Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Optičko preslikavanjeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Realizovanje optičkog preslikavanja jedan je od osnovnih zadatakatehničke optike.
Optičko preslikavanje predstavlja transformaciju bitnihkarakteristika oblasti objekta u oblast lika radi upoznavanja, modeliranja ili umetničkog predstavljanja objektivne realnosti.
Priroda objekta i lika uslovljava podelu na realno, konkretno i apstraktno optičko preslikavanje.
Optičko preslikavanjeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Realno optičko preslikavanje transformiše karakteristikematerijalne strukture objekta, koje izazivaju promenu stanjasvetlosti u prostoru i vremenu, u realnu strukturu lika.
Realni sistem objekta čine izvor zračenja, sistem za osvetljavanje i struktura objekta.
Realni optički sistem je sklop čiju osnovnu funkciju realizujuelementi za optičko preslikavanje.
Realni sistem lika čine struktura lika, prijemnik zračenja i površina na kojoj se lik projetuje.
Optičko preslikavanjeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Konkretno optičko preslikavanje je nematerijalni model realnogoptičkog preslikavanja. Sistem objekta, optički sistem i sistem likaopisuju se modelom.
Apstraktno optičko preslikavanje daje samo opštu zavisnostulaznih i izlaznih veličina (karakteristika objekta i lika). Ono predstavlja nematerijalni model realnog optičkog preslikavanjakoji ne razmatra konkretna tehnička rešenja.
Karakteristike preslikavanja u geometrijskoj optici
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Ukoliko se homocentrični snop zraka s tačkom konvergencije Atransformiše optičkim sistemom u homocentrični snop zraka s tačkom konvergencije A', preslikavanje je stigmatično.
Idealno preslikavanje u geometrijskoj optici je stigmatično.
Karakteristike preslikavanja u geometrijskoj optici
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Kod idealnog preslikavanja objekat i lik su međusobnokonjugovani i mogu biti realni ili virtualni.
U realnoj tački objekta (lika) seku se stvarni zraci, a u virtualnojgeometrijska produženja zraka.
Virtualni lik realnog objekta u ravnom ogledalu
Karakteristike preslikavanja u geometrijskoj optici
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Realni lik virtulanog objekta u ravnom ogledalu
Karakteristike preslikavanja u geometrijskoj optici
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Od idealnog preslikavanja se pored stigmatičnosti zahteva dageometrijske figure preslikava i njima slične figure. Ukolikopostoji distorzija lika, onda preslikavanje nije idealno.
Stigmatično preslikavanje sa distorzijom lika
Ostvarljivo preslikavanjeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Ostvarljivo preslikavanje transformiše prostorno ograničenustrukturu tačaka objekta u strukturu rasutih likova, koja u kombinaciji s određenim prijemnikom svetlosti omogućavazadovoljavajući opis bitnih karakteristika objekta.
Dopuštena odstupanja od stigmatičnosti i sličnosti objekta i likazavise od zahteva primene i odabranog prijemnika.
Funkcionalni elementiOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Optički sistemi imaju zadatak da realizuju određene funkcije, odnosno da prevedu određene ulazne u odgovarajuće izlazneveličine.
Ugradni element je realna struktura koja kao celina u određenojokolini prevodi zadate ulazne u odgovarajuće izlazne veličine.
Model ugradnog elementa naziva se funkcionalni element. Njimesu teorijski obuhvaćene bitne karakteristike ugradnih elemenata. Osnovna podela funkcionalnih elemenata je prema elementarnimfunkcijama koje treba da ostvare (preslikavanje, ograničavanjesvetlosnog snopa, skretanje svetlosnog snopa, dispersija svetlosti, filtriranje, vođenje svetlosti, polarizacija svetlosti).
Funkcionalni elementiOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Elementarnom funkcijom se naziva zavisnost zadatih ulaznih i izlaznih veličina koju nije potrebno dalje raščlanjivati, pošto se može neposredno realizovati odgovarajućim ugradnimelementima i modelirati funkcionalnim elementima.
Prelamanje svetlosti kroz sfernu površinuOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Stigmatično preslikavanje za par konjugovanih tačaka može se ostvariti samograničnom površinom koja je rotacionosimetričma u odnosu na osu koja prolazi krozove dve tačke. Granične površine optičkihelemanata izrađenih od stakla su najčešćeravne ili sferne.
