/cm]

-2 1 0.250 2000 12.70 6.35 5.002 0.281 1782 14.26 7.13 5.613 0.315 1587 16.00 8.00 6.304 0.354 1414 17.96 8.98 7.075 0.397 1260 20.16 10.08 7.946 0.445 1122 22.63 11.31 8.91

-1 1 0.500 1000 25.40 12.70 10.002 0.561 890.90 28.51 14.26 11.223 0.630 793.70 32.00 16.00 12.60

4 0.707 707.11 35.92 17.96 14.145 0.794 629.96 40.32 20.16 15.876 0.891 561.23 45.26 22.63 17.82

0 1 1.000 500.00 50.80 25.40 20.002 1.122 445.45 57.02 28.51 22.453 1.260 396.85 64.00 32.00 25.204 1.414 353.55 71.84 35.92 28.285 1.587 314.98 80.64 40.32 31.756 1.782 280.62 90.52 45.26 35.64

1 1 2.000 250.00 101.60 50.80 40.002 2.245 222.72 114.04 57.02 44.903 2.520 198.43 128.01 64.00 50.404 2.828 176.78 143.68 71.84 56.575 3.175 157.49 161.28 80.64 63.506 3.564 140.31 181.03 90.52 71.27

2 1 4.000 125.00 203.20 101.60 80.002 4.490 111.36 228.08 114.04 89.903 5.040 99.21 256.02 128.01 100.794 5.660 88.39 287.37 143.68 113.145 6.350 78.75 322.56 161.28 126.996 7.130 70.15 362.06 181.03 142.54

Fig. 4 Mira USAF 1951 standard (nr. grup -21)

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

67/103


S-au dezvoltat variante derivate ale mirei USAF (seria T20, T21),care elimin necesitatea consultrii unui tabel de citire a rezoluieielementului, prin nscripionarea direct, n dreptul acestuia afrecventei spaiale corespunztoare (fig. 5).

Fig. 5 Mira test T21


Se utilizeazun microscop stereoscopic zoom Zeiss Stemi 2000 (fig.6) i o mirUSAF standard.

Fig. 6 Microscopul stereoscopic Zeiss Stemi 2000

Microscopul este binocular (ocularele avnd grosismentul 25X) iconine un obiectiv zoom. La distana obiect de 92 mm, asigur uncmp obiect de (15.4...2.0) mm, funcie de grosismentul total, carepoate fi variat n gama (16.3...125)X.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

68/103


Aparatul, pe lng vizualizarea direct prin sistemul binocular curedresare a imaginii, este dotat cu elementele de legtur necesareatarii unei camere CCD, pentru preluarea i stocarea digital aimaginii.

Fig. 7 Camera CCD (vedere general i panou de legturi la sursa dealimentare i placa video)

Camera CCD color lucreaz cu o arie de preluare a semnalelorluminoase de (6.4x4.8)mm. Pe aceast suprafa sunt activi768x582 (HxV) pixeli, avnd mrimea (8.4x9.8)m (HxV).


Se determin rezoluia microscopului cu ajutorul unei mire USAFstandard negative.

Mira test se aaz n cmpul obiect al microscopului prinmanipulare atent, fr atingerea suprafeelor superioar sauinferioar. Se regleaz poziia tuburilor oculare funcie de distanapupilar a observatorului, astfel nct acesta s perceap o imaginestereoscopic.

Se ajusteaz poziia pe vertical a obiectivului zoom pentru punereala punct a imaginii. Se apreciaz elementul de pe mira test la caremai poate fi perceput contrastul barelor alternante luminoase intunecate. Se noteaz numrul grupului i elementului pentrucalculul rezoluiei cu relaia (2).

Se conecteaz camera CCD la o surs de alimentare i la

calculatorul atribuit standului. Cu ajutorul softului de captare aimaginii se vizualizeaz diverse arii ale mirei pn la gsireaelementului care stabilete rezoluia maxim.

