Как отражается свет от вогнутой линзы

Как отражается свет от вогнутой линзы

Основные сведения о свете читателю, вероятно, известны. Но для того, чтобы избежать недоразумений в терминологии и основных понятиях, договоримся о главном — значении слов.

Свет точечного источника распространяется волнами, которые в однородной среде имеют сферическую форму. Световая волна образует волновой фронт. Нормали к фронту вдоль которых распространяется свет, называются световыми лучами. Лучи, исходящие из одной точки или собирающиеся в точку, называются гомоцентрическими. Если источник расположен очень далеко (в “бесконечности”), волновой фронт становится плоским, а пучок лучей — параллельным (рис. 1)

Световые волны имеют различную длину, которая определяет цвет излучения. Светящиеся твердые и жидкие тела излучают непрерывный спектр волн, газы и плазма — линейчатый. Водород излучает в видимой части спектра красную линию с длиной волны l = 6563 A (aн гстрем) = 0,0006563 мм, синюю линию с длиной волны 4861 A = 0,0004861 мм, фиолетовую линию с длиной волны 4340 A = 0,0004340 мм. Пары натрия излучают две очень яркие линии с длинами волн l = 5896 и 5890 A. Это знаменитый желтый дублет натрия. Белый солнечный свет — это сумма излучений в самых различных длинах волн. Хорошее доказательство сложности солнечного света — радуга.

В вакууме скорость распространения света с = 300 тыс. км/с. В других средах она меньше. Отношение скорости света в вакууме к скорости в другой оптической среде v_ср называется показателем преломления n=c/v _ср. Чем меньше скорость света в среде, тем больше ее показатель преломления и тем среда оптически более плотная.

Проведем нормаль к поверхности в точке падения луча на поверхность оптической среды (например, стекла) и изобразим лучи падающий, преломленный и отраженный. Углом падения i₁ называется угол между падающим лучом и нормалью к поверхности (но не между лучом и поверхностью), углом преломления i’₂ — угол между преломленным лучом и нормалью. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть показатель преломления (рис. 2, а).

Свет различных длин волн имеет различные показатели преломления при переходе из одной среды в другую. Поэтому белый луч преломляется с дисперсией (разложением)на составные цвета (рис. 2, б).

Зеркала в оптике имеют, как правило, одну поверхность, так что свет не проходит сквозь стекло, а сразу отражается под тем же углом к нормали, под которым падает; угол падения i ₁ равен углу отражения i’₁ . Показатель преломления в этом случае равен n= -1 и дисперсия исключена .

Среди оптических деталей, с которыми мы будем иметь дело,— главным образом линзы и зеркала (рис. 3). Линза ограничена двумя сферическими поверхностями (одна из них может быть и плоской). Каждая поверхность линзы или зеркала имеет радиус кривизны R и центр кривизны, Величина, обратная радиусу кривизны, l =1/R, называется кривизной поверхности. Оптические системы, состоящие из нескольких линз, зеркал, центры кривизны поверхностей которых лежат на одной прямой, называются центрированными, а сама эта прямая — оптической осью. У одиночной линзы оптическая ось проходит через оба ее центра кривизны, у сферического зеркала оптической осью называется линия, проходящая через центр кривизны и центр зеркала.

Линзы и зеркала, которые превращают параллельный пучок света в сходящийся, называются собирательными, пли положительными. Отрицательные (рассеивающие) линзы и зеркала превращают параллельный пучок лучей в расходящийся. Точка, в которую собираются параллельные лучи после преломления, называется фокусом (F). Для отрицательных линз и зеркал фокусом называется точка, в которой собираются продолженные назад расходящиеся после преломления или отражения лучи. Пучки света, идущие под каким-нибудь углом к оси линзы или зеркала, собираются в точки, не лежащие на оптической оси. Эти точки образуют поверхность, которая называется фокальной поверхностью. В первом приближении ее можно считать плоскостью, перпендикулярной оптической оси.

Каждая линза имеет два фокуса: один для лучей, идущих слева направо, а второй для лучей, идущих справа налево. В первом случае фокус называется задним (F’), а во втором — передним (F). Если вышедшие после преломления лучи продолжить назад до пересечения с лучами, падающими на линзу, то точки пересечения окажутся на одной из двух главных плоскостей H и H’. Расстояние от одной из этих плоскостей до ближайшей точки фокуса называется фокусным расстоянием f или f ‘. В однородной среде оба фокусных расстояния любой линзы равны между собой. В то же время расстояния между точками фокуса и ближайшими поверхностями линзы, называемые рабочими отрезками, часто неравны.

Если известны радиусы кривизны линзы R ₁ и R ₂ , показатель преломления стекла n и толщина линзы d , то ее фокусное расстояние равно

Для тонкой линзы, толщиной которой можно пренебречь

Для плоско-вогнутой или плоско-выпуклой линзы один из радиусов кривизны равен бесконечности, а фокусное расстояние

Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой

Ф = 1 / f ‘ [м] или Ф = 1000 / f ‘ [мм].

Оптическая сила измеряется в диоптриях. Диоптрия — мера, обратная фокусному расстоянию, выраженному в метрах. Например, оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 50 см равна 2 диоптриям. Отрицательная линза с фокусным расстоянием 33 см имеет оптическую силу, равную —3. Зеркало с фокусным расстоянием 2 м имеет оптическую силу 0,5 диоптрии.

Фокусное расстояние системы из двух линз можно определить по формуле

где f ₁ — фокусное расстояние первой линзы, f ₂ — фокусное расстояние второй линзы, d —расстояние между ближайшими главными плоскостями первой и второй линз. В формуле фокусные расстояния положительных линз берутся со знаком “+”, а отрицательных — со знаком “-”. Если фокусы двух линз или зеркал совпадают, то фокусное расстояние системы равно бесконечности, пучок света выходит из системы параллельным, и система называется афокальной. К таким системам относятся все визуальные трубы, бинокли, телескопы.

