บทที่ 4 ระบบ ทาง ทัศนศาสตร์พื้นฐาน

1. บทที่ 4 ระบบทางทัศนศาสตร์พื้นฐาน • เลนส์และกระจกโค้ง • กล้องโทรทรรศน์ • กล้องจุลทรรศน์ • ตา และ การเห็น • กล้องถ่ายรูป

2. Optical system s p แสงเชิงเรขาคณิต(Geometrical optics) ==> ระบบที่มีจุดคู่วัตถุ-ภาพ(S,P)เป็นแบบ 1-1 เรียกว่า Stigmatic system ==> จุดคู่วัตถุ-ภาพ(S,P) แลกที่กันได้เรียกว่า conjugation points

3. A n1 qi n2 qt R h fi fr fo I O V C so si การหักเหผ่านรอยต่อโค้งทรงกลม (Snell) D OAC D CAI

4. A n1 qi n2 qt R h fo I fi fr V O C so si Paraxial ray approximation ลำแสงจากจุดวัตถุตกลงบนผิวโค้งไม่ไกลจากแนวแกนมุข (ลำแสงทำมุมเล็กๆ)

5. A n1 qi qt fi fo R n2 fr O C I so si เราสามารถรวบเป็นสูตรเดียว สำหรับกรณีใดๆ โดยกำหนดเครื่องหมายให้ So Siและ R รังสีขาออกใน n2เป็นรังสีกระจายตัว เสมือนออกจาก “I” เรียกว่าเป็น ภาพเสมือน กรณีผิวโค้งเว้า h สามารถพิสูจน์ได้ว่า (ลองทำเป็นการบ้าน)

6. การกำหนดเครื่องหมาย

7. n1 Fo fo n2 n1 n2 Fi fi ลำแสงผ่าน Fo ( จุดโฟกัสวัตถุ) ผ่านผิวโค้งแล้วเป็นรังสีขนาน(ภาพที่อนันต์) (ระยะโฟกัสวัตถุ) ลำแสงขนาน(จากวัตถุที่อนันต์) ผ่านผิวโค้งแล้วรวมเป็นจุดที่ Fi -->จุดโฟกัสภาพ (ระยะโฟกัสภาพ

8. n1 n2 ภาพจริง1 s R1 การหักเหผ่าน เลนส์บาง so1 si1 วัตถุเสมือน2 n2 n1 R2 d so2 ภาพ2 si2

9. n2 n1 n1 s so fi si Fi Fo fo fo=fi=f สำหรับเลนส์บาง d --> 0

11. yi si yo Fo กำลังขยาย Fi so แนวตั้ง: + = ภาพจริงหัวกลับ แนวแกน:

13. การเกิดภาพจากเลนส์รวมแสงการเกิดภาพจากเลนส์รวมแสง ภาพจริง f 2f 2f f f 2f วัตถุจริง 2f f f f ภาพจริง วัตถุเสมือน f f วัตถุจริง ภาพเสมือน วัตถุจริง ภาพจริง

14. การเกิดภาพจากเลนส์กระจายแสงการเกิดภาพจากเลนส์กระจายแสง f f วัตถุจริง ภาพเสมือน f f วัตถุเสมือน ภาพเสมือน f f วัตถุเสมือน ภาพจริง

15. การเกิดภาพของเลนส์ประกอบการเกิดภาพของเลนส์ประกอบ f1 f1

16. ส่วนของตา n กระจกตา 1.37 น้ำตา 1.33 เยื่อเคลือบเลนส์ตา 1.38 เลนส์ตา 1.41 ของเหลวในกระบอกตา 1.33 ตาและการมองเห็น กระจกตา - โฟกัสภาพ - ระยะโฟกัสคงที่ เลนส์ตา - โฟกัสภาพ - ระยะโฟกัสปรับได้ ม่านตา -จำกัดปริมาณแสง เรตินา - จอรับภาพ,เปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณกระแสประสาท

17. ระยะจุดไกล <=> ระยะไกลสุดที่ตาโฟกัสภาพได้ชัด @ฅ ระยะจุดใกล้ <=> ระยะใกล้สุดที่ตาโฟกัสภาพได้ชัด @ 25cm

18. แว่นขยาย ภาพเสมือน วัตถุ 25 cm ภาพจริง So f แว่นขยาย • เป็นเลนส์นูนที่ถูกใช้งานในการเกิดภาพเสมือน กรณีแว่นชิดตา

