Oko

Report
POMIARY
OPTYCZNE 1
{ 4. Oko
Damian Siedlecki
Oko ma kształt kuli o średnicy ok. 24 mm.
a – twardówka; b – rogówka; c – soczewka oczna (dwuwypukła) zbudowana
z materiału o zmiennym współczynniku załamania, średnio równym ok. 1.43;
d - ciało szkliste; e -tęczówka z otworem źrenicy; f – siatkówka; g – żółta
plamka; h – plamka ślepa i nerw wzrokowy.
Oko - budowa
Układ optyczny oka składa się z czterech powierzchni załamujących.
Uproszczony schemat optyczny oka:
Zdolność zbierająca soczewki ocznej
ok. 20 dioptrii, a rogówki – ok. 40 dioptrii.
Oko - optyka
standardowego
oka
wynosi
 ′ ≈ 22.8mm
 ≈ −17.5mm
 ≈ 1.35mm
′ ≈ 1.6mm
Oko ma zdolność akomodacji.
Oko niezakomodowane przystosowane jest do obserwacji
przedmiotów w nieskończoności. Akomodacja pozwala zdrowemu,
młodemu oku obserwować przedmioty od nieskończoności do ok. 10
cm. Najmniejsza odległość, przy której oko nie odczuwa zmęczenia
mięśni napinających soczewkę nazywa się odległością dobrego
widzenia – D=25 cm.
Oko - akomodacja
Oko miarowe:
Dalekowzroczność – wada, polegająca na tym, ze długość gałki ocznej jest za
mała w stosunku do zdolności zbierającej nieakomodującego oka.
Oko – wady wzroku
Dalekowzroczność c.d.:
Korekcja dalekowzroczności
Oko – wady wzroku
Oko miarowe:
Krótkowzroczność – wada, polegająca na tym, ze długość gałki ocznej jest za
duża w stosunku do zdolności zbierającej nieakomodującego oka.
Oko – wady wzroku
Krótkowzroczność c.d.:
Korekcja krótkowzroczności
Oko – wady wzroku
Starczowzroczność (presbyopia)
– z wiekiem soczewka traci elastyczność, maleje siła mięśni
akomodujących, więc zmniejsza się zakres akomodacji oka.
Oko
Siatkówka jest detektorem światła. Zbudowana jest z komórek
światłoczułych zwanych czopkami i pręcikami, połączonych poprzez
nerwy wzrokowe z ośrodkiem widzenia w mózgu.
Czułość pręcików jest kilkadziesiąt tysięcy razy większa od czułości
czopków. Czułość zarówno czopków, jak i pręcików, zależy od długości
fali odbieranego promieniowania.
Oko - siatkówka
A - plamka żółta;
B – obszary peryferyjne;
C - zagłębienie tarczy nerwu
wzrokowego (plamka ślepa);
D - naczynia siatkówki.
Oko - siatkówka
Pręciki:
odpowiedzialne za widzenie nocne (skotopowe; przy
poziomie oświetlenia poniżej 0,01 lx);
jest ich około 120 mln na siatkówce oka, mają długość około 60 µm i
szerokość 2 µm;
znajdują się na obrzeżach siatkówki (widzenie peryferyjne);
niewrażliwe na barwy.
Oko - pręciki
Czopki: odpowiedzialne za widzenie dzienne (fotopowe; przy
poziomie oświetlenia powyżej 30lx);
liczba czopków na siatkówce jednego oka to około 6 mln; ich szerokość
wynosi 4 µm, a długość 40 µm;
znajdują się głównie wewnątrz dołka środkowego (plamki żółtej),
gdzie ich zagęszczenie wynosi około 200 000/mm2, poza dołkiem jest
ich mniej;
W dołku środkowym:
Poza dołkiem środkowym:
pręciki
czopki
Oko - czopki
Oko – czopki i pręciki
Rozróżnia się trzy rodzaje czopków reagujące na różne długości
promieniowania widzialnego:
- typu L – 64 % czopków; (Long, Protos)
- typu M- 32 % czopków; (Medium, Deutos)
- typu S- 4% czopków; (Short, Tritos).
Oko - czopki
Oko - siatkówka
Oko, patrząc na dwa przedmioty, rozróżnia je jako dwa punkty pod
warunkiem, że widzi je pod wystarczająco dużym kątem. Graniczna wartość
kąta zdolności rozdzielczej zależy od indywidualnych własności oka
obserwatora, wielkości czynnej źrenicy oka, rodzaju obserwowanych
przedmiotów, ich oświetlenia i kontrastu. Wynosi ona średnio 60” (sekund) –
inaczej 1’ (minuta).
ℎ ℎ′
= =
, co dla  = 25cm daje ℎ = 73μm
 ′
(13.5 linii/mm)
ℎ′ =  ′ tg1′ ≈ 6μm
tg 1′
Oko – zdolność rozdzielcza
Przy normalnej, długotrwałej pracy oka, jego zdolność rozdzielczą (wyrażoną
w minutach) można przybliżyć wzorem empirycznym:
=
1
0,62 −
0,13