Рассмотрим гомоцентрический (выходящий из одной точки) пучок и систему линз. Ясно, что не все лучи попадут на первую поверхность системы, но и те, что преломятся на первой поверхности, не обязательно пройдут через всю систему. Угол, внутри которого находятся все лучи, полностью проходящие через систему, называется апертурным углом. Оправа, ограничивающая пучок, называется апертурной диафрагмой .

Изображение апертурной диафрагмы, построенное системой линз, стоящих впереди нее, называется входным зрачком. Положительная компонента объектива, стоящая впереди апертурной диафрагмы, может рассматриваться как лупа, увеличивающая изображение апертурной диафрагмы, и входной зрачок будет больше апертурной диафрагмы. Если же впереди стоит отрицательная компонента, то входной зрачок будет меньше апертурной диафрагмы.

Изображение апертурной диафрагмы, построенное системой, стоящей позади нее, называется выходным зрачком. В визуальных телескопах выходной зрачок — это изображение объектива — передней линзы (или системы линз) телескопа, построенное окуляром — задней линзой. Его легко видеть, если рассматривать окуляр телескопа с расстояния 15—25 см, а телескоп направить на светлую поверхность. Диаметр выходного зрачка телескопа равен

где D — диаметр объектива, а Г — увеличение телескопа.

Пространство, лежащее перед первой поверхностью системы, называется пространством предметов, а пространство, лежащее позади последней поверхности,— пространством изображений .

Отношение диаметра падающего пучка света, который может проникнуть через систему (диаметра входного зрачка), к фокусному расстоянию системы называется относительным отверстием, а обратная величина — относительным фокусным расстоянием :

Для обычных телескопов-рефлекторов или рефракторов с одиночной линзой или “тонким” ахроматом (см. § 5, 6) входной зрачок равен диаметру линзы или главного зеркала. Относительное отверстие выражается простой дробью, в знаменателе которой может быть целое число или десятичная дробь, а в числителе единица (1/2,1/4, 1/5,6 и т. д.). Относительное фокусное расстояние в фотографии называется диафрагменным числом (2, 4, 5,6, . ).

Часть лучей наклонного пучка срезается оправами и диафрагмами. Если взглянуть сквозь длиннофокусный фото-объектив и наклонить его, то можно увидеть, что зрачок из круглого превращается в сплюснутый. От этого световой поток уменьшается, уменьшается и освещенность в фокальной плоскости. Этот эффект, называемый виньетированием, снижает освещенность на краю поля.

В телескопе-рефлекторе вторичное зеркало устанавливается на растяжках перед главным. Его оправа и растяжки экранируют часть пучка света, и хотя ни оправа, ни растяжки в окуляр не видны, они несколько снижают световой поток, проходящий через входной зрачок — производят экранирование .

В фокусе телескопа (подзорной трубы или бинокля) устанавливается круглая полевая диафрагма, назначение которой — срезать крайние части поля зрения, испорченные оптическими аберрациями (о них см. § 5, б). Кроме того, вид резко очерченного поля зрения создает зрительный комфорт для наблюдателя Так как фокус окуляра совмещается с фокусом объектива, то полевая диафрагма обычно конструктивно устанавливается в окуляре, в его переднем фокусе.

Линзы и преломление света

Узнайте, как выпуклая и вогнутая линзы влияют на преломление светового луча. Изучите определение мощности линзы, фокусная дистанция, траектория луча света.

Показатель преломления линзы больше воздуха, поэтому луч перемещается к перпендикуляру.

Задача обучения

• Сопоставить воздействие выпуклой и вогнутой линз на световые лучи.

Основные пункты

• Если луч попадает в среду с другим показателем преломления, то изгибается.
• В выпуклой линзе все входящие световые лучи пересекаются в единой точке на противоположной стороне.
• В вогнутой линзе световые лучи отклоняются от оси.
• Чем сильнее воздействует линза на лучи, тем выше ее мощность.
• Мощный конвергентный объектив фокусирует параллельные световые линии ближе к себе и обладает меньшей фокусной дистанцией. Формула для мощности: P = 1/f.

Термины

• Вогнутая линза – обладает как минимум одной вогнутой поверхностью, поэтому проходящие световые лучи изгибаются от оптической оси.
• Выпуклая линза – перемещающиеся световые лучи направляются в фокус.
• Фокальная точка – фокус, где сходятся все световые лучи.

Рефракция сквозь линзы

Линзы можно найти в огромном количестве оптических инструментов (от увеличительного стекла до объектива человеческого глаза). Само слово возникло от латинского для «чечевицы», которая по форме напоминает выпуклую линзу. В выпуклом варианте попадающие световые лучи пересекаются на выходе. Ось – длинная линия, нормальная к объективу в ее центре. Если проследить за лучевым маршрутом, то можно отметить, как он меняет направленность, когда входит и выходит из объектива.

Показатель преломления превышает воздух, поэтому луч перемещается к перпендикуляру на входе и от перпендикуляра на выходе. Форма заставляет свет изгибаться к оси на обеих сторонах. Точка пересечения именуется фокальной. Дистанция от центра к фокусу называется фокусным расстоянием.

Если сфокусировать увеличительным стеклом солнечный свет, то можно поджечь бумагу. Солнечные лучи практически параллельные и пересекаются в фокальной точке объектива. Чем он мощнее, тем ближе к объективу сольются лучи

Чем сильнее линза влияет на лучи, тем выше показатель ее мощности (лучи сливаются ближе к объективу, что сокращает фокусную дистанцию). Мощность вычисляется по формуле:

Вогнутая представляет собою расходящуюся линзу, где лучи отклоняются от оси. В таком случае форма линзы заставляет лучи появляться из фокальной точки. Дистанция от центра объектива к ней – фокусное расстояние. Отметьте, что мощность и фокусное расстояние в рассеивающей линзе выступают отрицательными.

