Názov objektívu zaostrenia. Geometrická optika. Priebeh lúčov cez šošovku

Najväčšou hodnotou pre optometriu je priechod svetla cez šošovky. Objektív je teleso vyrobené z priehľadného materiálu, ohraničené dvoma refraktormi, z ktorých aspoň jeden je povrch rotácie.

Zvážte najjednoduchší objektív - tenký, obmedzený na jeden guľový a jeden rovný povrch. Tento objektív sa nazýva sférický. Je to segment vyrezaný zo sklenenej gule. Linka AO, ktorá spája stred gule so stredom šošovky, sa nazýva jeho optická os. Na tomto úseku môže byť takáto šošovka zobrazená ako pyramída vytvorená z malých hranolov s rastúcim uhlom na vrchole.

Kde D je refrakčná sila šošovky, dioptér; f - ohnisková vzdialenosť, m;

Refrakčný výkon šošovky sa meria v dioptriách. Toto je základná jednotka v optometrii. Refrakčný výkon šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 m sa považuje za 1 dioptrický dioptr (D, dioptér). Objektív s ohniskovou vzdialenosťou 0,5 m má preto refrakčný výkon 2,0 dioptrií, dioptrium 2 m až 0,5 atď. konvexné šošovky majú pozitívnu hodnotu, konkávne - negatívne.

Nielen lúče paralelné s optickou osou, prechádzajúce konvexnou sférickou šošovkou, sa zbiehajú v jednom bode. Lúče vychádzajúce z akéhokoľvek bodu vľavo od objektívu (nie bližšie ako ohnisko) sa zbiehajú do iného bodu napravo od neho. Kvôli tomu má sférická šošovka vlastnosť tvoriť obrazy objektov.

Činnosť sférických šošoviek sa nazýva stigmatický (z gréckeho - bodu), pretože tvoria obraz bodu v priestore ako bod.

Nasledujúce typy šošoviek sú valcovité a torické. Konvexná cylindrická šošovka má tendenciu zhromažďovať lúč paralelných lúčov, ktoré na ňu padajú, v priamke rovnobežnej s osou valca. Priamy F1F2 analógom s ohniskom sférickej šošovky sa nazýva ohnisková línia.

Komplikovanejšia je šošovka s torickým povrchom, ktorá sa vytvorí, keď sa kruh alebo oblúk otáča s polomerom r okolo osi. Polomer otáčania R sa nerovná polomeru r.

Yu.Z. Rosenblum

Fulltextové vyhľadávanie:

Hlavná stránka\u003e Abstrakt\u003e Fyzika

Typy šošoviek

odraz   alom svetla   Svetlo sa používa na zmenu smeru lúčov alebo, ako sa hovorí, na ovládanie svetelných lúčov. Na základe toho sa vytvorilo špeciálneoptické prístroje ako je zväčšovacie sklo, teleskop, mikroskop, fotoaparát a iné. Hlavnou časťou väčšiny z nich ješošovka , Napríkladokuliare   - Sú to šošovky zabalené do rámčeka. Už tento príklad ukazuje, aké dôležité je používanie šošoviek pre osobu.

Napríklad na prvom obrázku banky, ako ju vidíme v živote,

a na druhom, ak sa pozrieme na to lupou (ten istý objektív).

V optike najčastejšie používané sférické šošovky, Takéto šošovky sú telesá vyrobené z optického alebo organického skla, ohraničené dvoma sférickými povrchmi.

Objektívy sa nazývajú priehľadné telesá, ohraničené na oboch stranách zakrivenými povrchmi (konvexnými alebo konkávnymi). Rovná čiaraABprechádzajúce stredmi C1 a C2 sférických povrchov ohraničujúcich šošovku sa nazýva optická os.

Tento obrázok znázorňuje priečny rez dvoch šošoviek so stredmi v bode O. Vyzve sa prvý objektív znázornený na obrázku reliéf, druhý - konkávne, Bod O, ktorý leží na optickej osi v strede týchto šošoviek, sa nazýva optický stredový objektív.

Jeden z dvoch obmedzujúcich plôch môže byť plochý.

C

ľavý objektív - konvexný,

vpravo - konkávne.

Budeme brať do úvahy iba sférické šošovky, to znamená šošovky ohraničené dvomi sférickými (sférickými) povrchmi.
Šošovky ohraničené dvoma konvexnými povrchmi sa nazývajú lentikulárne; šošovky ohraničené dvoma konkávnymi povrchmi sa nazývajú bikonkave.

Smerovanie lúčov lúčov paralelných s hlavnou optickou osou šošovky na konvexnú šošovku uvidíme, že po lomu v šošovke sa tieto lúče zhromažďujú v bode nazvanom hlavné zameranie  šošovky