źródło: Hanc
gdzie dz jest średnicą czynną źrenicy oka, wyrażoną w milimetrach.
Przy zbyt słabym lub zbyt silnym oświetleniu
pogarsza się.
zdolność rozdzielcza oka
Oko – zdolność rozdzielcza
Pokrywając końce dwóch kresek pomiarowych (o jednakowej grubości) tak,
aby jedna była przedłużeniem drugiej, nie popełnia się błędu większego niż
10-15”. Z odległości dobrego widzenia D=250 mm odpowiada to niezgodności
ok. 0,02 mm.
Oko – zdolność rozdzielcza
Przy wprowadzaniu pojedynczej kreski pomiarowej pomiędzy dwie kreski
tzw. bisektora odchylenie to jest mniejsze i wynosi ok. 6-10” od symetrycznego
ustawienia kreski między kreskami bisektora. Podobna dokładność
otrzymamy przy naprowadzaniu pojedynczej kreski na szczelinę lub
pojedynczej kreski na skrzyżowanie kresek w ten sposób, że pojedyncza
kreska stanowi dwusieczna kąta między skrzyżowanymi kreskami.
Oko – zdolność rozdzielcza
Jeśli oko patrzy przez lunetę o powiększeniu  wówczas zdolność
rozdzielcza układu oko-luneta (o ile nie nastąpi jej pogorszenie na
wskutek dyfrakcji na oprawie obiektywu lunety) wynosi:

Φ=
Γ
W przestrzeni przedmiotowej mikroskopu lub lupy o powiększeniu ,
liniowa zdolność rozdzielcza (wyrażona w mm) wynosi:
 ≈ 73 ∙
10−3