Если дистанция к F = 5 см, то фокусная = -5 см, а мощность объектива – P = -20D. При более детальном изучении можно рассмотреть, как форма линзы влияет на траекторию луча.

Отражение и преломление света. Линзы.

Отражение света — это явление, заключающееся в том, что при падении света из первой среды на границу раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приведет к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела обратно в первую среду.

Червакова Ирина Валериевна

Содержимое разработки

Отражение и преломление света. Линзы.

Выполнил :Минченков Павел КМ21-20

Отражение света

• Отражение света— это явление, заключающееся в том, что при падении света из первой среды на границу раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приведет к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела обратно в первую среду.

Зеркальное и рассеянное отражение света

• При зеркальном отражениисветовые лучи, падающие на поверхность параллельно, сохраняют свою параллельность после отражения.
• Если же параллельность лучей после отражения не сохранилась, то такое отражение называютрассеянным или диффузным.

• Угол отражения равен углу падения.
• Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости

Изображение предметов в плоском зеркале

• Изображение предметов в плоском зеркале получается мнимым, прямым и равным по размерам предмету.

Преломление света

• Явление изменения направления распространения света на границе раздела двух сред при переходе из одной среды в другую называетсяпреломлением света.

Закон преломления света

Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред .

• Этот закон был установлен Снеллиусом (1580 — 1626).

• Линза- это прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.
• Если толщина линзы много меньше радиусов кривизны сферических поверхностей, то она называется тонкой.
• На рисунке обозначается так:

— собирающая — рассеивающая

«Три замечательных луча»

Для построения изображений в тонких линзах

используются следующие лучи:

• 1)Луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления идет через фокус.
• 2)Луч, идущий через фокус, после преломления идёт параллельно главной оптической оси.
• 3)Луч, идущий через оптический центр линзы, не меняет своего направления.

Собирающие линзы

• Линза, у которой середина толще, чем края, называется собирающей

— Двояковыпуклая

— Плосковыпуклая

— Вогнуто-выпуклая

Главный оптический фокус собирающей линзы

• Главный фокус собирающей линзы— точка, в которой собираются лучи, проходящие через линзу параллельно ее главной оптической оси.

Рассеивающие линзы

Линза, у которой середина тоньше, чем края, называется рассеивающей

Главный оптический фокус рассеивающей линзы

• Главный фокус рассеивающей линзы— точка, в которой собираются мнимые продолжения лучей, проходящих через линзу параллельно ее главной оптической оси.

Предмет находится между линзой и главным фокусом

мнимое,

увеличенное,

прямое.

Предмет находится на главном фокусном расстоянии

Предмет находится между главным фокусом и двойным фокусом

Изображение действительное,

перевёрнутое,

увеличенное.

Предмет находится на двойном фокусном расстоянии

перевёрнутое,

в натуральную величину

Предмет находится за двойным фокусным расстоянием

перевёрнутое,

уменьшенное

-75%

Как отражается свет от вогнутой линзы

Перевод раздела про оптическую терминологию из «Canon Lens Work II»

• Формы объектива
• Линза Френеля (Fresnel)
• Асферическая линза
• Воздушная линза
• Реально существующие фотообъективы
• Основы конструкции объектива
• Типы фотообъективов -симметричные (Гаусс, Тессар и т.д.)
• Телеобъектив
• Коэффициент телеобъектива
• Тип объектива с ретрофокусом

Разрешение объектива указывает на способность объектива репродуцировать точку объекта. Разрешение окончательной фотографии зависит от трех факторов: разрешения объектива, разрешения пленки и разрешения фотобумаги. Разрешение оценивается путем фотографирования при оговоренном увеличении диаграммы, состоящей из групп черных и белых полос, которые постепенно все больше сужаются, после чего с помощью микроскопа рассматривают негативное изображение с увеличением в 50 раз.

Диаграммы измерения разрешения

1.Диаграмма разрешения (Коана)

2.Диаграмма разрешения (JIS)

3.Звезда Сименса

4.Диаграмма Хоуллета

5.Диаграмма разрешения с использованием проекции.

Обычно слышишь о разрешении, выражаемом в цифровом измерении, таком, как 50 линий или 100 линий. Эта цифра указывает на число линий на миллиметр самой мелкой черно-белой линейной диаграммы, которая может быть ясно зафиксирована на пленке. Чтобы проверить разрешение одного объектива, используется метод, при котором тонкая диаграмма разрешения помещается в положение, соответствующее плоскости пленки и проецируется через испытываемый объектив на экран. Цифровая величина, используемая для выражения разрешающей способности, лишь указывает на степень возможного разрешения и не показывает ясность или контрастность разрешения.

Контрастность
Это степень различия между участками разных уровней яркости на фотографии. т.е. разница в яркости между светлыми и темными участками. Например, когда ясно видна граница между белым и черным при репродуцировании, то говорят, что контрастность высокая, а когда эта грань неясная, то говорят, что контрастность низкая. В целом, высококачественные объективы дающие высококачественные изображения обладают как высоким разрешением, так и высокой контрастностью.