Se compar rezultatele evalurilor pe cale direct i prin preluare deimagine.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

69/103


LUCRAREA NR. 14

MSURAREA COORDONATELOR DE CULOAREALE PROBELOR LICHIDE


Colorimetria se ocup cu msurarea cantitativ a senzaiei deculoare.

Culoarea este un concept abstract, care nu are corespondent curelaie biunivoc n lumea fizic. Culoarea este rezultatul percepieivizuale, este o senzaie cu un puternic caracter subiectiv, cudeterminare complex n raport cu observatorul uman.Determinarea cumuleaz mai multe componente (anatomic,

fiziologic, psihologic, sex, vrst, profesie, mediu social, contextgeopolitic i istoric etc.), care produc pentru observatori diferii,senzaii de culoare diferite i dificil de definit.

Colorimetria este un domeniu interdisciplinar, n care s-au implicatde-a lungul istoriei, fizicieni, psihologi, medici iartiti plastici.

Parametrizarea fenomenului cromatic s-a dovedit a fi un demersdificil, nefinalizat nici n prezent. Acesta este motivul pentru carecoexist o serie largde sisteme de coordonate de culoare i sistemede culoare, pentru care diveri utilizatori manifest preferine,funcie de msura n care sistemul este convenabil unei activitispecifice.

Senzaia de culoare este rezultatul capacitii de percepie aochiului uman a radiaiei electromagnetice, ntr-un domeniu foarterestrns (380780 nm) al spectrului electromagnetic, domeniunumit vizibil (fig.1).

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

70/103


Fig. 1 Plasarea domeniului vizibil n spectrul electromagnetic i cele asedomenii de culoare (violet, albastru, verde, galben, orange i rou)

Ochiul percepe ase mari domenii de culoare: violet, albastru,verde, galben, orange i rou (fig. 2). Funcie de componenteledeterminate enumerate mai sus, fiecare individ distinge un numrdiferit de nuane alefiecrui domeniu de culoare.

culoarea violet albastru verde galben orange rou

[nm] 380-440 440-495 495-580 580-600 600-640 640-780

Fig. 2 Domeniile de culoare i limitele acestora

(lungimi de und msurate n nm)

Se poate observa c albul i negrul nu se regsesc pe nicio scarcromatic. Albul i negrul nu sunt culori, ci aparin domeniuluiacromatic. n lumin transmis, albul reprezint amestecul tuturorlungimilor de und din domeniul vizibil, iar negrul este perceput nabsena oricrei radiaii.

n lumin reflectat albul caracterizeaz suprafee cu absorbannul, care reflect integral lumina alb, compus, pe cnd negrulapare ca senzaie atunci cnd ochiul vizeaz o suprafa totalabsorbant, cu reflectan nul.

Dificultile de definire a culorilor provin din urmtoarele cauze:

exist teoretic o infinitate de culori, pentru care nu s-a pututconcepe un sistem coerent de identificare, valabil pentru toiobservatorii

practic, numrul culorilor pe care le poate distinge un individeste limitat de pragul de sensibilitate spectral, care n medie estede 6 nm, dar prezint variaii mari de la subiect la subiect i estevariabil spectral

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

71/103


numele pe care o culoare le sugereaz diverilor observatori potfi foarte diferite

o culoare dat poate fi obinut teoretic dintr-o infinitate decombinaii de culori (culorile identice obinute prin amestecuridiferite sunt numite metamerice).

S-a convenit definirea unor culori de baz, numite primare, cuajutorul crora s se poat obine orice alt culoare, prin variaiacantitativ a culorilor primare.

Motivul pentru care exist dou seturi de culori primare rezid nfaptul c amestecul culorilor poate fi aditiv sau substractiv i, de

asemenea, se poate realiza n lumintransmis sau reflectat.Cele dou seturi de culori primare utilizate practic sunt:

RGB (rou (R), =700nm, verde (G), =546nm, albastru (B),=435nm), att pentru amestecuri aditive, ct i substractive

MYC (magenta (M), =604nm, galben (Y), =580nm, cyan (C),=450nm), pentru amestecuri aditive

MYC (magenta (M), =608nm, galben (Y), =576nm, cyan (C),=472nm), pentru amestecuri substractive.