Kao ugradni element za optičko preslikavanjenajčešće se koriste različite vrste sočiva. Svako sočivo je ograničeno dvemameđusobno podešenim prelamajućimpovršinama od kojh bar jedna nije ravna.
Prelamanje svetlosti kroz sfernu površinuOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Zbog lakše i jeftinije izrade granične površine sočiva su najčešćesferne površine. Izrađuju se i sočiva sa cilindričnim površinama(sočiva naočara - za korekciju poremećaja vida pod imenomastigmatizam), kao i sočiva sa paraboličnim površinama (sočivakondenzora - optičkog sistema za osvetljavanje predmeta pod mikroskopom).
Preslikavanje meridijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Meridijalnu ravan grade optička osa sistema i tačka objekta koja neleži na optičkoj osi. Ravan upravna na meridijalnu ravan naziva se sagitalna ravan. Na crtežu se obično predstavlja meridijalna y-zravan, a zraci koji u njoj leže nazivaju se meridijalni zraci.
Preslikavanje meridijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Putanja meridijalnog zraka iz tačke objekta na konačnojudaljenosti:
s - daljina objekta's - daljina lika
C - centar krivine
V - teme
σ - nagibni ugao svetlosnog zraka u oblasti objekta
'σ - nagibni ugao svetlosnog zraka u oblasti lika
Preslikavanje meridijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Putanja meridijalnog zraka iz tačke objekta u beskonačnosti:
's - daljina lika
C - centar krivine
V - teme
'σ - nagibni ugao svetlosnog zraka u oblasti lika
h - upadna visinasvetlosnog zraka
Preslikavanje meridijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Putanje meridijalnih zraka nakon prelamanja:Zraci homocentričnog snopa u oblasti objekta neće se, nakonprelamanja kroz sfernu graničnu površinu, seći svi u istoj tački. Sa opadanjem upadne visine daljina preseka meridijalnih zraka u oblasti lika raste i konvergira ka određenoj vrednosti. Ova pojavase naziva sferna aberacija.
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Paraksijalni zraci su meridijalni zraci koji imaju male nagibneuglove, a prelamajuću površinu prodiru u blizini temena.
Odnos tangensa nagibnih uglova prelomljenog i upadnog zrakanaziva se ugaono uvećanje:
σσ
=γtg
'tg'
Ugaono uvećanje paraksijalnih zraka:
s's'
sin'sin
tg'tg' =
σσ
≈σσ
≈σσ
=γ
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Abbe-ova invarijanta Q:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
's1
r1'n
s1
r1nQ
n - indeks prelamanja ispred prelamajuće površine
n' - indeks prelamanja iza prelamajuće površine
r - poluprečnik krivine
s - daljina preseka paraksijalnih zraka u oblasti objekta
s' - daljina preseka paraksijalnih zraka u oblasti lika
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
rn'n
sn
'n's's
1r1'n
s1
r1nQ
−+
=⇒⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
Daljina preseka paraksijalnih zraka u oblasti lika ne zavisi od nagibnog ugla upadnog zraka, niti od upadne visine.
Ravan kroz tačku preseka paraksijalnih zraka upravna na optičku osu naziva se Gauss-ova ravan lika.
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Virtualni lik pri preslikavanju sfernom prelamajućom površinom
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Odnos veličine lika i veličine predmeta naziva se poprečno ili transverzalno uvećanje β'. Ako je β' > 0, lik je uspravan i leži sa iste strane optičke ose kao i predmet. Ako je β' < 0, lik je izvrnut i leži sa suprotne strane optičke ose u odnosu na predmet.
y'y'=β
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
y'y'=β
sytg 00 −=ε≈ε
's'y'tg' 00 −=ε≈ε
00 ''nn ε≈ε
const'sn
n's' ==β⇒
s's'=γ
Preslikavanje paraksijalnim zracimaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
'snn's'=β
''y'nny'n
n'' σ=σ⇔=γβ
Proizvod nyσ predstavlja invarijantu paraksijalnog preslikavanja sfernom prelamajućom površinom i naziva se Helmhlotz-Lagrange-ova invarijanta.
Kardinalne tačke sferne prelamajuće površineOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Poseban značaj pri preslikavanju paraksijalnim zracima imaju tzv. kardinalne tačke optičkog sistema: par glavnih tačaka, par čvornih tačaka i par žiža.
