Šta je optičko sočivo. Objektivi. Karakteristike i vrste sočiva. Formula tankih sočiva

Svi znaju da se fotografski objektiv sastoji od optičkih elemenata. Većina fotografskih objektiva koristi sočiva kao takve elemente. Objektivi u fotografskom objektivu nalaze se na glavnoj optičkoj osi, formirajući optičku shemu objektiva.

Optičko sferično sočivo - to je prozirni homogeni element, ograničen sa dvije sferne ili jednom sfernom i drugom ravnom površinom.

U modernim fotografskim objektivima, oni se takođe široko koriste, aspherical sočiva čiji se oblik površine razlikuje od sfere. U ovom slučaju mogu postojati parabolične, cilindrične, torične, konusne i druge zakrivljene površine, kao i površine okretanja sa osom simetrije.

Objektivi se mogu napraviti od razne sorte optičko staklo, kao i prozirna plastika.

Čitava raznolikost sferičnih leća može se svesti na dvije glavne vrste: Okupljanje(ili pozitivna, konveksna) i Rasipanje(ili negativan, konkavni). Konvergentna sočiva u centru su deblja nego na ivicama, naprotiv Difuzna sočiva u centru su tanja nego na ivicama.

U konvergentnim sočivima, paralelne zrake koje prolaze kroz njega su fokusirane u jednoj tački iza sočiva. U divergentnim sočivima, zraci koji prolaze kroz sočivo se raspršuju na strane.

ill. 1. Sabirna i divergentna sočiva.

Samo pozitivna sočiva može dati slike objekata. AT optički sistemi ah davanje prave slike (posebno sočiva) divergentna sočiva se mogu koristiti samo u kombinaciji sa kolektivnim.

Prema obliku poprečnog presjeka razlikuje se šest glavnih tipova sočiva:

1. bikonveksna konvergentna sočiva;
2. plano-konveksna konvergentna sočiva;
3. konkavno-konveksna konvergentna sočiva (menisci);
4. bikonkavna difuzna sočiva;
5. plosko-konkavna difuzna sočiva;
6. konveksno-konkavna difuzna sočiva.

ill. 2. Šest tipova sfernih sočiva.

Sferne površine sočiva mogu imati različite zakrivljenost(stepen konveksnosti/konkavnosti) i različiti aksijalna debljina.

Pogledajmo ove i neke druge koncepte detaljnije.

ill. 3. Elementi bikonveksnog sočiva

Na slici 3 možete vidjeti formiranje bikonveksnog sočiva.

• C1 i C2 su centri sfernih površina koje omeđuju sočivo, nazivaju se centri zakrivljenosti.
• R1 i R2 su poluprečnici sfernih površina sočiva ili poluprečnika zakrivljenosti.
• Prava koja povezuje tačke C1 i C2 se zove glavna optička osa sočiva.
• Točke preseka glavne optičke ose sa površinama sočiva (A i B) nazivaju se vrhovi sočiva.
• Udaljenost od tačke A do tačke B pozvao aksijalna debljina sočiva.

Ako se paralelni snop svjetlosnih zraka usmjeri na sočivo iz točke koja leži na glavnoj optičkoj osi, tada će se nakon prolaska kroz nju skupiti u tački F, koji je također na glavnoj optičkoj osi. Ova tačka se zove glavni fokus sočiva i udaljenosti f od sočiva do ove tačke - glavna žižna daljina.

ill. 4. Glavni fokus, glavna žižna ravan i žižna daljina sočiva.

Avion MN okomito na glavnu optičku osu i prolazi kroz glavni fokus naziva se glavna fokalna ravan. Ovdje se nalazi fotoosjetljiva matrica ili fotoosjetljivi film.

Žižna daljina sočiva direktno zavisi od zakrivljenosti njegovih konveksnih površina: što su poluprečniki zakrivljenosti manji (tj. što je izbočenje veće) - to je žižna daljina kraća.

Optički uređaji- uređaji u kojima je zračenje bilo koje regije spektra(ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno) konvertovan(prenošeno, reflektovano, prelomljeno, polarizovano).

Odajući počast istorijskoj tradiciji, optičkim uređajima se obično nazivaju uređaji koji rade u vidljivoj svjetlosti.

Samo u početnoj proceni kvaliteta uređaja main njegov karakteristike:

• luminoznost- sposobnost koncentriranja zračenja;
• moć razlučivanja- sposobnost razlikovanja susjednih detalja slike;
• povećati- odnos veličine objekta i njegove slike.
• Za mnoge uređaje, definišuća karakteristika je linija vida- ugao pod kojim se može vidjeti iz centra uređaja ekstremne tačke predmet.

Snaga rezolucije (sposobnost)- karakteriše sposobnost optičkih instrumenata da daju odvojene slike dve tačke objekta blizu jedna drugoj.

Naziva se najmanja linearna ili ugaona udaljenost između dve tačke iz koje se spajaju njihove slikegranica linearne ili kutne rezolucije.

Sposobnost uređaja da razlikuje dvije bliske tačke ili linije je zbog talasne prirode svjetlosti. Numerička vrijednost moći razlučivanja, na primjer, sistema sočiva, zavisi od sposobnosti dizajnera da se nosi sa aberacijama sočiva i pažljivo centrira ova sočiva na istoj optičkoj osi. Teorijska granica rezolucije dvije susjedne točke slike definirana je kao jednakost udaljenosti između njihovih centara polumjeru prvog tamnog prstena njihove difrakcijske šare.