Диаграмма концепции контрастности

Щелевая диаграмма измерения ФПМ- функции передачи модуляции (MTF)

Функция передачи модуляции это метод оценки работы объектива, используемый для определения степени контрастности репродуцирования или резкости объектива. При оценке электрических характеристик аудио оборудования одним из важных измерений работы является частотная характеристика. В данном случае, когда звук от источника записывается через микрофон, а затем воспроизводится через динамики, частотная характеристика указывает на точность соответствия воспроизводимого звука звуку из источника. Если воспроизводимый звук очень близок к звуку из источника, оборудование классифицируется как “hi-fi” или “высокой точности”. Если рассматривать оптическую систему объектива как “систему для передачи оптических сигналов” таким же образом, как аудио система передает электрические сигналы, можно выяснить, насколько точно передаются оптические сигналы, коль скоро можно измерить частотную характеристику этой оптической системы. В оптической системе эквиваленто м частотной характеристики является “пространственная частота”, показывающая как много узоров или циклов определенной синусовой плотности присутствуют на одном миллиметре ширины. Соответственно единицей измерения пространственной частоты является число линий на 1 мм.
На Рисунке «А» (чуть выше) показаны характеристики ФПМ идеального объектива “hi-fi” при выходе, равном входу. Говорят, что такой объектив обеспечивает контрастность 1:1. Однако, поскольку реальный объектив содержит остаточную аберрацию. реальные пространственные частоты всегда меньше 1:1. По мере увеличения пространственной частоты (т.е. по мере того как система черно-белых синусовых волн становится более тонкой или более плотной) контрастность снижается, как показано на Рисунке, пока наконец не станет серой, на которой невозможно увидеть разницу между черными и белыми полосами (контрастности нет, 1:0) на границе пространственной частоты. Иллюстрации этого явления делается в форме диаграммы с кривой, на которой пространственная частота изображена горизонтальной осью, а контрастность — как вертикальная ось. Другими словами, диаграмма позволяет провести непрерывную проверку разрешения и контрастности (т.е. степени модуляции). Однако, поскольку она показывает характеристики только для одной точки в площади кадра, необходимо использовать данные для нескольких точек, чтобы определить характеристики ФПМ всего изображения.

Цветобаланс
Точность воспроизведения цвета фотоснимка, сделанного через объектив, в сравнении с оригинальным объектом. Цветобаланс во всех объективах EF (Canon) основан на справочных величинах, рекомендуемых ISO (Международной организацией по стандартизации) и находящихся в строгих рамках поля допуска, которое уже, чем допустимые пределы величин CCI (индекс содействия цвету, ИСЦ) ISO.

ИСЦ
Воспроизведение цвета на цветных фотографиях зависит от трех факторов: цветовых характеристик пленки, цветовой температуры источника света, освещающего объект, и светопередающих характеристик объектива. Индекс содействия цвету это индекс, указывающий на “количество вариаций цвета, вызываемых различиями фильтрующего эффекта объективов”, когда используются стандартная пленка и источник света, и выражаемый тремя цифрами в форме 0/5/4. Эти три цифры — относительные величины, выражаемые логорифмами коэффициента пропускания объектива на длинах волн голубого- фиолетового/зеленого/красного цветов, соответствующих трем слоям светочувствительных эмульсий цветной пленки, причем более высокие цифры представляют собой более высокий коэффициент пропускания. Однако, поскольку фотообъективы поглощают большую часть длин ультрафиолетовых волн, коэффициент пропускания голубого/фиолетового цветов обычно равен нулю, поэтому цветовой баланс оценивается путем сравнения величин зеленых и красных волн со справочными величинами для объектива, указанными ISO. Характеристики справочного значения ISO для пропускания света были установлены на основании метода, предложенного Японией, связанного с тем, что была взята средняя величина пропускания 57 стандартных объективов, включающих пять моделей представительных производителей объективов, включая “Canon”. Полученная рекомендуемая справочная величина 0/5/4 используется производителями пленки как отправная точка при проектировании характеристик воспроизведения цветов цветной пленки. Другими словами, если характеристики пропускания света объектива не соответствуют справочным величинам ISO, то нельзя получить характеристики воспроизведения цветов, планировавшиеся производителем.

Периферийное освещение
Яркость объектива определяется числом F, однако эта величина лишь показывает яркость в положении оптической оси, т.е. в центре изображения. Яркость (освещенность поверхности изображение) по границе изображения называется периферийным освещением и выражается в процентах от объема освещения в центре изображения. На периферийное освещение оказывает влияние виньетирование объектива и теорема косинусов 4, и оно неизбежно хуже, чем освещение центра изображения.

Степень освещенности плоскости изображения, показывающая характеристики периферийного освещения 1.Высота изображения (мм)

Виньетирование
Световые лучи, входящие в объектив по краям площади снимка, частично блокируются рамками объектива как перед диафрагмой, так и за ней, мешая всем лучам проходить через эффективную апертуру( диаметр диафрагмы) и вызывая ослабление освещения в периферийных участках изображения. Этот тип виньетирования можно ликвидировать путем дифрагмирования объектива.

Теорема косинусов 4
Теорема косинусов 4 гласит, что ухудшение освещения в периферийных участках изображения увеличивается по мере увеличения угла зрения, даже если объектив полностью свободен от виньетирования. Периферийное изображение образуется пучками лучей света поступающими в объектив под определенным углом по отношению к оптической оси, и количество уменьшающегося света пропорционально косинусу этого угла, возведенному в четвертую степень. Поскольку это закон физики, его невозможно избежать. Однако при широкоугольном объективе, имеющем широкий угол зрения, уменьшение периферийного освещения можно предотвратить путем увеличения эффективности диафрагмы объектива (соотношения площади входного зрачка на оси и площади входного зрачка вне оси).

Сокращение освещения в соответствии с теоремой косинусов

Затенение
Явление, при котором свет, входящий в объектив, частично блокируется такими помехами, как конец светозащитной бленды объектива или рамки фильтра, вызывающее либо потемнение углов изображения, либо общее посветление изображения. Затенение это общий термин, используемый для тех случаев, когда изображение ухудшается каким-либо препятствием, блокирующим световые лучи, которые на самом деле должны достигать изображения.