- bod F Existujú dve hlavné zamerania objektívu, na oboch stranách v rovnakej vzdialenosti od optického stredu. Ak je svetelný zdroj zaostrený, potom po odrazení objektívu budú lúče paralelné s hlavnou optickou osou. Každý objektív má dve miesta - jednu na každej strane objektívu. Vzdialenosť od objektívu až po jeho zaostrenie sa nazýva ohnisková vzdialenosť objektívu.
Presmerujme lúč rozdielnych lúčov z bodového zdroja ležiaceho na optickej osi na konvexnú šošovku. Ak je vzdialenosť od zdroja k šošovke väčšia ako ohnisková vzdialenosť, potom lúče po lomu v šošovke prekročia optickú os objektívu v jednom bode. V dôsledku toho konvexná šošovka zhromažďuje lúče pochádzajúce zo zdrojov umiestnených vo vzdialenosti väčšej ako je ich ohniská vzdialenosť od šošovky. Preto sa konvexná šošovka inak nazýva zber.
Pri prechode lúčov cez konkávnu šošovku je pozorovaný iný obraz.
Nech je lúč lúčov paralelný s optickou osou, na šikmom šošovke. Všimnime si, že lúče z objektívu vychádzajú z divergentného lúča. Ak sa tento rozdielny lúč lúča dostane do oka, pozorovateľ bude cítiť, že lúče vychádzajú z boduF.Tento bod sa nazýva pomyselné zaostrenie bikonkavej šošovky. Takáto šošovka môže byť nazývaná difúzia.

Obrázok 63 vysvetľuje pôsobenie zberu a rozptýlenia šošoviek. Objekty môžu byť reprezentované ako veľké množstvo hranolov. Keďže hranoly vychýlia lúče, ako je to znázornené na obrázkoch, je zrejmé, že šošovky so zhrubnutím uprostred zhromažďujú lúče a šošovky so zahusťovaním na okrajoch ich rozptýlia. Stred šošovky pôsobí ako rovinná rovnobežná doska: nevychyľuje lúče ani v zbernom, ani v rozptyľovacom objekte

Na výkresoch sú zberné šošovky označené ako na obrázku na ľavej strane a rozptýlené šošovky - na obrázku vpravo.

Medzi konvexné šošovky sú rozlíšené: bikonvexné, plocho-konvexné a konkávne konvexné (na obrázku). Pri všetkých konvexných šošovkách je stred rezu širší ako okraje. Tieto šošovky sú volané zber.

C medzi konkávnymi čočkami sú bikonkave, ploché konkávne a konvexne konkávne (na obr.). Všetky konkávne šošovky majú stredný úsek užší ako okraje. Tieto šošovky sú volané rozptyl.

Svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré vníma oko vizuálnym vnemom.

Zákon priamočiarého šírenia svetla: svetlo v jednotnom prostredí sa šíri priamo

Svetelný zdroj, ktorého rozmery sú malé v porovnaní s vzdialenosťou od obrazovky, sa nazýva bodový zdroj svetla.

Prídavný lúč a odrazený lúč sa nachádzajú v rovnakej rovine s kolmicou obnovenou na odrazovej ploche v bode výskytu. Uhol dopadu sa rovná uhle odrazu.

Ak sa bodový objekt a jeho odraz zmenia, priebeh lúčov sa nezmení, mení sa len ich smer.

Zrkadlový odrazový povrch sa nazýva ploché zrkadlo, ak lúč paralelných lúčov dopadajúci na ňu po odrazení zostáva rovnobežný.

Objektív, ktorého hrúbka je oveľa menšia ako polomer zakrivenia jeho povrchov, sa nazýva tenká šošovka.

Objektív, ktorý konvertuje lúč paralelných lúčov do zbiehajúceho sa lúča a zhromažďuje ho do jedného bodu, sa nazýva konvergentná šošovka.

Objektív, ktorý premieňa lúč paralelných lúčov na divergentný - rozptyl.

Na zhromažďovanie šošoviek

Pre difúznu šošovku:

Vo všetkých polohách objektu objektív poskytuje širší, imaginárny, priamy obraz, ležiaci na tej istej strane objektívu ako objekt.

Vlastnosti očí:

ubytovanie (dosiahnuté zmenou tvaru šošovky);

adaptácia (prispôsobenie sa rôznym svetelným podmienkam);

zraková ostrosť (schopnosť samostatne rozlišovať medzi dvomi blízkymi bodmi);

zorné pole (priestor pozorovaný pri pohybe očí, ale hlava je nehybná)

Nedostatky videnia

myopia (korekčne difúzna šošovka);

dravosť (korekcia - zberná šošovka).

Tenká šošovka predstavuje najjednoduchší optický systém. Jednoduché tenké šošovky sa používajú hlavne vo forme okuliarov. Okrem toho je dobre známe použitie šošovky ako lupy.

Účinok mnohých optických zariadení - projekčná lampa, kamera a iné zariadenia - možno schematicky prirovnať k pôsobeniu tenkých šošoviek. Tenká šošovka však poskytuje dobrý obraz iba v pomerne zriedkavých prípadoch, keď sa môžete obmedziť na úzky jednofarebný lúč pochádzajúci zo zdroja pozdĺž hlavnej optickej osi alebo vo veľkom uhle. Vo väčšine praktických úloh, ak nie sú splnené tieto podmienky, nie je obrázok tenkou šošovkou úplne dokonalý.
Preto vo väčšine prípadov pristupujú k vytváraniu komplexnejších optických systémov, ktoré majú veľký počet refrakčných povrchov a nie sú obmedzené požiadavkou na blízkosť týchto povrchov (požiadavka, že tenká šošovka vyhovuje). [4]

4.2 Fotografické prístroje.   optickýnástrojov.

Všetky optické zariadenia možno rozdeliť do dvoch skupín:

1) zariadenia, pomocou ktorých sa na obrazovke získavajú optické obrazy. Patrí medzi neprojekčné zariadenie , kamery , filmové kamery atď.