19. กล้องจุลทรรศน์ • เลนส์ใกล้วัตถุขยายภาพจริงหัวกลับ • เลนส์ใกล้ตาขยายภาพเสมือนหัวตั้ง l sO1 fe fo So2 ภาพจริง1 วัตถุ 25cm. เลนส์ใกล้วัตถุ เลนส์ใกล้ตา optical tube length :l =160 mm และ fe << 25 cm ภาพเสมือน 2

21. Eyepieces Huygenian: เป็นเลนส์ประกอบคู่ของเลนส์นูนแกมระนาบที่หันผิวระนาบออกหาตา ช่วยแก้ความคลาดสีและลดโคมา ไม่สะดวกที่จะใช้กับ reticle เนื่องจากระนาบภาพ(image plane )อยู่ระหว่างเลนส์ ใช้กับกล้องราคาถูกRamsden:เป็นเลนส์ประกอบคู่ของเลนส์นูนแกมระนาบที่หันผิวระนาบออกจากกันและกัน แก้ความคลาดสีได้ไม่ดีนักเนื่องจากระนาบภาพอยู่นอกชุดเลนส์ แต่ใช้กับ reticle ได้สะดวก ถ้ามีฝุ่นเกาะเลนส์จะรบกวนการมอง Kellner:ปรับปรุงจาก Ramsdenโดยใช้เลนส์ achromat เพื่อแก้ความคลาดสี ให้ภาพที่คมชัดและสว่างสำหรับกำลังขยายปานกลางและต่ำแต่ ที่กำลังขยายสูงจะมีระยะ eye-relief ที่สั้น Orthoscopic:มีเลนส์ สามชิ้นปรับปรุงจากแบบ Kellnerfield ให้มีระยะ eye-relief ที่ยาวขึ้น

22. Objectives

23. กล้องโทรทรรศน์ Galilean Telescope

24. binoculars กล้องแบบตาเดี่ยว ความยาวกล้อง = fo+fe

25. กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนกล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อน -ราคาไม่แพง -ทำได้ง่ายไม่ขึ้นกับชนิดวัสดุมากนัก -ลดความคลาดสีไปได้มาก -ตัวกล้องทำได้สั้นกว่า -หน้ากล้องใหญ่ Newtonians

26. Schmidt-Cassegrain Telescopes (SCT) มี Schmidt correction plat หน้ากล้องช่วยลด ความคลาดที่มาจากการใช้กระจกทรงกลม Cassegrain Reflectors สะท้อนลำแสง ให้อยู่ในแนวยาวของตัวกล้อง ง่ายต่อการเล็งเป้าหมาย Maksutov-Cassegrain Telescopes Klevsov-Cassegrain http://www.spacegazer.com/cassegrains-g.asp

27. กล้องถ่ายรูป

28. กล้องแบบ Single-Lens Reflex ใช้ปริซึม Penta และกระจกสะท้อน ช่วยเบนแนวลำแสงจากหน้ากล้องให้ ออกสู่ช่องเล็งภาพ (View finder) ภาพที่ เห็นจะเป็นภาพที่เหมือน กันกับที่จะไปตกบนฟิล์ม

29. เลนส์กล้องถ่ายรูป 1. เลนส์มาตรฐาน สำหรับ กล้อง SLR 35 มม. มีความยาวโฟกัสประมาณ 50 มม. ใช้ถ่ายภาพที่มีขอบเขตมุมมองคล้ายกับที่เห็นผ่านสายตาระยะปกติ 2. เลนส์มุมกว้าง( wide angle) มีความยาวโฟกัสน้อยกว่า 50 มม. (ปกติประมาณ 28 มม.) เก็บภาพที่มีขอบเขตการมองกว้างขึ้นแต่ขนาดสิ่งต่างๆจะเล็กลง รูปร่างจะผิดเพี้ยนสำหรับวัตถุใกล้กล้อง 3. เลนส์ภาพระยะไกล( telephoto) มีความยาวโฟกัสในช่วง 60 ถึง 1000มม. ขยายภาพของวัตถุเป้าหมายและลดขอบเขตการเห็น มิติของภาพจะดูแบนลงกว่าเลนส์มาตรฐาน

30. เลนส์ Telephoto สามารถแปรเปลี่ยนความยาวโฟกัส ให้ภาพจากวัตถุระยะต่างๆไปตกบนฟิล์ม ได้พอดี เลนส์เทเลโฟโตอย่างง่ายใช้ หลักการเดียวกับกล้อง โทรทรรศน์แบบกาลิเลโอ Gullstrand's Equation