Predmet koji leži u glavnoj ravni u oblasti objekta (prva, prednja glavna ravan) preslikava se poprečnim uvećanjem β'=1 u glavnu ravan oblasti lika (druga, zadnja glavna ravan), pri čemu su glavne ravni upravne na optičku osu. Tačka u kojoj optička osa prodire prvu glavnu ravan naziva se prva (prednja) glavna tačka H. Tačka u kojoj optička osa prodire drugi glavnu ravan naziva se druga (zadnja) glavna tačka H'.
Kardinalne tačke sferne prelamajuće površineOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Upadni zrak kroz čvornu tačku oblasti objekta N (prva, prednja čvorna tačka) napušta sistem pod istim uglom (σ' = σ) kroz čvornu tačku oblasti lika N' (druga, zadnja čvorna tačka), odnosno ugaono uvećanje zraka kroz čvorne tačke: γ' = 1).
Žiža F oblasti objekta (prva žiža) je tačka na optičkoj osi koju optički sistem preslikava u beskonačno daleku tačku ose. Žiža F' oblasti lika definiše se kao lik beskonačno udaljene tačke ose. Ravan kroz žižu upravna na optičku osu naziva se žižna ravan.
Kardinalne tačke sferne prelamajuće površineOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Karakteristične tačke i zraci kod sferne prelamajuće površine
Žižne daljineOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Odstojanje žiže oblasti objekta od glavne ravni oblasti objekta naziva se žižna daljina oblasti objekta (prva žižna daljina optičkog sistema) i obeležava se sa f.
Odstojanje žiže oblasti lika od glavne ravni oblasti lika naziva se žižna daljina oblasti lika (druga žižna daljina optičkog sistema) i obeležava se sa f '.
1n'nrf−
−=
1n'n
rn'n
'f−
−=n'n
f'f
−=⇒
'nn'' =γβ
Žižne daljineOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
n'n
f'f
−=
'ff'' −=γβ⇒
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaj lika neke tačke određujemo kao presečnu tačku najmanje dva paraksijalna zraka u oblasti lika.
• zrak paralelan optičkoj osi, koji u oblasti lika prolazi kroz drugu žižu F',
Kao karakteristične zrake kroz tačku predmeta čiji lik treba odrediti koristimo:
• zrak kroz prvu žižu F, koji je u oblasti lika paralelan optičkoj osi,
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Kao karakteristične zrake kroz tačku predmeta čiji lik treba odrediti koristimo:
• zrak kroz čvornu tačku N, koji u oblasti lika paralelno pomeren prolazi kroz čvornu tačku N'.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Kao karakteristične zrake kroz tačku predmeta čiji lik treba odrediti koristimo:
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Grafičkim postupkom odrediti veličinu i položaj likova y'1, y'2 i y'3.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Grafičkim postupkom odrediti veličinu i položaj likova y'1, y'2 i y'3.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Grafičkim postupkom odrediti veličinu i položaj predmeta y1, y2 i y3.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Grafičkim postupkom odrediti položaj glavnih ravni H i H', ako je f ' = -f.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Grafičkim postupkom odrediti položaj i veličinu lika y'ako je zadat objekt y* i njegov lik y'*.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaji tačaka objekta u koordinatnom sistemu žiže su definisani koordinatama x, y, z u koordinatnom sistemu žiže F.
Položaji tačaka lika u koordinatnom sistemu žiže su definisani koordinatama x', y', z' u koordinatnom sistemu žiže F'.
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
z-osa i z'-osa poklapaju se s optičkom osom, a na crtežu se uobičajeno predstavlja meridijalna y-z ravan.
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaji tačke A i njenog lika A' definisani su u odnosu na odgovarajuće žiže vrednostima -z i z'.
