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

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.