Povećati. Ako je objekt dužine H okomit na optičku osu sistema, a dužina njegove slike je h, tada je povećanje m određeno formulom:

m = h/H .

Povećanje zavisi od žižne daljine i relativnog položaja sočiva; postoje odgovarajuće formule za izražavanje ove zavisnosti.

Važna karakteristika uređaja za vizuelno posmatranje je prividno povećanje M. Određuje se iz omjera veličine slika objekta koje se formiraju na mrežnjači prilikom direktnog posmatranja objekta i njegovog pregleda putem uređaja. Obično se prividno povećanje M izražava omjerom M = tgb/tga, gdje je a ugao pod kojim posmatrač vidi objekat golim okom, a b je ugao pod kojim oko posmatrača vidi objekat kroz uređaj.

Glavni dio svakog optičkog sistema je sočivo. Objektivi su dio gotovo svih optičkih uređaja.

Objektiv – optički prozirno tijelo omeđeno dvije sferne površine.

Ako je debljina samog sočiva mala u odnosu na polumjere zakrivljenosti sfernih površina, tada se leća naziva tanka.

Objektivi su okupljanje i rasipanje. Konvergentno sočivo je deblje u sredini nego na ivicama, dok je divergentno sočivo, naprotiv, tanje u sredini.

Vrste sočiva:

• konveksan:
  • bikonveksan (1)
  • plano-konveksan (2)
  • konkavno-konveksno (3)

• konkavno:
  • bikonkavni (4)
  • ravno-konkavna (5)
  • konveksno-konkavno (6)

Osnovne oznake u objektivu:

Prava linija koja prolazi kroz centre zakrivljenosti O 1 i O 2 sfernih površina naziva se glavna optička os sočiva.

U slučaju tankih sočiva, približno možemo pretpostaviti da glavna optička os seče sa sočivom u jednoj tački, koja se obično naziva optički centar sočiva O. Snop svjetlosti prolazi kroz optički centar sočiva bez odstupanja od prvobitnog smjera.

Optički centar sočiva Tačka kroz koju prolaze svjetlosne zrake, a da ih sočiva ne prelamaju.

Glavna optička osa- prava linija koja prolazi kroz optički centar sočiva, okomita na sočivo.

Sve linije koje prolaze kroz optički centar se nazivaju bočne optičke ose.

Ako je snop zraka paralelan glavnoj optičkoj osi usmjeren na sočivo, tada će se zraci (ili njihov nastavak) nakon prolaska kroz sočivo skupiti u jednoj tački F, koja se naziva glavni fokus sočiva. At tanko sočivo postoje dva glavna žarišta koja se nalaze simetrično na glavnoj optičkoj osi u odnosu na sočivo. Konvergentna sočiva imaju stvarna žarišta, divergentna sočiva imaju zamišljena žarišta.

Snopovi zraka paralelni jednoj od bočnih optičkih ose, nakon prolaska kroz sočivo, takođe se fokusiraju na tačku F", koja se nalazi na preseku bočne ose sa žižnom ravninom F, odnosno ravni okomitoj na glavne optičke ose i prolazi kroz glavni fokus.

fokalna ravan- prava linija okomita na glavnu optičku osu sočiva i koja prolazi kroz fokus sočiva.

Udaljenost između optičkog centra sočiva O i glavnog fokusa F naziva se žižna daljina. Označava se istim slovom F.

Prelamanje paralelnog snopa zraka u sabirnoj leći.

Prelamanje paralelnog snopa zraka u divergentnom sočivu.

Tačke O 1 i O 2 su centri sfernih površina, O 1 O 2 je glavna optička os, O je optički centar, F je glavni fokus, F "je sekundarni fokus, OF" je sekundarna optička os, F je fokalna ravan.

Na crtežima su tanka sočiva prikazana kao segment sa strelicama:

prikupljanje: raspršivanje:

Glavno svojstvo sočiva– sposobnost davanja slika objekata. Slike su direktno i naopačke, validan i imaginarni, uvećano i smanjena.

Položaj slike i njena priroda mogu se odrediti pomoću geometrijskih konstrukcija. Da biste to učinili, koristite svojstva nekih standardnih zraka čiji je tok poznat. To su zraci koji prolaze kroz optički centar ili jedno od žarišta sočiva, kao i zraci paralelni s glavnom ili jednom od sekundarnih optičkih ose. Za izgradnju slike u objektivu koriste se bilo koje dvije od tri zraka:

Zraka koja pada na sočivo paralelno sa optičkom osom, nakon prelamanja, prolazi kroz fokus sočiva.

Snop koji prolazi kroz optički centar sočiva se ne lomi.

Snop koji prolazi kroz fokus sočiva nakon prelamanja ide paralelno sa optičkom osom.

Položaj slike i njena priroda (stvarna ili imaginarna) također se mogu izračunati pomoću formule za tanko sočivo. Ako je udaljenost od objekta do sočiva označena sa d, a udaljenost od sočiva do slike sa f, tada se formula tankog sočiva može napisati kao:

Naziva se vrijednost D, recipročna vrijednost žižne daljine optička snaga sočiva.

Jedinica optičke snage je dioptrija (dptr). Dioptrija - optička snaga sočiva sa žižnom daljinom od 1 m: 1 dioptrija \u003d m -1

Uobičajeno je pripisati žižne daljine sočiva određene znakove: za konvergentno sočivo F > 0, za divergentno sočivo F< 0.