Размытие
Свет, отраженный от поверхностей объектива, внутренней части тубуса объектива и внутренних стенок футляра зеркала камеры, может достичь пленки и частично или полностью завуалировать площадь изображения, ухудшив резкость изображения. Эти вредные отражения называются размытием. Хотя размытие можно намного уменьшить путем покрытия поверхностей объектива и мерами внутри тубуса объектива и камеры, направленными против отражения, полностью нельзя уничтожить размытие для всех условий, в которых находятся объекты съемки. Поэтому желательно пользоваться соответствующей светозащитной блендой объектива, когда это возможно.
Термин “размытие” также используется, когда речь идет об эффектах нерезкости и ореола, вызываемых сферической аберрацией и комой.

Размытие и паразитное изображение

Паразитное изображение
Вид размытия, появляющийся, когда солнце или другой мощный источник света включается в сцену, и сложный ряд отражений между поверхностями объектива вызывает появление четко обозначенного отражения в изображении в положении, симметрично противоположном источнику света. Это явление отличают от размытия при помощи термина “паразитное изображение” благодаря тому, что оно похоже на призрак.
Паразитные изображения, вызванные отражениями поверхностей перед диафрагмой, имеют такую же форму, как диафрагма, в то время как паразитное изображение, вызванное отражениями позади диафрагмы, появляется как световое вуалирование участка, находящегося не в фокусе. Поскольку паразитные изображения могут также вызываться мощными источниками света вне площади снимка, рекомендуется применять светозащитные бленды или другие затеняющие устройства, чтобы блокировать нежелательный свет. Будет иметь место паразитное изображение, когда делается снимок или нет, можно проверить заранее, если посмотреть через видоискатель и использовать функцию проверки глубины резкости камеры, чтобы закрыть объектив для фактической апертуры, которая будет использована во время съемки.

Покрытие -просветление
Когда свет поступает в объектив и выходит из него, приблизительно 5 процентов света отражается назад на каждой границе между объективом и воздухом из-за разницы в показателях преломления. Это не только уменьшает количество света проходящего через объектив, но также может привести к повторным отражениям, которые вызывают ненужные размытие и паразитные изображения. Чтобы предотвратить это отражение, объективы обрабатываются специальным покрытием. В основном это делается при помощи вакуумного напыления, чтобы покрыть объектив тонкой пленкой толщиной 1/4 длины волны света, на который она должна действовать, состоящей из вещества (такого, как фторид магния) с показателем преломления равным корню квадратному из числа “n”, где число “n” это показатель преломления стекла объектива. Однако вместо одного покрытия, влияющего только на одну длину волны, объективы ЕF имеют лучшее многослойное покрытие (многослойное напыление пленки, снижающее степень отражени я до 0,2-0,3%), надежно предотвращающее отражение всех длин волн видимого спектра света. Однако, покрытие объектива имеет целью не только предотвращение отражения. Покрытие различных элементов объектива соответствующей пленкой с разными свойствами играет роль в обеспечении всей системы объектива оптимальными характеристиками цветового баланса.

Оптическое стекло
Оптическое стекло изготавливается специально для применения в точных оптических изделиях, таких, как фотообъективы и микроскопы. В отличие от стекла общего назначения оптическое стекло обеспечено постоянными точными характеристиками преломления и дисперсии( точность до шести знаков после запятой) и отвечает строгим требованиям, касающимся прозрачности и отсутствия таких дефектов, как свиль, коробление и пузырьки. Типы оптического стекла классифицируются по его составу и оптической постоянной (число Аббе=vd), и сегодня существует больше 250 типов такого стекла. Для объективов высшего качества материалы выбираются из различных типов оптического стекла и из них образуют оптимальные сочетания. Стекло с vd 50 или менее единиц называется флинт (F), а стекло с vd 55 или более единиц называется кроном (К). Каждый тип стекла подвергается дальнейшей классификации по другим характеристикам, таким, как удельный вес (материалы с большим удельным весом клас сифицируется как S, в то время как материалы с низким удельным весом классифицируются как L), и каждому типу стекла присваивается свой серийный номер.

Число Аббе
Цифровое выражение дисперсии оптического стекла с использованием греческого символа v. Оно также называется оптической константой. Число Аббе определяется следующей формулой, в которой используется показатель преломления для трех линий Фраунхофера: F (голубая), d (желтая) и с (красная).
Число Аббе=vd=nd-1/nF-nc . Диаграмма распределения характеристик оптического стекла это диаграмма, в которой числа Аббе использованы в качестве горизонтальной оси, а линия d показателя преломления — в качестве вертикальной.
Диаграмма оптического стекла, флюоритного и UD стекла (68кб 1599х1145 pix)

Линии Фраунхофера
Линии поглощения, открытые в 1814 году немецким физиком по имени Фраунхофер (1787-1826), образующие спектр поглощения, присутствующий в непрерывном спектре света, испускаемого солнцем, создаваемые влиянием газов в атмосферах солнца и земли. Поскольку каждая линия расположена на постоянной длине волны, эти линии используются как отправные точки при определении цветовых характеристик (длин волн) оптического стекла. Показатель преломления оптического стекла измеряется на основе девяти длин волн, отобранных из линий Фраунхофера (см. таблицу 4). При проектировании объективов расчеты для корректирования хроматических аберраций также основаны на этих длинах волн.

Длины волн и линии спектра

Код линии спектра	i	h	g	F	e	d	C	r	t
Длина волны (nm)	365,0	404,7	435,8	486,1	546,1	587,6	656,3	706,5	1014
Цвет	ультра-фиолет	зеленый	фиолетово — голубой	голубой	зеленый	желтый	красный	красный	инфра-красный

Флюорит
У флюорита крайне низкие показатели преломления и дисперсии по сравнению с оптическим стеклом и особые характеристики частичной дисперсии (необычная частичная дисперсия), которые допускают практически идеальную коррекцию хроматических аберраций в сочетании с оптическим стеклом. Этот факт был известен давно, и в 1880 году природный флюорит использовался практически в апохроматических линзах объективов микроскопов. Однако, поскольку природный флюорит встречается только небольшими кусочками, его практически нельзя использовать в фотообъективах. Решая эту проблему, “Канон” в 1968 году добилась успеха в создании технологии производства крупных искусственных кристаллов, открыв тем самым дверь к применению флюорита в фотообъективах.