zf
y'y' −==β
'f'z
y'y' −==β
Newton-ov oblik jednačine preslikavanja: 'ff'zz =
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaj lika tačke formiranog paraksijalnim zracima:
'f'xz
zxf'x −=−=
'f'yz
zyf'y −=−= z
'ff'z −=
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Ugaono uvećanje paraksijalnih zraka:'z
f'f
z'f'z
fz's
s' ==++
==γ
Konstanta optičkog sistema:'f
f'' −=γβ
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Granična vrednost odnosa pomeranja lika prema pomeranju predmeta duž optičke ose, odnosno aksijalne dužine lika Δz' prema aksijalnoj dužini predmeta Δz naziva se uzdužno (longitudinalno) uvećanje α':
''
z'z
z'z' lim
0z γβ
=−=ΔΔ
=α→Δ
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaji kardinalnih tačaka u koordinatnom sistemu žiže:
• koordinate glavnih tačaka:
1'f'z
zf' =−=−=β ⇒ fzH −= 'f'z 'H −=
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaji kardinalnih tačaka u koordinatnom sistemu žiže:
• koordinate žiža: 0zF = 0'z 'F =
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaji kardinalnih tačaka u koordinatnom sistemu žiže:
• koordinate čvornih tačaka:
1'z
f'f
z' ===γ ⇒ 'fzN = f'z 'N =
Koordinatni sistem žižeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Pomeranje žiže pri rotaciji optičkog sistema oko čvorne tačke oblasti lika zanemarljivo mala veličina drugog reda. Zahvaljujući ovoj osobini čvornih tačaka olakšano je podešavanje položaja sočiva u okviru optičkog sistema.
Koordinatni sistem glavne tačkeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Pri analizi optičkog preslikavanja fotoobjektivima i objektivima projekcionih aparata pogodnije je definisati položaje predmeta i lika u odnosu na glavne tačke koordinatama a i a'.
fza += 'f'z'a +=
Položaji kardinalnih tačaka u koordinatnom sistemu glavne tačke:
faF =
Koordinatni sistem glavne tačkeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
'f'a 'F =
'ffaN += 'ff'a 'N +=
Koordinatni sistem glavne tačkeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Poprečno, ugaono i uzdužno uvećanje:
a'a
'nn'=β
'aa'=γ
'nn
a'a'
2
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=α
Konstanta optičkog sistema:'n
n'' −=γβ
Abbe-ova invarijanta Q: ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
'a1
r1'n
a1
r1nQ
Koordinatni sistem glavne tačkeOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
⇒ Gauss-ov oblik jednačine preslikavanja:'f'n
an
'a'n
=−
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Izračunati vrednosti za β', y', f ', zN i z'N' koristeći poznate vrednosti: y = 20mm, a = -50mm, a' = -25mm i f = 30mm.
mm80fazafz −=−=⇒−=−−
375.0zf' =−=β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
''z'f
'f'z'
β−=⇒−=β
fa'a'z
'aa
'zf' =⇒==γ
} mm40a'f'a'f −=
β−=⇒
mm30f'zmm40'fz
'N
N
==
−==
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
y = 20mm, a = -50mm, a' = -25mm i f = 30mm.
mm80z −=
mm40'f −=
mm30'zmm40z
'N
N
=
−=
F
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Izračunati vrednosti za β', f, f ', zH , z'H' , zN i z'N' koristeći poznate vrednosti: y = 20mm, y' = 60mm, z = 10mm i z' = -60mm.
3y'y' ==β
mm30z'fzf' −=β−=⇒−=β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm20''z'f
'f'z' =
β−=⇒−=β
mm30f'zmm20'fz
'N
N
−==
==
mm20'f'zmm30fz
'H
H
−=−==−=
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm30f −=
mm20'f =
mm20'zmm30z
'H
H
−==
y = 20mm, y' = 60mm, z = 10mm i z' = -60mm.
mm30'zmm20z
'N
N
−=
=
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Optičkim sistemom, žižnih daljina f = -50mm i f ' = 40mm, preslikan je tačkasti predmet P definisan koordinatama (30mm; -10mm; -60mm) koordinatnog sistema prve žiže. Odrediti: koordinate lika tačke P, poprečno uvećanje preslikavanja β', ugaono uvećanje preslikavanja γ' i uzdužno uvećanje preslikavanja α'.
mm33.8z
yf'y
mm25zxf'x
mm33.33z'ff'z
=−=
−=−=
==
( )mm33.33;mm33.8;mm25'P −⇒
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
555.0z'z'
5.1'f
z'
833.0zf'
=−=α
−==γ
−=−=β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Izračunati vrednosti za f, y', β', zN i z'N' koristeći poznate vrednosti: y = 20mm, a = -30mm, a' = -14.1mm i f ' = -25mm.
mm9.10'f'a'z'a'f'z =−=⇒=+
436.0'f'z' =−=β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm19.23'z'a
af'a
a'z
f' ==⇒==γ
mm19.23f'zmm25'fz
'N
N
==
−==
mm72.8y''yy'y' =β=⇒=β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm9.10'z =
mm19.23f =
mm19.23'zmm25z
'N
N
=
−=
y = 20mm, a = -30mm, a' = -14.1mm i f ' = -25mm.