Količine d i f također se pridržavaju određeno pravilo znakovi:
d > 0 i f > 0 - za stvarne objekte (odnosno, stvarne izvore svjetlosti, a ne nastavke zraka koji konvergiraju iza sočiva) i slike;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Tanke leće imaju niz nedostataka koji ne dopuštaju dobivanje visokokvalitetnih slika. Distorzije koje se javljaju tokom formiranja slike nazivaju se aberacije. Glavne su sferne i hromatske aberacije.

Sferna aberacija manifestuje se u činjenici da u slučaju širokih svetlosnih snopova, zraci daleko od optičke ose ga prelaze van fokusa. Formula tankih leća vrijedi samo za zrake blizu optičke ose. Slika udaljenog tačkastog izvora, stvorena širokim snopom zraka koje prelama sočivo, je zamućena.

Hromatska aberacija nastaje zbog činjenice da indeks prelamanja materijala sočiva zavisi od talasne dužine svetlosti λ. Ovo svojstvo prozirnog medija naziva se disperzija. Žižna daljina sočiva je drugačija za svetlost sa različite dužine valovi, što dovodi do zamućenja slike pri korištenju nemonokromatskog svjetla.

U modernim optičkim uređajima ne koriste se tanka sočiva, već složeni sistemi sa više sočiva u kojima se različite aberacije mogu približno eliminirati.

Formiranje stvarne slike objekta konvergentnom lećom koristi se u mnogim optičkim uređajima, kao što su kamera, projektor itd.

Ako želite stvoriti visokokvalitetan optički uređaj, trebali biste optimizirati skup njegovih glavnih karakteristika - osvjetljenje, rezoluciju i uvećanje. Ne možete napraviti dobar teleskop, na primjer, postizanjem samo sjajnog vidljivo povećanje i ostavljajući mali otvor (otvor blende). Imaće lošu rezoluciju, jer direktno zavisi od otvora blende. Dizajn optičkih uređaja je veoma raznolik, a njihove karakteristike su diktirane namenom pojedinih uređaja. Ali pri prevođenju bilo kojeg dizajniranog optičkog sistema u gotov optičko-mehanički uređaj, potrebno je sve optičke elemente postaviti u strogom skladu s prihvaćenom shemom, sigurno ih fiksirati, osigurati precizno podešavanje položaja pokretnih dijelova i postaviti dijafragme za uklanjanje neželjena pozadina raspršenog zračenja. Često je potrebno održavati zadane vrijednosti temperature i vlažnosti unutar uređaja, minimizirati vibracije, normalizirati raspodjelu težine, osigurati odvođenje topline iz svjetiljki i druge pomoćne električne opreme. Priložena vrijednost izgled instrument i jednostavnost upotrebe.

Mikroskop, lupa, lupa.

Ako gledamo kroz pozitivno (sabirno) sočivo na predmet koji se nalazi iza sočiva ne dalje od njegove žarišne tačke, tada vidimo uvećanu imaginarna slika predmet. Takvo sočivo je jednostavan mikroskop i naziva se lupa ili lupa.

Iz optičkog dizajna možete odrediti veličinu uvećane slike.

Kada je oko podešeno na paralelni snop svjetlosti (slika predmeta je na neodređenoj udaljenosti, što znači da se objekt nalazi u fokalnoj ravni sočiva), prividno povećanje M može se odrediti iz relacije: M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, gdje je f žižna daljina sočiva, v je udaljenost najbolja vizija, tj. najkraća udaljenost na koje oko dobro vidi uz normalnu akomodaciju. M se povećava za jedan kada se oko podesi tako da virtuelna slika objekta bude na najboljoj vidnoj udaljenosti. Mogućnost prilagođavanja svim ljudima je različita, s godinama se pogoršavaju; 25 cm se smatra razdaljinom najboljeg vida normalnog oka. U vidnom polju jednog pozitivnog sočiva, sa udaljenosti od njegove ose, oštrina slike se brzo pogoršava zbog poprečnih aberacija. Iako postoje lupe sa uvećanjem od 20 puta, njihovo tipično povećanje je od 5 do 10. Uvećanje složenog mikroskopa, koji se obično naziva jednostavno mikroskop, dostiže 2000 puta.

Teleskop.

Teleskop povećava vidljivu veličinu udaljenih objekata. Šema najjednostavnijeg teleskopa uključuje dva pozitivna sočiva.

Zraci iz udaljenog objekta, paralelni sa osom teleskopa (zrake a i c na dijagramu), prikupljaju se u stražnjem fokusu prvog sočiva (objektiv). Drugo sočivo (okular) je udaljeno od žižne ravni sočiva svojom žižnom daljinom, a zraci a i c izlaze iz njega opet paralelno sa osom sistema. Neka zraka b, koja ne dolazi iz tačaka objekta iz kojih dolaze zraci a i c, pada pod uglom a prema osi teleskopa, prolazi kroz prednji fokus objektiva i nakon toga ide paralelno sa osom sistema. Okular ga usmjerava u stražnji fokus pod uglom b. Budući da je udaljenost od prednjeg fokusa sočiva do oka posmatrača zanemariva u odnosu na udaljenost do objekta, onda se iz dijagrama može dobiti izraz za prividno povećanje M teleskopa: M = -tgb /tga = - F/f" (ili F/f). Negativan znak označava da je slika obrnuta. U astronomskim teleskopima tako i ostaje; u teleskopima za posmatranje zemaljskih objekata rotirajući sistem se koristi za gledanje normalnih, a ne obrnutih slika. sistem može uključivati ​​dodatna sočiva ili, kao u dvogledu, prizme.