2) zariadenia, ktoré pôsobia iba spolu s ľudskými očami a na obrazovke netvoria obraz. Patrí medzi nezväčšovacie sklo , mikroskop   a rôzne prístrojové systémyďalekohľady , Takéto zariadenia sa nazývajú vizuálne.

Fotoaparát.

C moderné fotoaparáty majú zložitú a rôznorodú štruktúru, považujeme za základné prvky, z ktorých fotoaparát pozostáva a ako fungujú.

Hlavná časť každej kamery je šošovka - objektív alebo systém šošoviek umiestnený pred svetlo-tesným puzdrom fotoaparátu (vľavo). Objektív sa môže hladko pohybovať vo vzťahu k filmu, aby získal jasný obraz objektov, ktoré sú v blízkosti alebo vzdialené od fotoaparátu.

Počas fotografovania sa objektív otvára so špeciálnou uzávierkou, ktorá prenáša svetlo do filmu až v čase fotografovania. membrána reguluje svetelný tok, ktorý padá na film. Fotoaparát poskytuje redukovaný, inverzný, skutočný obraz, ktorý je pripevnený na film. Pod pôsobením svetla sa mení zloženie filmu a na ňom sa naň ukladá obraz. Zostáva neviditeľný, kým sa film nenachádza v špeciálnom riešení, developerovi. Pod akciou vývojára, tie miesta filmu, na ktorom padá svetlo, sú tmavé. Čím viac bolo akékoľvek miesto filmu osvetlené, tým tmavšie bude po vývoji. Výsledný obrázok sa volá negatívny  (z latinčiny Negativus - negatívny), na ňom svetlá miesta objektu vychádzajú z tmy a temné miesta sú svetlé.

Ak sa tento obraz pri pôsobení svetla nezmenil, rozvinutý film je ponorený do iného roztoku - fixéra. Fotosenzitívna vrstva tých oblastí filmu, ktoré svetlo neovplyvnilo, sa rozpustí a vymyje v nej. Potom sa film premyje a vysuší.

S negatívnym dostať pozitívne(pozitívny pozitívny lat.), t.j. obraz, v ktorom sú rozložené tmavé miesta rovnako ako fotografovaný subjekt. Za týmto účelom sa negatíva aplikuje na papier, ktorý je tiež pokrytý fotosenzitívnou vrstvou (na fotografický papier) a osvetlený. Potom sa fotografický papier ponorí do vývojára, potom do fixačného prostriedku, umyje a vysuší.

Po vývoji filmu sa pri tlači fotografií používa fotografické zväčšovacie zariadenie, ktoré zvyšuje obraz negatívy na fotografický papier.

Lupou.

Ak chcete lepšie zobraziť malé položky, musíte ich použiť zväčšovacie sklo.

Lupa sa nazýva bikonvexná šošovka s krátkou ohniskovou vzdialenosťou (od 10 do 1 cm). Lupa je najjednoduchšie zariadenie, ktoré umožňuje zväčšiť uhol pohľadu.

H naše oko vidí len tie objekty, ktorých obraz je získaný na sietnici. Čím väčší je obraz objektu, tým väčší je uhol pohľadu, ktorý ho považujeme, tým jasnejšie ho rozlišujeme. Mnohé objekty sú malé a viditeľné od vzdialenosti najlepšieho videnia z uhla pohľadu blízko limitu. Lupa zväčšuje uhol pohľadu, ako aj obraz objektu na sietnici, takže zjavná veľkosť objektu

v porovnaní so skutočnou veľkosťou.

predmetABumiestnený v mierne menšej vzdialenosti od lupy (obrázok vpravo). Súčasne zväčšovacie sklo poskytuje priamy, zväčšený, duševný obraz.A1 B1.Zväčšovacie sklo je zvyčajne umiestnené tak, aby obraz objektu bol vo vzdialenosti najlepšieho videnia od oka.

Mikroskop.

Pre veľké uhlové zväčšenia (od 20 do 2000) a používajte optické mikroskopy. Zväčšený obraz malých predmetov v mikroskopu sa získa pomocou optického systému, ktorý sa skladá z objektívu a okulára.

Najjednoduchší mikroskop je systém s dvoma objektívmi: objektívom a okuliarom. predmetABumiestnený pred objektívom, ktorým je šošovka, na diaľkuF 1< d < 2F 1 a prezerá sa cez okulár, ktorý sa používa ako lupa. Zväčšenie G mikroskopu sa rovná výsledku zväčšenia objektívu G1 zväčšením okulára G2:

Princíp mikroskopu sa znižuje na konzistentné zväčšenie uhla pohľadu, najskôr s objektívom a potom s okulárom.

Projekčné prístroje.

P rotujúce prístroje používané na zväčšenie obrazu. Spätné projektory sa používajú na vytváranie statických záberov a pomocou filmových projektorov sa získajú snímky, ktoré sa rýchlo nahradia. ruga a sú vnímané ľudským okom ako pohyblivé obrazy. V projekčnom prístroji je fotografia na priehľadnom filme umiestnená vo vzdialenosti od šošovkyd,ktorý spĺňa túto podmienku:F< d < 2F , Pre osvetlenie fólie sa používa elektrická lampa 1. Pre koncentráciu svetelného toku sa používa kondenzátor 2, ktorý pozostáva zo systému šošoviek, ktorý zbiera divergentné lúče zo zdroja svetla na ráme fólie 3. S použitím šošovky 4 na plátno 5 sa získa zväčšený priamy skutočný obraz

Teleskop.

