Aparate optice. Probleme rezolvate in domeniul ideal, paraxial si real

DESPRE CARTE

Lucrarea prezinta o colectie de probleme intalnite frecvent la disciplinele aparatelor optice.

Problemele au rezolvarea completa pentru a intelege usor aplicarea formulelor specifice din optica aplicata. Pentru un ajutor suplimentar, in anexa 1 a lucrarii se prezinta o colectie de formule din optica paraxiala, pentru a scuti cursantul sa mai caute o anumita relatie in cartile disponibile. Tot pentru un ajutor suplimentar, legat de definitia unor marimi optice si a unor caracteristici de aparate optice, in anexa 2 se gaseste o colectie de intrebari cu raspunsuri, iar in anexa 3 se gasesc toate formulele matematice necesare in optica geometrica.

In orice problema de optica se folosesc marimile denumite generic caracteristicile paraxiale. Desigur ca pentru o anumita problema nu avem nevoie de toate aceste marimi. Cu siguranta puterea respectiv distanta focala imagine sunt intotdeauna folosite. Pentru calculele rapide de gabarit se poate simplifica foarte mult calculul daca neglijam grosimea la centru, adica suntem in domeniul lentilelor infinit subtiri.

In mod curent, la calcule, se vor utiliza si formulele lui Gauss, respectiv formula lui Newton. Aceste formule fiind legate de punctele principale, respectiv de punctele focale, au caracter general si se aplica pentru orice sistem optic. De asemenea, intotdeauna se utilizeaza formulele maririlor optice.

Observatie:

In domeniul ingineresc marimile geometrice sunt exprimate in milimetri. In domeniul oftalmologiei unitatea de putere este dioptria care reprezinta puterea unei lentile cu focala de un metru. Pentru a corela aceste marimi, trebuie sa exprimam marimile constructive ale lentilei in metri sau, daca aceste marimi sunt exprimate in milimetri, sa inmultim rezultatul cu 1000.

Lucrarea prezinta si probleme de analiza si sinteza avansata a sistemelor optice care apeleaza la tehnici matematice complexe cum ar fi optimizarea. Datorita gradului ridicat de complexitate, acestea nu pot fi rezolvate clasic, prin calcul direct cu mana. Se recomanda elaborarea unor programe de calcul automat sau apelarea la unele programe gata facute de firme specializate, care sa fie capabile de calcul iterativ complex. Aceste probleme au scopul unui etalon de verificare pentru problemele in cauza, astfel incat, dupa ce avem certitudinea rezultatelor corecte, sa le folosim si pentru rezolvarea altor probleme.

Problemele din capitolul „Probleme rezolvate la disciplina Modelarea Sistemului Vizual“ au fost elaborate ca o extensie a opticii aplicate pentru sisteme optice biologice. Astfel se arata ca toate formulele din optica tehnica pot fi folosite in asemenea situatii daca completam setul de formule cunoscute cu formulele specifice ochiul uman (suprafata imagine este sfera, ochiul uman imbatraneste, iar focalizarea se face prin modificarea parametrilor constructivi ai cristalinului).

Lucrarea de fata este destinata pregatirii studentilor din anul I, II, III si IV – licenta optometrie – si studentilor din anul I si II – master optometrie avansata, dar poate fi studiata si de absolventii unei forme de invatamant superior, interesati de optica tehnica sau cei interesati de proiectarea si functionarea aparatelor optice.

De asemenea, lucrarea poate fi utila studentilor sau absolventilor din domeniul fizicii, dornici sa cunoasca si optica inginereasca de analiza si sinteza a componentelor aparatelor optice. In acest sens o problema interesanta ar fi interactiunea dintre energie si materie, din domeniul fizicii Laserilor de mare putere.

Lucrarea poate fi abordata si de studentii sau absolventii unor forme de invatamant superior din domeniul matematic pentru a cerceta noi metode de optimizare, in afara celor consacrate din domeniul ingineresc, promovate in aceasta lucrare.

In domeniul matematic o problema de mare complexitate poate fi atasarea la relatiile din calculul probabilitatilor, care, pe baza experientelor capatate la fiecare proiectare, sa anticipeze limitele la care se poate ajunge, avand in vedere ca optimizarea unui sistem optic complex consuma foarte mult timp (de multe ori saptamani sau chiar luni de zile) si se bazeaza pe foarte multe reluari cu conditii initiale schimbate care au la baza numai experienta proiectantului. Cu alte cuvinte, sa facem ca programul de optimizare sa invete din propria experienta.

CUPRINS

Prefata / 11

A. Probleme rezolvate in optica ideala / 18

B. Probleme rezolvate in optica paraxiala / 26

C. Probleme rezolvate in dioptrica de ordinul III / 41

D. Probleme rezolvate in optica extra-paraxiala / 69

E. Probleme rezolvate la disciplina Modelarea Sistemului Vizual / 100

F. Probleme rezolvate pentru testarea realizarii graficelor aberatiilor optice / 113

Anexa 1 / 125

Anexa 2 / 212

Anexa 3 / 223

Anexa 4 / 239

Bibliografie / 254

DESPRE AUTOR

DANIEL BACESCU este profesor universitar dr. ing. la Universitatea Politehnica din Bucuresti, departamentul de Mecatronica si Mecanica de Precizie.

A urmat cursurile Facultatii de Mecanica, Sectia de Mecanica Fina, specializarea Aparate Optice.

In anul 1996 a sustinut teza de doctorat Constructia si perfectionarea obiectivelor sistemelor optice de masurare si a obtinut titlul stiintific de doctor inginer.

Publicatii: 4 carti, 4 indrumare de laborator, 67 articole, 9 inventii, 2 inovatii, 12 contracte de cercetare stiintifica.

Programe de calcul automat in domeniul Opticii Aplicate prin intermediul carora a finalizat proiecte de cercetare din tara si din strainatate, proiecte care au permis initierea unor capitole noi in domeniul aparatelor optice.

Diploma si medalia de argint la Salonul International de Inventii de la Geneva 2002, pentru participare la brevetul Capteur optoelectronique pour l’identification de direction d’un axe, in calitate de coautor.

Diploma de excelenta si Premiul III la TIB 2003 – Salonul CONRO (Conceput in Romania) pentru modelul functional al proiectului Echipament optoelectronic pentru urmarirea si comanda adaptiva a unor miniroboti, realizat in cadrul PNCDI – programul INVENT.

Este membru fondator al Asociatiei de Mecanica Fina si Optica din Romania (AMFOR) din anul 1990; membru fondator al Clubului Inventatorilor din Politehnica, din anul 1991; membru al Societatii Romane de Mecatronica (SROMECA) din anul 1998.