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Određivanje položaja i veličine lika sukcesivnim preslikavanjima svakom od prelamajućih površina složenog optičkog sistema može se zameniti ekvivalentnim jednostrukim preslikavanjem ukoliko supoznate kardinalne tačke sistema kao celine.
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Osnovne postavke postupka određivanja kardinalnih tačaka sistema od dve prelamajuće površine su:
• žiža oblasti lika sistema poklapa se sa likom F'1, preslikane drugom prelamajućom površinom; ukoliko je upadni zrak paralelan sa osom, prva granična površina prelama ga ka žiži F'1, a ceo sistem, nakon prelamanja drugom graničnom površinom, ka žiži oblasti lika F';
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Osnovne postavke postupka određivanja kardinalnih tačaka sistema od dve prelamajuće površine su:
• geometrijsko produženje zraka upadnog zraka, koji je paralelan sa osom, i njegov pravac nakon prolaza kroz obe prelamajuće površine seku se u tački koja leži u glavnoj ravni oblasti lika sistema;
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Osnovne postavke postupka određivanja kardinalnih tačaka sistema od dve prelamajuće površine su:
• pravac zraka nakon prelamanja kroz drugu graničnu površinu određujemo uz pomoć paralelnog upadnog zraka kroz žižu F2: ovi paralelni zraci seku se u nekoj tački žižne ravni oblasti lika.
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Optička dužina tubusa t sistema koji se sastoji od dve prelamajuće površine je odstojanje žiže F2 od žiže F'1
211 f'f'et +−=
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Položaj glavne tačke oblasti objekta sistema H: t'efa 11
H1 =
Položaj glavne tačke oblasti lika sistema H': t'e'f'a 12
'H2 =
Kardinalne tačke sistema od dve prelamajuće površine
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Optička moć (optička jačina sočiva) za f ' = -f :'f
1'F =
Ukoliko se glavne ravni svih sočiva sistema poklapaju (sva sočiva su tanka i dodiruju se međusobno):
∑=
=n
1kk'F'F
Jednačina preslikavanja sistemom kod koga je f ' = -fOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
1'f
f'' =−=γβ
a'a
y'y' ==β
Jednačina preslikavanja sistemom kod koga je f ' = -fOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
'f1
a1
'a1
=−Gauss-ov oblik jednačine preslikavanja:
22
'a'a' β=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=α ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
β= 1
'1'fa ( )'1'f'a β−=
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Odrediti grafički parametre ekvivalentnog optičkog sistema: H, H', F, F', f ' = -f, N, N'.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Odrediti grafički parametre ekvivalentnog optičkog sistema: H, H', F, F', f ' = -f, N, N'.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Odrediti grafički parametre ekvivalentnog optičkog sistema: H, H', F, F', f ' = -f, N, N'.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
f'z'fz
f'f
'N
N
=⇒
=⇒−≠
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Primer: Odrediti grafički položaje glavnih ravni i žiža ekvivalentnog optičkog sistema.
Grafički postupak određivanja položaja i veličine likaOptički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Pošto je optički interval t = 0, glavne ravni i žiže ekvivalentnog sistema leže u beskonačnosti.
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Primer: Dva sočiva, žižnih daljina f1 = - f1’ = 55 mm, f2 = 40 mm i f2’ = -50 mm, čine složeni optički sistem. Rastojanje između glavne ravni oblasti lika prvog sočiva H'1 i glavne ravni objekta drugog sočiva H2 je e'1 = 115mm. Odrediti:
• koordinate lika tačkastog predmeta definisanog koordinatama (0, 20mm, 25mm) u koordinatnom sistemu žiže i preslikanog paraksijalnim zracima,
• poprečno uvećanje preslikavanja β',• ugaono uvećanje preslikavanja γ',• uzdužno uvećanje preslikavanja α'.