D teleskopy alebo ďalekohľady slúžia na prezeranie vzdialených predmetov. Účelom teleskopu je zhromaždiť čo najviac svetla z študovaného objektu a zvýšiť jeho zjavné uhlový rozmer.

Hlavnou optickou časťou teleskopu je šošovka, ktorá zhromažďuje svetlo a vytvára obraz zdroja.

E existujú dva hlavné typy ďalekohľadov: refraktory (založené na šošovkách) a reflektory (založené na zrkadlách).

Najjednoduchší teleskop - refraktor, ako mikroskop, má objektív a okulár, ale na rozdiel od mikroskopu má objektív ďalekohľadu veľkú ohniskovú vzdialenosť a okulár je malý. Keďže vesmírne telá sú umiestnené na veľmi veľkých vzdialenostiach od nás, lúče z nich idú paralelným lúčom a sú zhromažďované šošovkou v ohniskovej rovine, kde sa získa opačný, redukovaný, skutočný obraz. Ak chcete obrázok urobiť rovno, použite iný objektív.formulára

Osa rotácie šošovky, Po spracovaní priemeru šošovky  kontrolná ortéza. faceting šošovky, faceting šošovky  - to je ... nakoniec prerušené. Všetko druhy  po centrovaní sa používajú konštrukčné zúbky šošovky, Faceting vykonať ...

Optické prístroje- zariadenia, v ktorých je žiarenie akejkoľvek spektrálnej oblasti(ultrafialové, viditeľné, infračervené) prevedený  (vynechané, odrazené, lámané, polarizované).

Uctievanie historických tradícií,   optické zariadenia bežne nazývané viditeľné svetlo.

Pri počiatočnom posúdení kvality pomôcky sa posudzujú iba hlavnéjeho vlastnosti:

•   pomer otvor- schopnosť koncentrácie žiarenia;
• rozlíšenie výkonu  - schopnosť rozlíšiť priľahlé detaily obrazu;
• zvýšiť  - pomer veľkosti objektu a jeho obraz.
• Pre mnohé zariadenia je definujúcou charakteristikou zorné pole- uhol, v ktorom sú od stredu zariadenia viditeľné extrémne body objektu.

Rozlíšenie napájania- charakterizuje schopnosť optických zariadení vytvárať samostatné obrazy dvoch blízkych bodov objektu.

Zobrazí sa najmenšia lineárna alebo uhlová vzdialenosť medzi dvoma bodmi, odkiaľ sa spájajú ich obrazylineárneho alebo uhlového rozlíšenia.

Schopnosť zariadenia rozlíšiť dva blízke body alebo čiary je spôsobená vlnovitou povahou svetla. Číselná hodnota rozlíšiteľského výkonu, napríklad systému šošoviek, závisí od schopnosti dizajnéra vyrovnať sa s aberáciami šošoviek a opatrne sústrediť tieto šošovky na rovnakú optickú os. Teoretická medza rozlíšenia dvoch susediacich obrazových bodov je definovaná ako rovnováha vzdialenosti medzi ich stredmi k polomeru prvého tmavého kruhu ich difraktogramu.

Zvýšenie.  Ak je objekt s dĺžkou H kolmý na optickú os systému a dĺžka jej obrazu je h, potom nárast v m je určený vzorcom:

  m = h / H .

Zväčšenie závisí od ohniskovej vzdialenosti a relatívnej polohy šošoviek; Aby sme vyjadrili túto závislosť, existujú zodpovedajúce vzorce.

Dôležitou charakteristikou zariadení na vizuálne pozorovanie je viditeľné zvýšenie M, Určuje sa z pomeru veľkosti snímok objektu, ktoré sa tvoria na sietnici s priamym pozorovaním objektu a jeho zobrazením cez zariadenie. Obvykle je viditeľný nárast M vyjadrený pomerom M = tgb / tgakde a je uhol, pri ktorom pozorovateľ vidí objekt voľným okom, a b je uhol, v ktorom pozoruje pozorovateľ objekt cez zariadenie.

Hlavnou časťou akéhokoľvek optického systému je šošovka. Objektívy sú súčasťou takmer všetkých optických zariadení.

šošovka – opticky priehľadné telo ohraničené dvoma sférickými povrchmi.

Ak je hrúbka samotnej šošovky v porovnaní s polomerom zakrivenia sférických povrchov malá, potom sa šošovka nazýva tenká.

Objektívy sú zberný  a   rozptyl, Zberná šošovka v strede je silnejšia ako na okrajoch, difúzna šošovka je naopak v strednej časti tenšia.

Typy šošoviek:

• konvexné:
  • bikonvexný (1)
  • plochá konvexná (2)
  • konkávne-konvexné (3)
• konkávne:
  • bikonkave (4)
  • plochá konkávna (5)
  • konvexné-konkávne (6)

Základné označenia v objektívoch:

Priamka prechádzajúca stredmi zakrivenia guľovitých povrchov O 1 a O 2 sa nazýva hlavná optická os objektívu.