Dvogled.

Binokularni teleskop, koji se obično naziva dvogled, je kompaktan instrument za posmatranje s oba oka u isto vrijeme; njegovo uvećanje je obično 6 do 10 puta. Dvogled koristi par sistema za okretanje (najčešće - Porro), od kojih svaki uključuje dvije pravokutne prizme (sa bazom pod uglom od 45 °), orijentirane prema pravokutnim stranama.

Da bi se postiglo veliko uvećanje u širokom vidnom polju bez aberacija sočiva, a time i značajno vidno polje (6-9°), dvogledu je potreban okular vrlo visokog kvaliteta, bolji od teleskopa sa uskim vidnim poljem. Okular dvogleda omogućava fokusiranje slike, a uz korekciju vida, - njegova skala je označena u dioptrijama. Osim toga, u dvogledu se položaj okulara prilagođava udaljenosti između očiju promatrača. Obično se dvogledi označavaju prema njihovom uvećanju (u višestrukim) i prečniku sočiva (u milimetrima), kao što je 8*40 ili 7*50.

Optički nišan.

Bilo koji teleskop za zemaljska osmatranja može se koristiti kao optički nišan, ako se u bilo kojoj ravni njegovog slikovnog prostora nanesu jasne oznake (rešetke, oznake) koje odgovaraju datoj namjeni. Tipičan dizajn mnogih vojnih optičkih instalacija je takav da sočivo teleskopa otvoreno gleda u metu, a okular je u poklopcu. Takva shema zahtijeva prekid optičke ose nišana i korištenje prizmi za njegovo pomicanje; iste prizme pretvaraju obrnutu sliku u ravnu. Sistemi sa pomakom u optičkoj osi nazivaju se periskopski. Tipično, optički nišan se izračunava tako da se izlazna zenica ukloni sa zadnje površine okulara na dovoljnoj udaljenosti da zaštiti oko nišandžije od udarca u ivicu teleskopa kada se oružje povuče.

Daljinomjer.

Optički daljinomjeri, koji mjere udaljenost do objekata, su dvije vrste: monokularni i stereoskopski. Iako se razlikuju po strukturnim detaljima, glavni dio optičke sheme im je isti i princip rada je isti: nepoznata stranica trokuta se određuje iz poznate stranice (baze) i dva poznata ugla trokuta . Dva paralelno orijentirana teleskopa, razdvojena rastojanjem b (baza), grade slike istog udaljenog objekta tako da se čini da se iz njih promatra u različitim pravcima(veličina mete može poslužiti i kao osnova). Ako sa nekim prihvatljivim optički uređaj da se kombinuju polja slike oba teleskopa tako da se mogu posmatrati istovremeno, ispada da su odgovarajuće slike objekta prostorno odvojene. Daljinomjeri postoje ne samo s punim preklapanjem polja, već i sa polovičnim poljima: gornja polovina prostora slike jednog teleskopa spojena je s donjom polovinom prostora slike drugog. U takvim uređajima, koristeći odgovarajući optički element, prostorno razdvojene slike se kombinuju i izmerena vrednost se određuje iz relativnog pomeranja slika. Često prizma ili kombinacija prizmi služi kao element za smicanje.

MONOKULARNI daljnomjer. A - pravougaona prizma; B - pentaprizme; C - objektivi sočiva; D - okular; E - oko; P1 i P2 - fiksne prizme; P3 - pokretna prizma; I 1 i I 2 - slike polovina vidnog polja

U krugu monokularnog daljinomjera prikazanom na slici, ovu funkciju obavlja prizma P3; povezana je sa skalom kalibriranom u izmjerenim udaljenostima do objekta. Pentaprizme B se koriste kao reflektori svjetlosti pod pravim uglom, jer takve prizme uvijek odbijaju upadni svjetlosni snop za 90°, bez obzira koliko su precizno postavljene u horizontalnoj ravni instrumenta. U stereoskopskom daljinomjeru, posmatrač vidi slike stvorene pomoću dva teleskopa sa oba oka odjednom. Baza takvog daljinomera omogućava posmatraču da percipira položaj objekta u zapremini, na određenoj dubini u prostoru. Svaki teleskop ima mrežu sa oznakama koje odgovaraju vrijednostima raspona. Posmatrač vidi skalu udaljenosti koja seže duboko u prikazani prostor i pomoću nje određuje udaljenost objekta.

Rasvjeta i projekcijske uređaje. Reflektori.

U optičkoj shemi reflektora, izvor svjetlosti, kao što je krater električnog luka, nalazi se u fokusu paraboličnog reflektora. Zrake koje izlaze iz svih tačaka luka reflektuju se od paraboličnog ogledala koje su skoro paralelne jedna s drugom. Snop zraka se malo divergira jer izvor nije svjetlosna tačka, već volumen konačne veličine.

Diascope.

Optička šema ovog uređaja, dizajnirana za gledanje prozirnih folija i prozirnih okvira u boji, uključuje dva sistema sočiva: kondenzator i projekciono sočivo. Kondenzator ravnomjerno osvjetljava prozirni original, usmjeravajući zrake u projekciono sočivo, čime se gradi slika originala na ekranu. Projekciono sočivo omogućava fokusiranje i zamjenu njegovih sočiva, što vam omogućava promjenu udaljenosti do ekrana i veličine slike na njemu. Optička šema filmskog projektora je ista.