31. เลนส์เทเลโฟโตซูม True Zoom Telephoto Lens สามารถแปรความยาวโฟกัสได้ โดยที่ความยาวกระบอกเลนส์คงเดิม และเกิดภาพตกบนฟิล์มตลอดเวลา ที่ปรับเปลี่ยนโฟกัส

32. Br Ag Br Ag+ Ag Br Br Ag+ Ag Br Ag+ Br ฟิล์มถ่ายภาพ ประกอบด้วยผลึกเล็กๆ ไวแสง ของเกลือเงินเฮไลด์ (เช่น AgBr) เรียกว่า “grain” แขวนลอยในโครงข่ายเจลาตินมักเรียกว่า “emulsion,” ซึ่งถูกฉาบบนผิวเซลลูลอยด์ หรือบนแผ่นกระจก ขณะพลังงานแสงตกลงบนผลึกไวแสง จะเกิดปฏิกิริยาผลิตเงินอิสระภายในเกรนดังนี้ Ag+Br- (Crystal) + hn (radiation) --> Ag+ + Br +e- Ag++ e- --> Ag ฟิล์มที่มีภาพแฝงอยู่ ฟิล์มใหม่ ขณะฟิล์มรับแสง

33. Br Ag Ag Ag Ag Br Ag Ag Ag Ag Br Ag กระบวนการล้างฟิล์ม ฟิล์มขณะถูก developer ฟิล์มหลังถูก fixer ฟิล์มที่มีภาพแฝงอยู่

34. การเห็นภาพสามมิติ(stereogram)การเห็นภาพสามมิติ(stereogram) ตาทั้งสองข้าง(ห่างกัน~ 2.5 นิ้ว) เห็นภาพในมุมต่างกันเล็กน้อย สมองจะแปลความหมายเป็นความใกล้ไกลของวัตถุ

35. การถ่ายภาพสเตอริโอ a) กล้องเดี่ยวถ่าย 2ครั้ง c) กล้องคู่ถ่ายพร้อมกัน b) กล้องเดี่ยวเลนส์คู่ d) กล้องเดี่ยวสลับเลนส์ e) อุปกรณ์แตกลำแสง

36. การดูภาพสเตอรีโอ โดย Anaglyph technique ภาพสำหรับตาแต่ละข้างจะถูกปรับให้เป็นสีสองสี(น้ำเงินและแดง) จะต้องมองผ่านแว่นที่เป็นแผ่นกรองสีทั้งสองสีเช่นกัน ภาพแต่ละสีจะเห็นได้จากแว่นตาแต่ละข้าง ทำให้เห็นเป็นภาพผลลัพธ์ที่มีความลึก ข้อดีคือ อุปกรณ์ช่วยดูมีราคาถูก ทำให้เห็นสามมิติได้ง่าย แต่ไม่เหมาะกับภาพที่มีหลายสี A A A A A A A A A A

37. เทคนิคสำหรับการดูภาพสเตอรีโอเทคนิคสำหรับการดูภาพสเตอรีโอ Stereo Pairs (stereoscope: separate display for each eye) Shutter glasses (most common method) Color filter glasses (used in some old 3D movies) Polarizing glasses (used in some modern 3D movies)

40. การดูภาพสเตอริโอตาเปล่าโดยวิธี Parallel view ภาพจากทั้งสองตาจะวางห่างกันไม่เกิน 6.5 cm . ศีรษะผู้มองตั้งดิ่งและพยายามมองผ่านภาพแต่ให้ตาโฟกัสเหมือนวัตถุอยู่ที่ระยะไกล เป็นวิธีที่ไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์ช่วยมอง แต่ค่อนข้างยากในการเห็นภาพครั้งแรกเนื่องจากสมองจะพยายามโฟกัสภาพที่ใกล้ให้ชัด และจำกัดขนาดภาพอยู่ที่ 6.5 cm .

41. การดูภาพสเตอริโอตาเปล่าโดยวิธี Cross-eyed view ภาพจากทั้งสองข้างวางห่างได้มากกว่า 6.5 cm ผู้มองจะต้องมองผ่านภาพแต่เพ่งที่ระยะไกล เป็นอีกวิธีที่ไม่ต้องอาศัยอุปกรณ์ช่วยมอง จะง่ายกว่าแบบ Parallell