Prin amestecul aditiv a cte dou culori RGB rezult cu oarecareaproximaie o culoare MYC. n tabelul 1 sunt sintetizate toate

tipurile de amestecuri de culori primare i rezultatele lor.

Tabelul 1AMESTECURI CROMATICE

LUMINA TRANSMIS LUMINA REFLECTAT ADITIVE (fig.3) SUBSTRACTIVE

(fig. 4)ADITIVE (fig. 5) SUBSTRACTIVE

Culoarea se obineprin amestecul atrei culoriprimare: RGB

Amestecul a ctedou culoriprimare dculorilesecundare:magenta (M=R+B),=610nm,galben

Culoarea se obineprin scdereaselectiv igradat acomponentelor

primare R, G, Bdin culoarea alba spectruluicontinuu.Culorile primaredevin M, Y, C, iarcele secundareR=Y+M, G=Y+C,B=C+M.

Culoarea rezultprin amesteculculorilor primare:MYC

Culorile secundarecare se obin princombinarea a ctedou culoriprimare sunt:vermillion(C+Y),orange(M+Y), violet (C+M)

Culoarea rezultprin amesteculculorilor primare:R (=608nm), Y(=576nm),

B (=472nm)

Culorilesecundare sunt:verde (B+Y=G),=561nm,violet (B+R=V),=410nm,orange (R+Y=O),

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

72/103


(Y=R+G),=520nm,cyan (C=G+B),=450nm.

Amestecul celortrei culori primareeste acromatic(R+G+B=alb)

Absenacelor treiculori primare esteechivalent cupercepia negrului(simbolizat K)

Amestecul celortrei culori primarefurnizeaz griulneutru.Pentru obinereanegrului sistemulse completeaz cunegrul, careaparinedomeniuluiacromatic.

Rezult sistemulderivat MYCK

=590nm

Amesteculculorilor primareeste griul neutru.

se aplic nteleviziune i latoate tipurile demonitoare color

se aplic n teatru se aplic ntipografie, pictur,design

se aplic npictur,arhitectur

Fig. 3 Amestecul aditiv RGB n lumina transmis

Fig. 4 Amestecul substractiv MYCK n lumina transmis

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

73/103


Fig. 5 Amestecul aditiv MYC n lumin reflectat

n prezent exist o multitudine de sisteme de coordonate de culoare,dintre care patru sisteme de definire matematic a culorii sunt maides utilizate.

n tabelul 2 sunt prezentate sintetic expresiile caracteristicilor deculoare n sistemul monocromatic, sistemul tricromatic RGB,sistemul tricromatic XYZ-CIE i sistemul LAB-CIE (HunterLAB).

Tabelul 2SISTEM DEMSURARE

MRIME EXPRESIE A COORDONATELOR

Monocromatic(HSL)

-lungime de unddominant (toncromatic)

-luminan

-saturaie

d

Wd LLL (Ldluminan n lungimeade und dominant, LWluminan nlumin alb)

L

L1

L

Lp Wd

TricromaticRGB

-componentetricromatice

-coeficieni

tricromatici

RLR ,591.4

LG G ,

0601.0

LB B

BGR

Rr

,

BGR

Gg

,

BGR

Bb

TricromaticXYZ-CIE

Tricromaticxyz-CIE

-coeficienitricromatici totali

-coeficienitricromatici n

B5944.5G0565.0Z

B0601.0G5909.4RY

B1302.1G7519.1R7689.2X

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

74/103


planul unitate

ZYX

1

Z

z

Y

y

X

x

TricromaticLAB-CIE

-luminozitate

-grad de verde saurou (funcie desemn)

-grad de galben saualbastru (funcie de

semn)

Y10L

Y

Y98041.0

X

a

Y

1803.1

ZY

b

Sistemul de coordonate tricromatic XYZ-CIE face obiectul unuistandard internaional, stabilit de Comisia Internaional pentruIluminare (Commission International de lEclairage) n 1931 (cucompletri n 1964 i 1976). Pe baza unor convenii privindluminana culorilor primare a fost elaborat o diagram CIE dereferin (fig. 6), pe suprafaa creia se gsesc toate culorile reale,definite ntr-un sistem de referin plan (x,y).