DIJASKOPSKA ŠEMA. A - folije; B - kondenzator sočiva; C - sočiva projekcijskog sočiva; D - ekran; S - izvor svjetlosti

Spektralni instrumenti.

Glavni element spektralnog uređaja može biti disperzivna prizma ili difrakciona rešetka. U takvom uređaju svjetlo se prvo kolimira, tj. se formira u snop paralelnih zraka, zatim se razlaže u spektar i, konačno, slika ulaznog proreza uređaja fokusira se na njegov izlazni prorez za svaku valnu dužinu spektra.

Spektrometar.

U ovom manje-više univerzalnom laboratorijskom uređaju sistemi za kolimiranje i fokusiranje mogu se rotirati u odnosu na centar stola, na kojem se nalazi element koji razlaže svjetlost u spektar. Uređaj ima skale za očitavanje uglova rotacije, na primjer, disperzivne prizme, i uglova devijacije nakon nje različitih komponenti boja spektra. Na osnovu rezultata takvih očitavanja, na primjer, mjere se indeksi prelamanja prozirnih čvrstih tijela.

Spektrograf.

Ovo je naziv uređaja u kojem se dobijeni spektar ili njegov dio snima na fotografskom materijalu. Spektar možete dobiti iz prizme napravljene od kvarca (opseg 210-800 nm), stakla (360-2500 nm) ili kamena sol(2500-16000 nm). U onim rasponima spektra gdje prizme slabo apsorbiraju svjetlost, slike spektralnih linija u spektrografu su svijetle. U spektrografima sa difrakcijskim rešetkama, potonji obavljaju dvije funkcije: razlažu zračenje u spektar i fokusiraju komponente boje na fotografski materijal; takvi uređaji se također koriste u ultraljubičastom području.

Kamera je zatvorena svetlo-nepropusna komora. Slika fotografisanih objekata se stvara na fotografskom filmu pomoću sistema sočiva, koji se naziva sočivo. Poseban zatvarač vam omogućava da otvorite sočivo tokom ekspozicije.

Značajka rada kamere je da na ravnom fotografskom filmu treba dobiti dovoljno oštre slike objekata koji se nalaze na različitim udaljenostima.

U ravni filma oštre su samo slike objekata koji se nalaze na određenoj udaljenosti. Fokusiranje se postiže pomeranjem sočiva u odnosu na film. Slike tačaka koje ne leže u oštroj pokazivačkoj ravni su zamagljene u obliku krugova raspršenja. Veličina d ovih krugova može se smanjiti zaustavljanjem sočiva, tj. smanjenje omjera blende a/F. Ovo rezultira povećanjem dubine polja.

Objektiv modernog fotoaparata sastoji se od nekoliko sočiva spojenih u optičke sisteme (na primjer, optička shema Tessar). Broj sočiva u objektivima najjednostavnijih fotoaparata je od jedan do tri, a u modernim skupim fotoaparatima i do deset ili čak osamnaest.

Optički dizajn Tessar

Optičkih sistema u sočivu može biti od dva do pet. Gotovo sve optička kola Oni su raspoređeni i rade na isti način - fokusiraju zrake svjetlosti koji prolaze kroz sočiva na fotoosjetljivu matricu.

Kvaliteta slike na slici zavisi samo od objektiva, da li će fotografija biti oštra, da li se oblici i linije neće izobličiti na slici, da li će dobro preneti boje - sve to zavisi od svojstava objektiva , stoga je sočivo jedno od naj važnih elemenata moderna kamera.

Objektivna sočiva se izrađuju od specijalnih vrsta optičkog stakla ili optičke plastike. Izrada sočiva je jedna od najčešćih skupe operacije kreiranje kamere. U poređenju staklenih i plastičnih leća, vrijedi napomenuti da su plastična sočiva jeftinija i lakša. Danas su većina jeftinih objektiva amaterskih kompaktnih fotoaparata napravljena od plastike. No, takvi objektivi su skloni ogrebotinama i nisu toliko izdržljivi, nakon otprilike dvije-tri godine postaju zamućeni, a kvaliteta fotografija ostavlja mnogo da se poželi. Optika kamere je skuplja od optičkog stakla.

Danas je većina kompaktnih objektiva fotoaparata napravljena od plastike.

Između sebe, sočiva objektiva su zalijepljena ili povezana pomoću vrlo precizno proračunatih metalnih okvira. Lijepljenje sočiva je mnogo češće od metalnih okvira.

projekcijski aparat dizajniran za snimanje velikih razmjera. Sočivo O projektora fokusira sliku ravnog objekta (slajd D) na udaljeni ekran E. Sistem sočiva K, nazvan kondenzator, je dizajniran da koncentriše svjetlost izvora S na slajd. Ekran E stvara zaista uvećanu obrnutu sliku. Uvećanje aparata za projekciju može se promeniti zumiranjem ili udaljavanjem ekrana E uz promenu rastojanja između folija D i sočiva O.

Objektiv naziva se prozirno tijelo omeđeno dvije krivolinijske (najčešće sferne) ili zakrivljene i ravne površine. Sočiva se dijele na konveksna i konkavna.

Sočiva kod kojih je sredina deblja od ivica nazivaju se konveksna. Sočiva koja su tanja u sredini od ivica nazivaju se konkavna sočiva.