UD-объектив
Объектив, изготовленный из специального оптического стекла, обладающего оптическими характеристиками, аналогичными флюориту. Элементы UD-объектива особенно эффективны при корректировке хроматических аберраций в супертелефотообъективах. Два элемента UD-объектива по характеристикам эквивалентны одному элементу из флюорита. “UD” означает “сверхнизкую дисперсию” .

Положительные линзы	Выпуклая линза	Двояковыпуклая линза	Выпуклый мениск
Дисперсные линзы	Вогнутая линза	Двояковогнутая линза	Вогнутый

Наверх Линза Френеля (Fresnel)
Тип положительной линзы, образованной путем точного разделения выпуклой поверхности выпуклой линзы на множество концентрических кругообразных кольцевых линз и их сочетания с целью максимально сократить толщину линзы, в то же время сохраняя ее функцию как выпуклой линзы. Чтобы эффективно направить периферийный рассеянный свет в окуляр в однообъективном зеркальном фотоаппарате, сторона, противоположная матовой поверхности фокусировочного экрана, образуется как ступенчатая линза с шагом 0,05 мм. Линзы Фреснеля также широко применяются в фотовспышках. На них указывают концентрические окружности, видные на белом рассеивающем экране, покрывающем лампу фотовспышки. Примером гигантской линзы Фреснеля может служить проекционная линза, использовавшаяся для проецирования света от маяка.

Асферическая линза
Фотообъективы обычно конструируются из нескольких отдельных линз, которые, если конкретно не указано что-то иное, имеют сферические поверхности. Поскольку все поверхности сферические, становится особенно трудно исправить сферическую аберрацию в объективах с большой диафрагмой и дисторсии в сверхширокоугольных объективах. Специальная линза с поверхностью, изогнутой в идеальной форме для коррекции этих аберраций, т.е. линза, имеющая свободно изогнутую поверхность, которая не является сферической, называется асферической линзой. Теория и полезность асферических линз были известны с первых дней изготовления линз, однако из-за исключительной сложности практической обработки и точного измерения асферических поверхностей, методы производства асферических линз не были внедрены в практику до достаточно недавнего времени.
Первым объективом для зеркального фотоаппарата, включавшим асферическую линзу, был объектив FD 55 mm f/1.2 AL фирмы “Canon”, выпущенный в марте 1971 года. (“Лейка”предложила объектив “Ноктилюкс” 55mm f/1.2 с асферическими поверхностями для своих камер дальномеров задолго до 1971 года). Благодаря революционным достижениям в технологии производства с тех пор в нынешней группе объективов EF “Канон” широко используются различные типы асферических линз, таких, как матовые и полированные асферические линзы, сверхточные стеклянные литые асферические линзы и реплицированные асферические линзы.

Воздушная линза
Воздушное пространство между стеклянными линзами, составляющими фотообъектив можно представить себе как линзы, состоящие из стекла, обладающие таким же показателем преломления, как воздух (1,0). Воздушное пространство, с самого начала спроектированное с учетом такой концепции, называется воздушной линзой. Поскольку преломление воздушной линзы противоположно преломлению стеклянной, выпуклая форма действует как вогнутая линза, а вогнутая форма действует как выпуклая линза. Этот принцип был впервые выдвинут в 1898 году человеком по имени Эмиль фон Хёг, работавшем в немецкой компании “Гёрц”.

Диаграмма концепции воздушной линзы

Реально существующие фотообъективы
Когда смотришь на увеличенное изображение объекта через увеличительное стекло, зачастую края изображения бывают искажены или обесцвечены, хотя центр изображения и бывает четким. Это указывает на то, что одно-линзовый объектив страдает многими видами аберрации и не может воспроизвести изображение, ясно очерченное от одного конца до другого. Из-за этого фотообъективы строятся из нескольких линз с различной формой и характеристиками, с тем чтобы получить резкое изображение по всей площади фотоснимка. Эта основная конструкции объектива указана в разделе спецификаций буклетов и инструкций с указанием линз и групп линз. На рисунке 33 показан пример объектива EF 85 mm f/1.2L USM , состоящий из 8 линз и 7 групп линз.

Конструкция объектива EF 85mm f/1.2 USM

Основы конструкции объектива
Существует пять основных конструкций, используемых в объективах с одним фокусным расстоянием общего назначения. Первый тип с одной линзой является простейшим, состоит из одной или двух соединенных линз. Второй и третий это двойные объективы, состоящие из двух независимых линз. Четвертый тип это триплеты, объективы, состоящий из трех независимых линз, расположенных в такой последовательности: выпуклая-вогнутая-выпуклая. Пятый тип — симметричный, состоящий из двух групп по одной или больше линз одинаковой формы и конфигурации в группе, симметрично ориентированных вокруг диафрагмы.

Основные группы линз в объективах

-Объективы с одним фокусным расстоянием

Симметричные.
В объективах этого типа группа линз за диафрагмой имеет почти такую же конфигурацию и форму, как группа линз, расположенная перед диафрагмой. Симметричные объективы классифицируются далее на различные типы, такие, как тип Гаусса, тройной, тип Тессар, тип Топкон и ортометрический. Из них наиболее широко используется объектив конфигурации Гаусса и его вариации, потому что

• а)его симметрическая конструкция обеспечивает хорошо сбалансированную коррекцию всех типов аберрации и
• б) можно достичь сравнительно длинного заднего фокуса.