V prípade tenkých šošoviek môžeme približne predpokladať, že hlavná optická os pretína s objektívom v jednom bode, ktorý sa bežne nazýva optický stredový objektív  O. Svetlo svetla prechádza optickým stredom šošovky a neodchyľuje sa od pôvodného smeru.

Centrum optických šošoviek- bod, cez ktorý prechádzajú svetelné lúče bez toho, aby boli lúče v šošovke.

Hlavná optická os  - Priamka prechádzajúca optickým stredom šošovky, kolmá na šošovku.

Všetky linky prechádzajúce cez optické centrum sú volané bočné optické osi.

Ak je lúč lúčov rovnobežný s hlavnou optickou osou nasmerovaný na šošovku, potom sa po prechode šošovkou zhromaždia lúče (alebo ich pokračovanie) v jednom bode F, ktorý sa nazýva hlavné zameranie objektívu.  Tenká šošovka má dve hlavné zaostrenie umiestnené symetricky na hlavnej optickej osi vzhľadom k objektívu. Pri zbieraní šošoviek sú triky skutočné, v rozptýlení sú to fiktívne.

Svetelné lúče paralelné s jednou zo sekundárnych optických osí po prechode šošovkou sú tiež zamerané na bod F ", ktorý je umiestnený v priesečníku sekundárnej osi s ohniskovou rovinou F, tj rovinou kolmou na hlavnú optickú os a prechádzajúcou hlavným ohniskom.

Ohnisková rovina- rovný, kolmý na hlavnú optickú os objektívu a prechádzajúci zaostrením šošovky.

Zobrazí sa vzdialenosť medzi optickým stredom objektívu O a hlavným zaostrením F ohniskovej vzdialenosti, Označuje sa tým istým písmom F.

Refrakcia paralelného lúča lúčov v zbernej šošovke.

Refrakcia paralelného lúča lúčov v difúznej šošovke.

Body O 1 a O 2 sú centrá sférických povrchov, O 1 O 2 je hlavná optická os, O je optické centrum, F je hlavné zameranie, F "je bočné zaostrenie, OF" je bočná optická os a F je ohnisková rovina.

Na výkresoch sú tenké šošovky znázornené vo forme segmentu so šípkami:

zbieranie:   difúzor:

Hlavná vlastnosť šošoviek– schopnosť vytvárať obrazy objektov, Obrázky sú priamy  a hore nohami, skutočný  a imaginárny, zvýšená  a znížený.

Pozíciu obrazu a jeho charakter možno určiť pomocou geometrických konštrukcií. Použite vlastnosti niektorých štandardných lúčov, ktorých priebeh je známy. Ide o lúče prechádzajúce cez optický stred alebo jednu z ložísk šošoviek, ako aj lúče paralelné s hlavnou alebo jednou zo sekundárnych optických osí. Ak chcete vytvoriť obraz v objektívu, použite akékoľvek dva z týchto troch lúčov:

Lúč dopadajúci na šošovku paralelne s optickou osou po lomu prechádza cez zaostrenie šošovky.

Lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky nie je lomený.

Lúč prechádzajúci zaostrením šošovky po lomu je rovnobežný s optickou osou.

Pozíciu obrazu a jeho povahu (skutočnú alebo imaginárnu) možno vypočítať aj pomocou tenkého vzorca na šošovku. Ak je vzdialenosť od objektu k objektívu označenému d a vzdialenosť od objektívu k obrazu cez f, potom môže byť formulár tenkej šošovky napísaný vo forme:

Hodnota D sa nazýva spätná ohnisková vzdialenosť optické výkonové šošovky.

Jednotka výkonu je dioptrická (dioptrická), Diopter - optický výkon objektívu s ohniskovou vzdialenosťou 1 m: 1 diopter = m -1

Ohniskové vzdialenosti šošoviek sú zvyčajne označené určitými znakmi: pre zbernú šošovku F\u003e 0, pre difúziu F< 0 .

Hodnoty d a f tiež podliehajú určitému pravidlu znakov:
  d\u003e 0 a f\u003e 0 pre skutočné objekty (to znamená skutočné zdroje svetla a nie kontinuity lúčov konvergujúce za objektívom) a obrázky;
  d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Tenké šošovky majú niekoľko nevýhod, ktoré neumožňujú obrazy vysokej kvality. Vyskytnú sa narušenia, ku ktorým dochádza počas vytvárania obrazu aberácie, Hlavné sú sférické a chromatické aberácie.

Sférická aberáciaže v prípade širokých svetelných lúčov, lúče ďaleko od optickej osi, pretínajú to zaostrené. Vzorec tenkej šošovky platí len pre lúče blízke optickej osi. Obraz vzdialeného bodového zdroja, vytvoreného širokým lúčom lúčov lúčom šošovkou, sa zdá byť rozmazaný.

Chromatická aberáciavyplýva zo skutočnosti, že index lomu materiálu šošovky závisí od vlnovej dĺžky svetla λ. Táto vlastnosť transparentných médií sa nazýva rozptyl. Ohnisková vzdialenosť objektívu je odlišná pre svetlo s rôznymi vlnovými dĺžkami, čo vedie k rozmazaniu obrazu pri použití ne-monochromatického svetla.