Ako je indeks loma sočiva veći od indeksa prelamanja okruženje, zatim u konveksnom sočivu, paralelni snop zraka nakon prelamanja se pretvara u silazni snop. Takva sočiva se nazivaju okupljanje(Sl. 89, a). Ako se u sočivu paralelni snop transformiše u divergentni snop, tada ova sočiva nazivaju se raspršivanjem(Sl. 89, b). Konkavna sočiva, u kojima je vanjski medij zrak, raspršuju se.

O 1 , O 2 - geometrijski centri sfernih površina koje ograničavaju sočivo. Pravo O 1 O 2 koja povezuje centre ovih sfernih površina naziva se glavna optička os. Obično razmatramo tanka sočiva čija je debljina mala u odnosu na polumjere zakrivljenosti njenih površina, tako da tačke C 1 i C 2 (vrhovi segmenta) leže blizu jedna drugoj, mogu se zamijeniti jednom tačkom O, koja se naziva optički centar sočiva (vidi sliku 89a). Svaka ravna linija povučena kroz optički centar sočiva pod uglom u odnosu na glavnu optičku os naziva se sekundarna optička os(A 1 A 2 B 1 B 2).

Ako snop zraka paralelan glavnoj optičkoj osi padne na konvergentno sočivo, tada se nakon prelamanja u sočivu skupljaju u jednoj tački F, koja se naziva glavni fokus sočiva(Sl. 90, a).

U fokusu divergentnog sočiva seku se nastavci zraka, koji su prije prelamanja bili paralelni njegovoj glavnoj optičkoj osi (slika 90, b). Fokus divergentnog sočiva je zamišljen. Postoje dva glavna fokusa; nalaze se na glavnoj optičkoj osi na istoj udaljenosti od optičkog centra sočiva na suprotnim stranama.

Recipročna vrijednost žižne daljine sočiva naziva se njegova optička snaga. optička snaga sočiva D.

Jedinica optičke snage sočiva u SI je dioptrija. Dioptrija je optička snaga sočiva sa žižnom daljinom od 1 m.

Optička snaga sabirnog sočiva je pozitivna, a divergentnog sočiva negativna.

Ravan koja prolazi kroz glavni fokus sočiva okomita na glavnu optičku osu naziva se focal(Sl. 91). Snop zraka koji pada na sočivo paralelno s nekom sekundarnom optičkom osom prikuplja se u tački presjeka ove ose sa žarišnom ravninom.

Konstrukcija slike tačke i predmeta u sabirnoj leći.

Da biste izgradili sliku u sočivu, dovoljno je uzeti dvije zrake iz svake točke predmeta i pronaći njihovu presječnu točku nakon prelamanja u sočivu. Pogodno je koristiti zrake čija je putanja nakon prelamanja u sočivu poznata. Dakle, snop koji pada na sočivo paralelno sa glavnom optičkom osom, nakon prelamanja u sočivu, prolazi kroz glavni fokus; snop koji prolazi kroz optički centar sočiva se ne lomi; snop koji prolazi kroz glavni fokus sočiva, nakon prelamanja, ide paralelno sa glavnom optičkom osom; snop koji pada na sočivo paralelno sa sekundarnom optičkom osom, nakon prelamanja u sočivu, prolazi kroz tačku preseka ose sa žižnom ravninom.

Neka svjetleća tačka S leži na glavnoj optičkoj osi.

Odaberemo proizvoljan snop i povučemo bočnu optičku os paralelnu s njim (slika 92). Odabrani snop će proći kroz tačku preseka sekundarne optičke ose sa fokalnom ravninom nakon prelamanja u sočivu. Tačka preseka ovog snopa sa glavnom optičkom osom (drugi snop) daće stvarnu sliku tačke S - S`.

Razmotrite konstrukciju slike objekta u konveksnom sočivu.

Neka tačka leži izvan glavne optičke ose, tada se slika S` može konstruisati korišćenjem bilo koje dve zrake prikazane na Sl. 93.

Ako se objekat nalazi u beskonačnosti, tada će se zraci ukrštati u fokusu (slika 94).

Ako se objekat nalazi iza tačke dvostrukog fokusa, onda će slika ispasti stvarna, inverzna, smanjena (kamera, oko) (slika 95).

Obična sočiva Postoje dvije različite vrste: pozitivne i negativne. Ova dva tipa su poznata i kao konvergentna i divergentna jer pozitivna sočiva prikupljaju svjetlost i formiraju sliku izvora, dok negativna raspršuju svjetlost.

Karakteristike jednostavnih sočiva

U zavisnosti od oblika, postoje okupljanje(pozitivno) i rasipanje(negativna) sočiva. Grupa konvergentnih sočiva obično uključuje sočiva kod kojih je sredina deblja od njihovih rubova, a grupa divergentnih sočiva su sočiva čiji su rubovi deblji od sredine. Treba napomenuti da je to tačno samo ako je indeks prelamanja materijala sočiva veći od indeksa prelamanja okoline. Ako je indeks loma sočiva manji, situacija će biti obrnuta. Na primjer, mjehur zraka u vodi je bikonveksna difuzna leća.

Objektivi se po pravilu odlikuju svojom optičkom snagom (mjereno u dioptrijama), odnosno žižnom daljinom.

Za izradu optičkih uređaja s korigovanom optičkom aberacijom (prvenstveno kromatskom aberacijom zbog disperzije svjetlosti, akromatima i apohromatima) bitna su i druga svojstva sočiva i njihovih materijala, na primjer indeks loma, koeficijent disperzije i propusnost materijala. u odabranom optičkom opsegu.