Характерные типы фотообъективов

Телеобъектив
В обычных фотообъективах общая длина объектива (расстояние от вершины передней линзы до фокальной плоскости) больше, чем фокусное расстояние. Обычно это не так в объективах с особенно большим фокусным расстоянием, однако, потому что использование обычной конструкции объектива привело бы к созданию слишком громоздкого неуправляемого объектива. Чтобы сохранить размер такого объектива разумной величины, в то же время обеспечивая большое фокусное расстояние, комплект вогнутой (отрицательной) линзы располагается позади комплекта основной выпуклой (положительной) линзы, в результате чего получается объектив, который короче своего фокусного расстояния. Объективы такого типа называются телеобъективами. В таком объективе вторая главная точка расположена перед передней линзой объектива.

-Коэффициент телеобъектива
Отношение общей длинны телеобъектива к его фокусному расстоянию называется коэффициентом телеобъектива. Другими словами, это величина расстояния от вершины передней линзы до фокальной плоскости, разделенная на фокусное расстояние. Для телеобъектива эта величина меньше единицы. Для справки: коэффициент телеобъектива EF 300 mm f/2.8 L USM равен 0,91, а телеобъектива EF 600 mm f/4 L USM — 0,78.

Тип объектива с ретрофокусом
У широкоугольных объективов обычной конструкции такой короткий задний фокус, что их нельзя использовать в однообъективных зеркальных фотоаппаратах, потому что они будут мешать качательному движению главного зеркала вверх-вниз. В силу этого широкоугольные объективы для таких камер имеют конструкцию, противоположную конструкции телеобъективов, в которой комплект отрицательных линз расположен перед комплектом главной линзы. Это перемещает вторую главную точку за объектив (между самой последней линзой и плоскостью пленки) и создает объектив с задним фокусом, который длиннее фокусного расстояния. Обычно объектив такого типа называется ретрофокусным по названию изделия, выпущенного на рынок французской компанией “Энженю компани”. С оптической точки зрения этот тип объектива классифицируется как инвертированный телеобъектив.

Зум-объектив из четырех групп линз
Зум-объектив стандартной конфигурации с четко разграниченными функциями четырех групп линз (фокусировочная группа, группа изменение увеличения, группа коррекции и группа формирования изображения). Две группы — изменения увеличения и коррекции — двигаются во время изменения фокусного расстояния. Поскольку при такой конструкции легко достичь кратности изменения фокусного расстояния с большим увеличением, она обычно используется в объективах кинокамер и в телеЗум-объективах однообъективных зеркальных фотоаппаратов. Однако из-за проблем, возникающих во время разработки компактных Зум-объективов, ее использование становится не таким широким в современных обычных Зум-объективах. В серии объективов EF у объектива EF 100-300 mm F/5.6L конструкция очень похожа на этот тип.

Фокусировка и способы движения объектива Методы перемещения объектива для фокусировки можно в общем разделить на пять типов, описанных ниже.
Общее линейное удлинение
Вся оптическая система объектива движется прямо взад и вперед при фокусировке. Яркими примерами объективов, в которых используется этот тип фокусировки являются EF 28 mm f/2.8, EF 35 mm f/2 и EF 50 mm f/1.8 II. (T-S-45mm f/2.8 это заднефокусный объектив, а TS-E 24 mm f/ 3.5L это общее линейное удлинение с подвижной системой.) Линейное удлинение передней группы
Задняя группа остается неподвижной, и только передняя группа двигается прямо взад и вперед во время фокусировки. Примерами объективов с линейным удлинением передней группы могут служить объективы EF 50 mm f/2.5 Компакт Макро, EF 100 f/2.8 Макро, EF 50 mm f/1.0L USM и EF 85 mm f/1.2L USM.
Вращательное удлинение передней группы
Отдел тубуса объектива, содержащий переднюю группу вращается, перемещая переднюю группу взад и вперед во время фокусировки. Этот тип фокусировки используется только в Зум-объективах и не встречается в объективах с единым фокусным расстоянием. Яркими примерами объективов, в которых применен этот метод, являются EF 35-80 mm f/4-5.6 USM и EF 100-300mm f/5.6L. Поскольку кольцо подсоединения фильтра и бленда вращаются вместе с объективом во время фокусировки, при съемке через оконное стекло необходимо внимательно следить за тем, чтобы конец объектива не соприкасался со стеклом.
Внутренняя фокусировка
Фокусировка осуществляется путем перемещения одной или нескольких групп линз, расположенных между передней группой линз и диафрагмой. Задняя фокусировка
Фокусировка осуществляется путем перемещения одной или нескольких групп линз, расположенных позади диафрагмы.
Подвижная система
Обычные фотообъективы сконструированы для того, чтобы достичь оптимального равновесия компенсации аберрации лишь на одной общепринятой дистанции съемки. Таким образом, хотя аберрации хорошо компенсированы при справочной дистанции съемки, они увеличиваются при других дистанциях съемки ( в особенности при съемке с близкого расстояния) и вызывают ухудшение качества изображения. Чтобы этого не произошло, применяется подвижная система, меняющая интервал между определенными линзами в соответствии с величиной удлинения. Это метод также называют механизмом компенсации аберрации при съемке с небольшого расстояния.

Съемочное расстояние (расстояние до камеры)
Расстояние от плоскости пленки (фокальной плоскости) до объекта.
Положение плоскости пленки обозначено на верхней части большинства фотоаппаратов знаком “ ”.