V moderných optických zariadeniach sa nepoužívajú tenké šošovky, ale komplexné systémy s viacerými šošovkami, v ktorých je možné približne vylúčiť rôzne odchýlky.

Vytváranie reálneho obrazu objektu pomocou zberného šošovky sa používa v mnohých optických zariadeniach, ako je napríklad kamera, projektor atď.

Ak chcete vytvoriť vysokokvalitné optické zariadenie, mali by ste optimalizovať súbor jeho hlavných charakteristík - svietivosť, rozlíšenie a zväčšenie. Nemôžete urobiť dobrý, napríklad ďalekohľad, dosiahnuť len veľký viditeľný nárast a ponechať malú clonu (clonu). Bude mať zlé rozlíšenie, pretože je priamo závislé na clone. Návrh optických zariadení je veľmi rôznorodý a ich vlastnosti sú diktované účelom špecifických zariadení. Avšak pri zostavovaní akéhokoľvek navrhnutého optického systému je nutné všetky optické prvky usporiadať v striktnom súlade s prijatou schémou, bezpečne ich zaistiť, zaistiť presné nastavenie polohy pohyblivých častí a umiestniť dosky s clonami tak, aby sa eliminovalo nežiaduce rozptýlené žiarenie na pozadí. Často sa vyžaduje, aby vydržali špecifikované hodnoty teploty a vlhkosti vo vnútri zariadenia, minimalizovali vibrácie, normalizovali rozloženie hmotnosti, zabezpečili odvod tepla zo svietidiel a iných pomocných elektrických zariadení. Význam sa venuje vzhľadu zariadenia a ľahkosti manipulácie.

  Mikroskop, lupa, lupa.

Ak považujeme objekt nachádzajúci sa za objektívom nielen svojim ohniskovým bodom cez pozitívny (zberný) objektív, potom je vidieť zväčšený imaginárny obraz objektu. Tento objektív je jednoduchý mikroskop a nazýva sa lupou alebo lupou.

Z optickej schémy môžete určiť veľkosť zväčšeného obrázka.

Keď je oko naladené na paralelný svetelný lúč (obraz objektu je umiestnený na neurčito veľkú vzdialenosť, čo znamená, že objekt je umiestnený v ohniskovej rovine šošovky), zrejmé zvýšenie M sa dá určiť zo vzťahu: M = tgb / tga = (H / f) H / v) = v / f, kde f je ohnisková vzdialenosť šošovky, v je vzdialenosť najlepšieho pohľadu, t.j. najmenšia vzdialenosť, pri ktorej oko dobre vidí počas bežného ubytovania. M sa zväčšuje o jedno, keď je oko nastavené tak, aby imaginárny obraz objektu bol vo vzdialenosti najlepšieho pohľadu. Schopnosť ubytovania pre všetkých ľudí je odlišná a vek sa zhoršuje. Za najlepší pohľad na normálne oko sa považuje vzdialenosť 25 cm. V zornom poli jediného pozitívneho objektívu, keď sa pohybujete od svojej osi, sa ostrosť obrazu rýchlo zhoršuje v dôsledku priečnych aberácií. Hoci sú tu zväčšovacie magnety s 20-násobným zväčšením, ich typická multiplicita je od 5 do 10. Zväčšenie zloženého mikroskopu, zvyčajne označovaného ako jednoducho mikroskop, dosahuje 2000 krát.

  Teleskop.

Dalekohľad zvyšuje zjavnú veľkosť vzdialených objektov. Schéma najjednoduchšieho teleskopu obsahuje dve pozitívne šošovky.

Zorné lúče zo vzdialeného objektu, ktoré sú rovnobežné s osou teleskopu (lúče a a c v diagrame), sa zhromažďujú v zadnom zaostrení prvej šošovky (objektívu). Druhá šošovka (okulár) sa odstráni z ohniskovej roviny šošovky v jej ohniskovej vzdialenosti a lúče a a c sa z nej znova opäť rovnobežne s osou systému. Niektoré lúčky b, neprichádzajúce z tých bodov objektu, odkiaľ prišli lúče a a c, padajú pod uhlom a na os teleskopu, prechádzajú cez predné zaostrenie šošovky a potom ide rovnobežne s osou systému. Okulár smeruje do zadného zaostrenia pod uhlom b. Keďže vzdialenosť od predného zaostrenia šošovky k oku pozorovateľa je zanedbateľná v porovnaní s vzdialenosťou od objektu, je možné zo schémy získať výraz pre zjavné zväčšenie teleskopu: M = -tgb / tga = -F / f "(alebo F / f). Znak ukazuje, že obraz je prevrátený.V astronomických teleskopoch, to zostáva rovnaké, v teleskopoch, invertný systém sa používa na pozorovanie pozemných objektov, aby sa zobrazili normálne, namiesto obrátené obrazy.V ďalších riadkoch môže byť zahrnutá do invertujúceho systému s alebo v ďalekohľadu hranolov.

  ďalekohľad.

Binokulárny ďalekohľad, bežne označovaný ako ďalekohľady, je kompaktný nástroj na pozorovanie s oboma očami súčasne; jeho nárast je zvyčajne 6 až 10 krát. V ďalekohľade použite pár baliacich systémov (najčastejšie - Porro), z ktorých každý pozostáva z dvoch obdĺžnikových hranolov (so základňou 45 °) orientovaných smerom k obdĺžnikovým okrajom.