Ponekad su sočiva/optički sistemi sočiva (refraktori) posebno dizajnirani za upotrebu u medijima sa relativno visokim indeksom prelamanja (vidi imerzioni mikroskop, imerzione tečnosti).

Vrste sočiva: Okupljanje: 1 - bikonveksan 2 - plano-konveksan 3 - konkavno-konveksan (pozitivni (konveksni) meniskus) Rasipanje: 4 - bikonkavno 5 - ravno-konkavno 6 - konveksno-konkavno (negativni (konkavni) meniskus)

Korištenje sočiva za promjenu oblika valnog fronta. Ovdje ravni talasni front postaje sferičan dok prolazi kroz sočivo

Konveksno-konkavno sočivo se naziva meniskusa i može biti kolektivna (zadebljava se prema sredini), raspršena (debljava prema ivicama) ili teleskopska (žižna daljina je beskonačna). Tako, na primjer, leće naočala za kratkovidne obično su negativni menisci.

Suprotno popularnoj zabludi, optička snaga meniskusa sa istim radijusima nije nula, već pozitivna, i zavisi od indeksa prelamanja stakla i od debljine sočiva. Meniskus, čiji su centri zakrivljenosti u jednoj tački, naziva se koncentrično sočivo (optička snaga je uvijek negativna).

Karakteristično svojstvo konvergentnog sočiva je sposobnost prikupljanja zraka koji upadaju na njegovu površinu u jednoj tački koja se nalazi na drugoj strani sočiva.

Glavni elementi sočiva: NN - optička os - prava linija koja prolazi kroz centre sfernih površina koje ograničavaju sočivo; O - optički centar - tačka koja se, za bikonveksna ili bikonkavna (sa istim poluprečnikom površine) sočiva, nalazi na optičkoj osi unutar sočiva (u njegovom centru). Bilješka. Putanja zraka prikazana je kao u idealiziranom (tankom) sočivu, bez indikacije prelamanja na stvarnom međuprostoru između medija. Dodatno, prikazana je pomalo preuveličana slika bikonveksnog sočiva.

Ako se svjetleća tačka S postavi na određenoj udaljenosti ispred konvergentne leće, tada će snop svjetlosti usmjeren duž ose proći kroz sočivo, a da se ne prelama, a zraci koji ne prolaze kroz centar će se lomiti prema optičkom osi i sijeku se na njoj u nekoj tački F, koja će i biti slika tačke S. Ova tačka se naziva konjugirani fokus, ili jednostavno fokus.

Ako svjetlost iz veoma udaljenog izvora padne na sočivo, čije se zrake mogu predstaviti kao da putuju u paralelnom snopu, tada će se po izlasku iz sočiva zraci lomiti pod većim uglom i tačka F će se kretati na optičkom ose bliže sočivu. U ovim uslovima, tačka preseka zraka koji izlaze iz sočiva naziva se fokus F', a udaljenost od centra sočiva do fokusa je žižna daljina.

Zrake koje upadaju na divergentno sočivo, po izlasku iz njega, prelamaju se prema ivicama sočiva, odnosno raspršuju se. Ako se ove zrake nastave u suprotnom smjeru kako je na slici prikazano isprekidanom linijom, tada će se konvergirati u jednoj tački F, koja će biti fokus ovo sočivo. Ovaj fokus će imaginarni.

Prividni fokus divergentnog sočiva

Ono što je rečeno o fokusu na optičkoj osi podjednako važi i za one slučajeve kada je slika tačke na kosoj liniji koja prolazi kroz centar sočiva pod uglom u odnosu na optičku os. Zove se ravan okomita na optičku os i koja se nalazi u fokusu sočiva fokalna ravan.

Sabirna sočiva se mogu usmjeriti na predmet s bilo koje strane, zbog čega se zrake koje prolaze kroz sočivo mogu prikupiti s jedne ili druge njegove strane. Dakle, sočivo ima dva fokusa - front i pozadi. Nalaze se na optičkoj osi sa obe strane sočiva na žižnoj daljini od glavnih tačaka sočiva.

a) Tipovi sočiva.

Optička sočiva koja su deblja u sredini nego na rubu nazivaju se konvergentna sočiva; naprotiv, ako je rub deblji od sredine, onda se sočiva ponašaju kao

rasipanje. Prema obliku poprečnog presjeka razlikuju se: bikonveksna, plano-konveksna, konkavno-konveksna sabirna sočiva; bikonkavna, plano-konkavna, konveksno-konkavna difuzna sočiva.

Tanka sočiva u prvoj aproksimaciji se mogu posmatrati kao dvije naslagane tanke prizme (sl. 217, 218). Tok zraka se može pratiti na Gartl paku.

konvergentno sočivo koncentriše paralelne zrake u jednoj tački iza sočiva, u fokusu (Sl. 219)

divergentno sočivo pretvara paralelni snop zraka u divergentni snop koji kao da je van fokusa (Sl. 220).

Vrste sočiva

Refleksija i prelamanje svjetlosti se koristi za promjenu smjera zraka ili, kako kažu, za kontrolu svjetlosnih zraka. To je osnova za stvaranje posebnih optičkih instrumenata, kao što su, na primjer, lupa, teleskop, mikroskop, kamera i drugi. glavni dio većina njih je sočivo. Na primjer, naočale su leće zatvorene u okvir. Već ovaj primjer pokazuje koliko je upotreba sočiva važna za osobu.