Γ
Oko – zdolność rozdzielcza
Oko jest bardzo czułym odbiornikiem energii świetlnej, lecz pełną
wrażliwość na światło osiąga dopiero przy przystosowaniu się czyli
adaptacji do warunków oświetlenia.
Przy przejściu z ciemności do jasno oświetlonej przestrzeni oko adaptuje się
stosunkowo szybko.
Przy przejściu odwrotnym, dla pełnej adaptacji oka na ciemność potrzebny jest
czas ok. 40-50 minut, aby wypoczęte oko reagowało na porcje energii światła
żółtozielonego.
Przy obserwacji przez przyrządy optyczne, oko zwykle jest adaptowane „na
jasność”. W tym przypadku graniczne kątowe wymiary ciemnej kreski
pomiarowej zauważalne na dobrze oświetlonym tle wynoszą:
DŁUGOŚĆ x SZEROKOŚĆ = 0,5” x 1°
(z odległości dobrego widzenia odpowiada to 0,6 μm x 4,4 mm – ale w
praktyce szerokość kresek podziałki jest wielokrotnie większa)
Oko - adaptacja
Dużą rolę w pomiarach fotometrycznych gra odczuwanie
kontrastów przez oko.
Przy obserwacji dwóch stykających się, niejednakowo oświetlonych
pól, oko odczuwa względną różnicę oświetleń. Dla typowego
oświetlenia pola pomiarowego (50-250 luksów) oko wyczuje różnicę
jasności około 1% (przy ostrej granicy porównywalnych pól, nawet do
0,5%).
Oko – poczucie kontrastu
Przy pomiarach wielkości ogniskowanych na różne płaszczyzny duży wpływ
na dokładność pomiarów ma akomodacja oka.
W zdrowym, miarowym oku, przy rozluźnionej akomodacji, na siatkówce
tworzą się obrazy dalekich przedmiotów, zaś bliskie tworzą obrazy
niewyraźne.
Aby widzieć ostro przedmioty leżące blisko, oko musi akomodować. Przed
każdym okiem leży punkt najbliższy, który oko jeszcze wyraźnie widzi – tzw.
punkt bliski oka. Punkt ten oddala się z wiekiem; w wieku 20, 30, 40, 50 i 60
lat wynosi on odpowiednio: 0,1 m, 0,14 m, 0,22 m, 0,4 m, 2 m.
Gdy przedmiot znajduje się zbyt blisko, oko męczy się prędko. Zaleca się
patrzeć z odległości nie mniejszej niż 250 mm, która to odległość
znormalizowano i nazwano odległością dobrego widzenia.
Oko – poczucie kontrastu
Siatkówka oka składa się z oddzielnych komórek, będących elementami
światłoczułymi. Ostrość widzenia punktu nie zostaje naruszona nawet wtedy,
gdy obraz tego punktu powstaje nie na samej siatkówce, lecz przed lub za nią,
jeśli tylko wymiary plamki dyfrakcyjnej nie przekraczają wymiarów elementu
światłoczułego oka (czopka lub pręcika).
http://www.fotoporadnik.pl/glebia-ostrosci-zaaw-en.html
Oko – głębia ostrości
Oko – głębia ostrości
{
Kolimatory
Kolimator – przyrząd przetwarzający padające światło w równoległą
wiązkę (skolimowaną) lub w wiązkę o określonej zbieżności. Padający
strumień może być rozbieżny, zbieżny lub może nie mieć ustalonej
zbieżności. Kolimator jest zwykle częścią składową większych
przyrządów.
(Wikipedia)
Kolimator – instrument optyczny tworzący obrazy punktów lub
testów w bardzo dużej odległości; używa się ich do pomiaru i kontroli
charakterystyk różnych przyrządów optycznych. Składa się on z
bardzo dobrze skorygowanego, długoogniskowego obiektywu, w
którego płaszczyźnie ogniskowej przedmiotowej znajduje się płytka
ogniskowa.
(Hanc)
Kolimator
Kolimator składa się z bardzo dobrze skorygowanego,
długoogniskowego obiektywu Ob, w którego płaszczyźnie ogniskowej
przedmiotowej znajduje się płytka ogniskowa Pk. Oba te elementy w
najprostszym przypadku znajdują się w rurze, przy czym oprawa
płytki ogniskowej może być przesuwana w płaszczyźnie prostopadłej
do osi kolimatora.
Kolimator
Oświetlacz zapewnia równomierne oświetlenie płytki ogniskowej.
Składa się on najczęściej z dwóch płasko-wypukłych soczewek,
zwróconych do siebie wypukłościami (kondensor). Soczewki te
powinny znajdować się jak najbliżej płytki ogniskowej
(Zwrócić uwagę na umieszczenie oprawy obiektywu na przesuwnym gwincie – po co?)
Kolimator
Jeśli nie stosujemy oświetlacza, to rurę kolimatora można zamknąć
matówką. Zamiast matówki można nałożyć na kolimator okular,
nastawiony na ostre widzenie płytki ogniskowej (po co?).
Rysunek płytki ogniskowej ustawia się w jego płaszczyźnie ogniskowej
z dokładnością nie mniejszą niż 0,001 dioptrii (bo tak).
Kolimator
Rysunek
płytki
ogniskowej
kolimatora wykonuje się zwykle
metodą fotograficzną lub przez
rysowanie na warstwie srebra i
trawienie kwasem lub też
napylanie
(chromem)
w
aparaturze próżniowej.
Kolimator
Obiektywy kolimatorów muszą być doskonale skorygowane (na korekcję
jakich aberracji należy zwrócić szczególna uwagę?), a ich zdolność rozdzielcza
w zakresie wykorzystywanego pola powinna być równa teoretycznej.
Dla niewielkiego pola widzenia (2-3) używane są na ogół dwusoczewkowe
obiektywy aplanatyczne* o sile światła od 1:12 do 1:8 i o ogniskowej 300, 1200 i
1500 mm.
Mimo niewielkiego pola widzenia kolimatora należy zwrócić uwagę na dobre
skorygowanie krzywizny pola, która może być źródłem paralaksy na brzegu
pola.
Ogólną zasadą, która kierujemy się przy wyborze obiektywu kolimatora jest
konieczność stosowania obiektywu o dłuższej ogniskowej niż ogniskowa
obiektywu przyrządu sprawdzanego przy użyciu kolimatora. Im dłuższa
ogniskowa obiektywu, tym „lepszą nieskończoność” daje kolimator.
Kolimator
* Aplanat – obiektyw fotograficzny opracowany w 1866 roku w
zakładach Carl August Steinheil & Söhne w Monachium, składał się
z dwóch dubletów achromatycznych ustawionych symetrycznie
wobec apertury. Jego projektantem był Hugo Adolf Steinheil.
Użycie
dwóch
symetrycznych
dubletów
pozwoliło
na
wyeliminowanie większości wad optycznych (aberracja sferyczna,
aberracja chromatyczna, koma i dystorsja).
Specjalny rodzaj kolimatorów: szerokokątne
(pole widzenia 2w=30-45). Kolimatorów tych
używa się do:
- pomiarów kąta pola widzenia lunet;
- sprawdzania mechanizmów pomiaru kąta w
przyrządach celowniczych;
- sprawdzania „martwych” ruchów
przyrządach celowniczych;
- sprawdzania kątowej wartości działek w
tychże przyrządach.
Kolimatory te muszą mieć bardzo dobrze
skorygowane wszystkie aberracje osiowe i
pozaosiowe (w szczególności dystorsję,
krzywiznę pola i astygmatyzm).
Kolimator
Ustawianie kolimatorów „na nieskończoność”:
1) Autokolimacja (patrz: lunety autokolimacyjne);
2) Obserwacja bardzo dalekiego punktu;
3) Metoda pentagonu i lunety;
4) Metoda trzech kolimatorów.
Można pokazać, że dokładność
ustawienia
kolimatora
„na
nieskończoność” zależy od wielkości
A apertury jego obiektywu:
2
Δ′ = 2
6
Kolimator
Ad. 3) Stosowana do ustawiania
kolimatorów o dużej średnicy.

similar documents