Ak chcete získať veľké zväčšenie v širokom zornom poli, bez aberácií šošoviek a následne s významným uhlom pozorovania (6-9 °), si ďalekohľady vyžadujú veľmi kvalitný okulár, pokročilý ako ďalekohľad s úzkym uhlom pohľadu. Ohnisko obrazu je zabezpečené v okulári ďalekohľadu, s korekciou videnia a jeho stupnica je označená dioptérmi. Navyše, v ďalekohľade sa poloha okulára prispôsobí vzdialenosti medzi očami pozorovateľa. Zvyčajne sú ďalekohľady označené podľa ich zväčšenia (v prepravkách) a priemeru šošoviek (v milimetroch), napríklad 8 * 40 alebo 7 * 50.

  Optický pohľad.

Ako optický pohľad môže byť akýkoľvek ďalekohľad použitý na pozemné pozorovania, ak v akejkoľvek rovine svojho obrazového priestoru použije jasné značky (mriežky, značky) zodpovedajúce danému účelu. Typické zariadenie mnohých vojenských optických inštalácií je také, že šošovka teleskopu sa otvorene pozerá na cieľ a okulár je v úkryte. Takáto schéma vyžaduje prerušenie optickej osi pohľadu a použitie hranolov na jej posun; tie isté hranoly premieňajú obrátený obraz na priamu. Systémy s odsadením optickej osi sa nazývajú periskopické. Optický pohľad sa zvyčajne vypočíta tak, že žiak jeho výstupu sa odstráni z posledného povrchu okulára v dostatočnej vzdialenosti, aby ochránil oko streleckého strelca pred zasiahnutím okraja ďalekohľadu, keď sa zbraň získa späť.

  Range finder

Optické zameriavače, pomocou ktorých merajú vzdialenosti od objektov, sú dva typy: monokulárne a stereoskopické. Aj keď sa líšia v konštrukčných detailoch, hlavná časť optickej schémy je pre nich rovnaká a princíp operácie je rovnaký: na známej strane (základňa) a dvoch známych uhloch trojuholníka je určená jeho neznáma strana. Dva paralelne orientované teleskopy vzdialené od seba vzdialenosťou b (základňa) vytvárajú obrazy toho istého vzdialeného objektu takým spôsobom, že sa zdá byť pozorovateľný v rôznych smeroch (veľkosť cieľa môže tiež slúžiť ako základňa). Ak použijete niektoré prijateľné optické zariadenie na kombinovanie obrazových polí oboch teleskopov tak, aby sa dali zobraziť súčasne, ukáže sa, že príslušné obrazy objektu sú priestorovo oddelené. Existujú vyhľadávače rozsahu nielen s úplným prekrytím polí, ale aj s polovicou: horná polovica obrazového priestoru jedného teleskopu je kombinovaná so spodnou polovicou obrazového priestoru druhej. V takýchto zariadeniach s pomocou vhodného optického prvku je kombinácia priestorovo oddelených obrazov a nameraná hodnota je určená relatívnym posunom záberov. Často hranol alebo kombinácia hranolov slúži ako strihový prvok.

MONOCULAR DALNOMER. A je obdĺžnikový hranol; B - pentaprism; C - šošovky na šošovky; D - okulár; E - oko; P1 a P2 sú fixné hranoly; P3 - pohyblivý hranol; I 1 a I 2 - obrazy polovice zorného poľa

V obvode monokulárneho diaľkomeru zobrazenom na obrázku je táto funkcia vykonaná hranolom P3; je spojená so stupnicou odstupňovanou na vzdialenosti meranej od objektu. Pentaprismy B sa používajú ako svetelné odrazové sklo v pravých uhloch, pretože takéto hranoly vždy odrážajú dopadajúci svetelný lúč o 90 ° bez ohľadu na presnosť ich inštalácie v horizontálnej rovine zariadenia. Obrázky vytvorené dvoma ďalekohľadmi v stereoskopickom diaľkom pozorovateľ pozoruje s oboma očami naraz. Základňa takéhoto hľadáčika umožňuje pozorovateľovi vnímať polohu objektu volumetrický, v určitej hĺbke vo vesmíre. Každý ďalekohľad má mriežku so značkami zodpovedajúcimi hodnotám vzdialenosti. Pozorovateľ vidí stupnicu vzdialenosti hlboko do zobrazeného priestoru a určuje vzdialenosť objektu od nej.

  Osvetľovacie a projekčné zariadenia. Svetlomety.

V optickej schéme svetelného svetla sa svetelný zdroj, ako je elektrický vypúšťací kráter, nachádza v centre parabolického reflektora. Lúče vychádzajúce zo všetkých bodov oblúka sa odrážajú parabolickým zrkadlom takmer rovnobežne navzájom. Lúč lúčov sa mierne rozbieha, pretože zdroj nie je svetelný bod, ale objem konečnej veľkosti.

  Diascopy.

Optická schéma tohto zariadenia, určená na zobrazenie priehľadných fólií a priehľadných farebných rámov, zahŕňa dva systémy objektívov: kondenzátor a projekčnú šošovku. Kondenzátor rovnomerne osvetlí priehľadný originál a nasmeruje lúče do projekčných šošoviek, ktoré vytvárajú obraz originálu na obrazovke. Projekčná šošovka umožňuje zaostrenie a výmenu šošoviek, čo umožňuje zmenu vzdialenosti obrazovky a veľkosti obrazu na ňom. Optická schéma projektora je rovnaká.