Fig. 6. Diagrama CIE (x,y). Coeficienii tricromatici x, y din planulunitarsunt totdeauna pozitivi i prin nsumare dau un rezultat subunitar, cel

mult egal cu 1

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

75/103


Transformrile de coordonate dintr-un sistem n altul sunt greoaiei neintuitive datorit numrului relativ ridicat de conveniiadoptate de fiecare sistem.

Scrile de culoare cu 256 de niveluri discrete sunt legate de evoluiaechipamentelor de calcul automat. Un spaiu de culoare bazat peun model RGB pe 24 bii asigur 2563~16.7 milioane culori, operforman care depete cu cteva ordine de mrimeposibilitile reale ale ochiului n distingerea nuanelor.

n tabelul 3 sunt prezentate domeniile de variaie ale coordonatelor

de culoare n diverse sisteme de msurare a acesteia.

Tabelul 3

Sistemul decoordonate

Coordonate Domeniu devariaie

HSL(sistemul

monocromatic)

H (hue = nuana)S (saturation = saturaia)L (luminosity = luminozitate)

(0255)(0100)(0100)

RGB R (red = rou)G (green = verde)B (blue = albastru)

(0255)(0255)(0255)

CMYK C (cyan = albastru cian)M (magenta = rou magenta)Y (yellow = galben)K (black = negru)

(0100)(0100)(0100)(0255)

CMY CMY

(0255)(0255)(0255)

Lab L (luminozitate) (-100+100)a (grad de rou pentru a>0, gradde verde pentru a0,grad de galben pentru b

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

76/103


spectrometru cu camera CCDfig. 8.c

sistem de calcul, avnd instalat softul B&Wtek de achiziie adatelor transmise de spectrometrul CCD

fibre optice de legare optic a sistemului surs cuvet cu probspectrometru CCD

Fig. 7 Stand spectrofotometric de msurare a coordonatelor de culoare

a. b. c.

Fig. 8 Sursa de radiaie (a), suport cuvet (b), spectrometru (c)

Pentru determinri se utilizeaz soluii apoase cu pigmeni dediverse culori i n concentraii diferite.

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

77/103



Se seteaz tipul iluminantului standardizat din gama disponibil (A,B, C, D65, E) i gama de lungimi de und de interes (400...800)nm

fig. 9.

Fig. 9 Setarea tipului de iluminant

Se achiziioneaz un spectru de ntuneric (n absena probei, culampa stins, prin comanda Dark) i un spectru de referin (nabsena probei, cu lampa aprins, prin comada Ref).

Se introduce n suport cuveta cu proba i se achiziioneaz spectrulaferent soluiei din cuvet, prin comanda Acquire spectrum.


n tab-ul Color al softului B&Wtek se pot observa diagrama CIE-xyi CIE-Lab. n frame-ul din dreapta ferestrei sunt afiate numericcoordonatele de culoare n apte sisteme de coordonate.

Se noteaz numele probei i coordonatele de culoare n sistemele(x,y,z) i Lab. Se calculeaz coordonatele echivalente n sistemele(RGB)

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

78/103


LUCRAREA NR. 15

DETERMINAREA CARACTERISTICII DE

TRANSMISIE A FILTRELOR DE ABSORBIE NDOMENIUL VIZIBIL


Filtrele sunt componente optice care au rolul de a modifica mrimeafluxului energetic sau/i distribuia spectral a acestuia.