Съемочное расстояние, расстояние до объекта, расстояние до изображения

Расстояние до объекта
Расстояние от передней главной точки объектива до объекта.
Расстояние до изображения
Расстояние от задней главной точки объектива до плоскости пленки, когда объектив сфокусировн на объекте с определенного расстояния.
Величина удлинения
При объективе, который перемещает всю оптическую систему взад и вперед во время фокусировки, величина движения объектива, необходимая для фокусировки объекта на ограниченном расстоянии от положения “бесконечность” фокуса.
Расстояние внутри камеры
Расстояние от переднего края тубуса объектива до плоскости пленки.
Рабочее расстояние
Расстояние от переднего края тубуса объектива до объекта. Это важный фактор, в особенности при съемке крупных планов и фотоувеличениях.
Увеличение изображений
Соотношение (соотношение длины) между фактическим размером объекта и размером изображения, воспроизведенного на пленке. Макросъемочный объектив с показателем увеличения 1:1 может воспроизводить изображение на пленке такого же размера, как первоначальный объект (в натуральную величину). Увеличение обычно выражается как пропорциональная величина, показывающая размер изображения по сравнению с реальным объектом. (Например, увеличение 1:4 выражается как 0,25Х.)

Соотношение между фокусным расстоянием. величиной удлинения (общим удлинением) и увеличением

R=(r+f) 2 /r + e =f(M+1) 2 /M + e
M=y’/y =r/f

Поляризованный свет
Поскольку свет это один из видов электромагнитных волн, можно рассматривать его как однородные колебания по всем направлениям, расположенные перпендикулярно направлению его распространения. Такой тип света называется естественным (или естественным поляризованным ) светом. Если направление колебаний естественного света становится в силу каких-то причин поляризованным, то этот свет называют поляризованным. Когда естественный свет отражается от поверхности стекла или воды, к примеру, отраженный свет колеблется только в одном направлении и полностью поляризован. Кроме того, в солнечный день свет с участка неба, идущий от солнца под углом 90 градусов, становится поляризованным под воздействием молекул и частиц в атмосфере. Полузеркала, используемые в автофокусе однообъективных зеркальных камер, также вызывают поляризацию света.

Естественно поляризованная электромагнитная волна.

Поляризующий фильтр с линейно падающей характеристикой Это фильтр, пропускающий свет, колеблющийся только в определенном направлении. Поскольку фокус колебаний света, пропускаемого через фильтра по своему характеру линейный, фильтр называется поляризующим фильтром с линейно падающей характеристикой (ЛПХ-фильтр). Такой фильтр ликвидирует отражения от стекла и воды так же, как кольцевой поляризационный фильтр, однако его нельзя эффективно использовать с большинством камер с автоэкспозицией и автофокусом, так как это вызовет ошибки в экспозиции в камерах типа АЕ , оснащенных системой измерений через объектив (ТТL), использующих полузеркала, и приведет к ошибкам в камерах AF, включающих дальномерные системы, использующие полупрозрачные зеркала.

Кольцевой поляризационный фильтр
Функционально кольцевой поляризационный фильтр такой же, как ЛПХ-фильтр, так как он пропускает только свет с определенным направлением колебаний. Однако свет, проходящий через кольцевой фильтр, отличается от света, проходящего через ЛПХ-фильтр, тем, что фокус колебаний вращается по спирали в направлении, в котором он распространяется. Таким образом, фильтр не мешает эффекту полузеркал, сохраняя функции ТТL-АE и AF. Когда вы используете поляризующий фильтр с камерой EOS, не забывайте всегда пользоваться кольцевым поляризующим фильтром. Эффективность кольцевого поляризующего фильтра в ликвидации отраженного света такая же, как у ЛПХ-фильтра.

Зрение, оптическая резкость
Способность глаза различать детали формы объекта. Выражается как числовая величина, показывающая минимальный угол зрения, при котором глаз может ясно различать две точки или линии, т.е. разрешение глаза по сравнению с разрешением 1′ . (Cоотношение с 1′ принимается за 1.)

Приспосорбляемость глаза
Приспособляемость глаза к тому, чтобы менять свою преломляющую способность, с тем чтобы формировать образ объекта на сетчатке. Положение, при котором глаз обладает минимальной преломляющей способностью, называется состоянием покоя приспособляемости.

Нормальное зрение, эмметропия
Состояние глаза, при котором на задней части сетчатки образуется изображение бесконечно далекой точки в момент, когда глаз находится в состоянии покоя приспособляемости.

Дальнозоркость
Состояние глаза, при котором изображение бесконечно далекой точки формируется на сетчатке, когда глаз находится в состоянии покоя приспособляемости.

Близорукость
Состояние глаза, при котором изображение бесконечно далекого объекта формируется перед сетчаткой, когда глаз находится в состоянии покоя приспособляемости.

Астигматизм
Состояние глаза, при котором существует астигматизм на зрительной оси глаза.

Пресбиопия (старческая дальнозоркость)
Состояние глаза, при котором способность глаза фокусироваться ослабляется в связи со старением человека. В фотоаппарате оно аналогично положению с фиксированной фокальной точкой при небольшой глубине резкости.

Минимальное расстояние ясного видения
Ближайшее расстояние, на котором глаз с нормальным зрением может видеть объект без напряжения. Считается, что это расстояние равно 25 см (0,8 фута).

Диоптр
Степень, в которой лучи света собираются в пучок или рассеиваются , выходя из видоискателя. Стандартный диоптр всех камер EOS установлена на -1. Эта установка имеет целью сделать так, чтобы изображение в видоискателе виделось как бы с расстояние в 1 м. Таким образом, если человек не может ясно видеть изображение в видоискателе, значит он должен присоединить к окуляру камеры объектив регулировки диоптра, обладающий способностью, когда он добавляется к стандартному диоптру видоискателя, позволять легко видеть объект на расстоянии одного метра. Числовые величины, отпечатанные на диоптрийном приспособлении объектива EOS, указывают общий диоптр, получаемый, когда объектив регулировки диоптра присоединен к камере.

Родственные ссылки

» Другие статьи раздела Оптика » Эта статья от пользователя Gosha » Самая читаемая статья из раздела Оптика: Оптика, основные понятия и термины. Часть первая » Последние статьи раздела Оптика: Оптика, основные понятия и термины. Часть первая ¤ Перевести статью в страницу для печати ¤ Послать эту cтатью другу