Schéma diaskopie. A je snímka; Kondenzátor B - šošovky; C - projekčné šošovky; D - obrazovka; S - svetelný zdroj

  Spektrálne nástroje.

Hlavným prvkom spektrálneho nástroja môže byť disperzný hranol alebo difrakčná mriežka. V takomto prístroji je svetlo najprv kolimované, t.j. je tvorená do lúča paralelných lúčov, rozkladá sa do spektra a nakoniec obraz vstupnej štrbiny nástroja je zameraný na jeho výstupnú štrbinu pozdĺž každej vlnovej dĺžky spektra.

  Spectrometer.

V tomto viac či menej univerzálnom laboratórnom prístroji sa kolimovacie a zaostrovacie systémy môžu otáčať vzhľadom na stred stola, na ktorom je umiestnený prvok rozkladajúci svetlo do spektra. Zariadenie má stupnice na počítanie uhlov rotácie, napríklad disperzného hranolu a uhlov odchýlok po rôznych farebných zložkách spektra. Výsledky týchto meraní merajú napríklad indexy lomu priehľadných tuhých látok.

  Spektrograf.

Toto je názov zariadenia, v ktorom je získané spektrum alebo jeho časť natočené na fotografický materiál. Môžete získať spektrum z hranola z kremeňa (rozsah 210-800 nm), skla (360-2500 nm) alebo kamennej soli (2500-16000 nm). V tých spektrálnych oblastiach, kde hranoly slabo absorbujú svetlo, sú obrazy spektrálnych čiar v spektrografe jasné. Na spektrografoch s difrakčnými mriežkami vykonávajú dve funkcie: rozkladanie žiarenia do spektra a sústredenie farebných zložiek na fotografický materiál; takéto zariadenia sa používajú v ultrafialovej oblasti.

  kameraje to uzavretá, svetlo-tesná komora. Obraz fotografovaných objektov je vytvorený na fotografickom filme systémom šošoviek nazývaným objekt. Špeciálna uzávierka umožňuje otvoriť objektív v čase expozície.

Funkciou fotoaparátu je, že na plochom filme by sa mali získať pomerne ostrý obraz objektov v rôznych vzdialenostiach.

Vo filmovej rovine sú len ostré obrazy objektov v istej vzdialenosti. Zaostrenie sa dosiahne presunutím šošovky vzhľadom na film. Obrazy bodov, ktoré sa nenachádzajú v rovine ostrého vedenia, sú rozmazané v podobe rozptylových kruhov. Veľkosť d týchto kruhov môže byť redukovaná membránou šošovky, t.j. znižovanie clony a / f. To vedie k zvýšeniu hĺbky poľa.

Objektív modernej kamery sa skladá z niekoľkých šošoviek spojených do optických systémov (napríklad optická schéma Tessar). Počet šošoviek v šošovkách najjednoduchších kamier sa pohybuje od jedného do troch a v moderných drahých kamerách je až desať alebo dokonca osemnásť.

Optická schéma Tessar

Optické systémy v objekte môžu byť od dvoch do piatich. Takmer všetky optické schémy sú usporiadané a pracujú rovnakým spôsobom - sústreďujú svetelné lúče prechádzajúce cez šošovky na fotosenzitívnu maticu.

Iba kvalita obrazu na fotografii závisí od objektívu, či bude fotografia ostrá, či obraz nebude deformovať tvar a čiary, či bude správne prenášať farbu - to všetko závisí od vlastností objektívu, takže objektív je jedným z najdôležitejších prvkov modernej kamery.

Šošovky na šošovky sú vyrobené zo špeciálneho optického skla alebo optického plastu. Vytvorenie objektívu je jednou z najdrahších operácií tvorby fotoaparátu. Pri porovnaní sklenených a plastových šošoviek stojí za zmienku, že plastové šošovky sú lacnejšie a ľahšie. V súčasnosti je väčšina šošoviek nízkonákladových amatérskych kompaktných kamier vyrobených z plastu. Ale také šošovky sú náchylné k poškriabaniu a nie sú tak odolné, po dvoch alebo troch rokoch sa stávajú zamračené a kvalita fotografií je veľmi žiadúca. Optické kamery sú drahšie vyrobené z optického skla.

V súčasnosti sú väčšina kompaktných objektívov vyrobených z plastu.

Medzi sebou šošovky lepidla na šošovky alebo spojenie s veľmi presne vypočítanými kovovými rámami. Lepiace šošovky sa nachádzajú oveľa častejšie ako kovové rámy.

Projekčné prístrojeurčené na vytváranie veľkoplošných obrazov. Objektív O projektora zaostrí obraz plochého objektu (snímka D) na diaľkovom displeji E. Systém objektívov K, nazývaný kondenzátor, je konštruovaný tak, aby sa koncentračné svetlo zdroja S na diapozitívy sústredilo. Na obrazovke E sa vytvorí skutočne zväčšený obrátený obraz. Zväčšenie projekčného prístroja sa dá zmeniť zmenou alebo odstránením obrazovky E pri súčasnej zmene vzdialenosti medzi posúvačom D a objektívom O.