Na primjer, na prvoj slici boca je onakva kakvu je vidimo u životu,

a na drugom, ako ga gledamo kroz lupu (isto sočivo).

U optici se najčešće koriste sferna sočiva. Takva sočiva su tijela napravljena od optičkog ili organskog stakla, omeđena dvije sferne površine.

Leće su prozirna tijela ograničena s obje strane zakrivljenim površinama (konveksnim ili konkavnim). Prava linija AB koja prolazi kroz centre C1 i C2 sfernih površina koje omeđuju sočivo naziva se optička os.

Ova slika prikazuje preseke dva sočiva sa centrima u tački O. Prvo sočivo prikazano na slici naziva se konveksno, drugo se naziva konkavno. Tačka O koja leži na optičkoj osi u centru ovih sočiva naziva se optički centar sočiva.

Jedna od dvije granične površine može biti ravna.

desno - konkavno.

Razmotrit ćemo samo sferna sočiva, odnosno sočiva ograničena s dvije sferne (sferične) površine.
Leće omeđene sa dve konveksne površine nazivaju se bikonveksne; sočiva ograničena s dvije konkavne površine nazivaju se bikonkavna.

Usmjeravajući snop zraka paralelno glavnoj optičkoj osi sočiva na konveksno sočivo, vidjet ćemo da se nakon prelamanja u sočivu ovi zraci skupljaju u tački koja se naziva glavni fokus sočiva.

Slika 63 objašnjava djelovanje sabirnih i divergentnih sočiva. Leće se mogu predstaviti kao veliki broj prizmi. Pošto prizme odbijaju zrake, kao što je prikazano na slikama, jasno je da sočiva sa izbočenjem u sredini sakupljaju zrake, a sočiva sa izbočenjem na ivicama ih raspršuju. Sredina sočiva djeluje kao ravnoparalelna ploča: ne odbija zrake ni u konvergentnom ni u divergentnom sočivu

Na crtežima su konvergentna sočiva označena kao što je prikazano na slici lijevo, a divergentna - na slici desno.

Svjetlost je elektromagnetno zračenje koje oko percipira vizualnim osjetom.

• Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti: svjetlost u homogenom mediju širi se pravolinijski
• Izvor svjetlosti čije su dimenzije male u odnosu na udaljenost do ekrana naziva se tačkasti izvor svjetlosti.

• Upadni snop i reflektovani snop leže u istoj ravni sa okomicom koja je vraćena na reflektujuću površinu u tački upada. Upadni ugao jednaka uglu refleksije.
• Ako se tačkasti objekat i njegov odraz zamijene, putanja zraka se neće promijeniti, samo će se promijeniti njihov smjer.

Reflektirajuća površina koja zijeva naziva se ravno ogledalo ako snop paralelnih zraka koji pada na nju ostane paralelan nakon refleksije.

• Sočivo čija je debljina mnogo manja od radijusa zakrivljenosti njegovih površina naziva se tanko sočivo.
• Sočivo koje pretvara snop paralelnih zraka u konvergentni i skuplja ga u jednu tačku naziva se konvergentno sočivo.
• Sočivo koje pretvara snop paralelnih zraka u divergentne - divergentne.

Za konvergentno sočivo

Za divergentna sočiva:

Na svim pozicijama objekta, sočivo daje smanjenu, imaginarnu, direktnu sliku koja leži na istoj strani sočiva kao i predmet.

Svojstva oka:

• akomodacija (postiže se promjenom oblika sočiva);
• adaptacija (prilagođavanje različitim uslovima osvjetljenje);
• oštrina vida (sposobnost odvojene razlike između dvije bliske tačke);
• vidno polje (prostor koji se posmatra kada se oči pomeraju, a glava miruje)

defekti vida

miopija (korekcija - divergentno sočivo);

dalekovidost (korekcija - konvergentno sočivo).

Tanko sočivo je najjednostavniji optički sistem. Jednostavne tanke leće koriste se uglavnom u obliku naočara za naočale. Osim toga, dobro je poznata upotreba sočiva kao povećala.

Djelovanje mnogih optičkih uređaja - projekcijske lampe, kamere i drugih uređaja - može se shematski uporediti s djelovanjem tankih sočiva. Međutim, tanko sočivo daje dobru sliku samo u tome relativno rijedak slučaj kada je moguće ograničiti se na uski jednobojni snop koji dolazi iz izvora duž glavne optičke ose ili pod velikim uglom prema njoj. U većini praktičnih problema, gde ovi uslovi nisu ispunjeni, slika koju proizvodi tanko sočivo je prilično nesavršena.
Stoga se u većini slučajeva pribjegava izgradnji složenijih optičkih sistema sa veliki broj lomne površine i nisu ograničene zahtjevom blizine ovih površina (zahtjev koji tanko sočivo zadovoljava). [ četiri ]

4.2 Fotografski aparati. Optički uređaji.

Sve optički instrumenti mogu se podijeliti u dvije grupe:

1) uređaji pomoću kojih se na ekranu dobijaju optičke slike. To uključuje projekcijske uređaje, kamere, filmske kamere itd.

2) uređaji koji rade samo u sprezi sa ljudskim očima i ne formiraju slike na ekranu. To uključuje lupu, mikroskop i razne instrumente teleskopskog sistema. Takvi uređaji se nazivaju vizualni.

Kamera.