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm25zmm20y
mm0x
1
1
1
===
mm0zfx'x1
111 =−=
mm44zfy'y1
111 =−=
mm121z
f'f'z1
111 −==
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm221t'zzmm44'yy
mm0'xx
12
12
12
−=−=====
mm0z
fx'x2
222 =−=
mm96.7z
fy'y2
222 =−=
mm05.9z
f'f'z2
222 ==
mm100f'f'et 211 =+−=
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
mm5.57t
'e'f'a 12'H2 −==
mm25.63t'efa 11
H1 −==
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici
mm5.27t
'f'f'f 21 =−=
mm22tfff 21 −==
Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici
mm20yymm0xx
1
1
====
( ) mm25.55zffazffazz 11H11H11 =++−−=⇒−−−−=−
Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici
mm0zxf'x =−=
mm96.7zyf'y =−=
mm95.10zf'f'z −==
mmT20mm20mm5.27mm50mm5.57mm95.1005.9
'f'f'a'z'z 2'H22
=++−=+
+−=−
Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
198.0'''
009.2'f
z'
398.0y'y'
=γβ
=α
==γ
==β
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine likaPrimer: Rastojanje između sočiva dvočlanog variosistemaprikazanog na slici može da se podešava relativnim pomeranjemdrugog sočiva za vrednost ±d. Oba sočiva su tanka, žižnih daljina f'1= - f1 = -20 mm i f2’ = f2 = 50 mm, a optička dužina tubusa sistemaza d = 0 je t = 10mm. Odrediti:• ekvivalentnu žižnu daljinu sistema f ', kao funkcionalnu
zavisnost od parametara sistema i pomeranja d, i njenu vrednostza d = 0,
• položaj Gauss-ove ravni lika u odnosu na prvo sočivo (z1 = -œ), kao kao funkcionalnu zavisnost od parametara sistema i pomeranja d, i vrednost rastojanja x za d = 0,
• neophodna pomeranja prvog (d1) i drugog (d2) sočiva, kojaomogućavaju da Gauss-ova ravan lika ne menja položaj u komeje bila za d = 0, kao funkcionalnu zavisnost od parametarasistema i pomeranja d.
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
[ ]mmd10
1000dt
fff 21
+−=
+=
[ ]mmd10
1000dt'f'f'f 21
+=
+−=
mm100'f0d =⇒=
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
( )dtz2 +−=
[ ]mmd10
2500z
'ff'z2
222 +
==
( )
[ ]mmd10
2500d90x
'z'ffdt'fx 2221
+++=
++−++=
mm340x0d =⇒=
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
[ ]mmd10
2500d250d
xxd
1
0d1
+−−=
−= =
dddddd 1212 +=⇒−=
[ ]mmd10
2500250d2 +−=
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Primer: Žižna daljina tankih sočiva, kod kojih se glavne ravni H i H' međusobno poklapaju, može se odrediti i eksperimentalno. tzv, Bessel-ovom metodom. Pomeranjem sočiva između predmeta i zastora tražimo položaj u kome će sočivo formirati oštar likpredmeta na zastoru. Na osnovu izmerenih odstojanja sočiva odpredmeta i lika može se izračunati žižna daljina sočiva. Tačnostpostupka je ograničena mogućnošću vizuelne proceme maksimalneoštrine lika, a i zbog zanemarivanja debljine sočiva.
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
Ako su žižne daljine sočiva f ' = -f = 100mm, a rastojanje izmeđupredmeta i zastora je l = 1000mm, odrediti:• položaj sočiva u kome će formirati oštar lik predmeta na
zastoru i poprečno uvećanje preslikavanja,• najmanje rastojanje između predmeta i zastora koje omogućava
formiranje realnog lika na zastoru.
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
al'al'aa +=⇒=+−
( )al'f'fal
'a'f'f'aa
'f1
a1
'a1
−−+
=−
=⇒=−
0l'fala2 =++⇒
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −±−=−±−= 'f
4ll
2ll'f
4l
2la
2
2,1
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −±−=−±−= 'f
4ll
2ll'f
4l
2la
2
2,1
( )mm3.387500a 2,1 ±−=
Optički elementi u mehatronici Geometrijsko preslikavanje
Analitički postupak određivanja položaja i veličine lika
( )mm3.387500a 2,1 ±−=
mm3.887al'amm7.112a
11
1
=+=⇒−=
873.7a'a'1
11 −==β
Optički elementi u mehatronici
( )mm3.387500a 2,1 ±−=
mm7.112al'amm3.887a
22
2
=+=⇒−=
127.0a'a'2
22 −==β
Analitički postupak određivanja položaja i veličine likaGeometrijsko preslikavanje