Filtrele sunt utilizate n construcia aparatelor optice cu scopul de andeprta anumite regiuni nedorite din spectru, pentru a selecta oband ngust de lungimi de und sau a atenua fluxurile luminoasefr a modifica compoziia spectral a acestora.

Filtrele se pot clasifica dup mai multe criterii:

funcie de domeniul spectral transmis exist filtre pentru UV,

VIS, IR etc.

funcie de fenomenul fizic pe baza cruia lucreaz, filtrele pot fide absorbie sau interfereniale

funcie de lrgimea i poziia spectrului de trecere, exist filtretrece-sus (fig.1.a), trece-jos (fig.1.b) sau band (fig.1.c)

funcie de compoziia spectral aradiaiei transmise filtrele auun caracter selectiv sau neselectiv (filtre neutre).

Fig. 1 Curbe de transmitan a filtrelor

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

79/103


Funcionarea unui filtru este apreciat prin variaia factorului detransmisie funcie de lungimea de und, ().

Pentru un ir de n filtre, factorul de transmisie rezult prinmultiplicarea transmitanelor componentelor din ir:

() = 1()2() ... =

n

1i

i(). (1)

n majoritatea aplicaiilor curente se utilizeaz filtrele de absorbie.Acestea ndeprteaz dintr-un flux incident o anumit lungime deund sau un domeniu de lungimi de und. Acest fenomen sebazeaz pe absorbia selectiv n raport cu lungimea de und, amaterialului din care este confecionat filtrul. Acesta se execut dinsticl optic n care se introduc substane colorate (bioxid de crom-verde, sulfur de cadmiu-galben etc.), din substane gelatinoasecolorate sau soluii lichide colorate, nchise n recipieni cu pereisubiri din sticl.

Filtrele de absorbie lucreaz pe baza legii Bouguer-Lambert,carearat c intensitatea radiaiei care traverseaz un mediu absorbanteste diminuat proporional cu coeficientul de absorbie i lungimeade material traversat.

Expresia matematic a legii absorbiei este dat de relaia (2):

d)..(0i

t eII

, (2)

unde: I0 este intensitatea fasciculului incident, I - intensitateafasciculului transmis, - coeficient de proporionalitate, denumitcoeficient de absorbie, d grosimea stratului absorbant traversatde lumin,tfluxul transmis, ifluxul incident.

n domeniul vizibil, filtrele de absorbie sunt colorate. Ele absorbradiaia de o anumit culoare i sunt transparente pentru culoareacomplementar. Filtrul are culoarea radiaiilor transmise.

Filtrele de absorbie pentru UV au culoarea neagr (pentru cabsorb vizibilul n totalitate) i transmit n domeniul (200400) nm.

Filtrele care absorb n IR se utilizeaz ca elemente absorbante decldur i se numesc filtre calorice. Ele absorb radiaiile cu > (800... 1000)nm.

O categorie special a filtrelor de absorbie o constituie filtreleneutre. Acestea nu schimb compoziia spectral a radiaieitransmise, ci i modific intensitatea (au rol de atenuare a fluxurilor

7/21/2019 OT_lab_2012 (1).pdf

80/103


luminoase).

Filtrele neutre se execut dintr-o lam plan-paralel suport, pestecare se depune un strat subire absorbant. Materialul suporttrebuie s fie transparent n domeniul de lucru (sticla BK7 pentruVIS - =(370.. 2000)nm, sticla de silice topit pentru un domeniularg UV-VIS-IR- =(200..2700)nm, ZnSe sau alte cristale pentruIR- =(600nm15m)).


Pentru trasarea curbelor de transmitan a filtrelor de absorbie se

utilizeazun banc optic pe care se aliniaz o surs de lumin alb,o diafragm pentru reglarea mrimii spotului luminos (fig. 2), untambur cu filtre colorate, cu micare de rotaie indexabil (fig. 3),un monomcromator (fig. 4), a crui schem de functionare FastieEbert este ilustrat n figura 5 i un ecran de vizualizare.

Fig. 2 Di

ot_lab_2012 (1).pdf

Documents