Mis on optiline objektiiv. Objektiivid. Objektiivide omadused ja tüübid. Õhuke läätse valem

Kõik teavad, et fotoobjektiiv koosneb optilistest elementidest. Enamikus fotoobjektiivides kasutatakse selliste elementidena objektiive. Fotoobjektiivi objektiivid asuvad optilisel peateljel, moodustades objektiivi optilise skeemi.

Optiline sfääriline lääts - see on läbipaistev homogeenne element, mis on piiratud kahe sfäärilise või ühe sfäärilise ja teise tasase pinnaga.

Kaasaegsetes fotoobjektiivides kasutatakse neid laialdaselt, ka asfäärilised läätsed, mille pinnakuju erineb sfäärist. Sel juhul võivad esineda paraboolsed, silindrilised, toorilised, koonilised ja muud kõverad pinnad, aga ka sümmeetriateljega pöördepinnad.

Objektiivi saab valmistada erinevaid sorte optiline klaas, aga ka läbipaistev plastik.

Kogu sfääriliste läätsede valikut saab taandada kahte põhitüüpi: Kogunemine(või positiivne, kumer) ja Hajumine(või negatiivne, nõgus). Keskel asuvad koonduvad läätsed on paksemad kui servades, vastupidi, keskel asuvad hajutavad läätsed on õhemad kui servades.

Koonduvates läätsedes fokusseeritakse seda läbivad paralleelsed kiired ühte punkti läätse taha. Lahknevates läätsedes hajuvad läätse läbivad kiired külgedele.

haige. 1. Koguvad ja lahknevad läätsed.

Ainult positiivsed läätsed oskab anda objektidest pilte. AT optilised süsteemid ah reaalse pildi andmine (eriti objektiivid) lahknevaid objektiive saab kasutada ainult koos kollektiiviga.

Ristlõike kuju järgi eristatakse kuut peamist läätsetüüpi:

1. kaksikkumerad koonduvad läätsed;
2. tasapinnalised kumerad koonduvad läätsed;
3. nõgus-kumerad koonduvad läätsed (meniskud);
4. kaksiknõgusad hajutavad läätsed;
5. tasapinnalised nõgusad hajutavad läätsed;
6. kumerad-nõgusad hajutavad läätsed.

haige. 2. Kuut tüüpi sfäärilisi läätsi.

Objektiivi sfäärilised pinnad võivad olla erinevad kumerus(kumerusaste / nõgusus) ja erinevad aksiaalne paksus.

Vaatleme neid ja mõnda muud mõistet üksikasjalikumalt.

haige. 3. Kaksikkumerläätse elemendid

Joonisel 3 on näha kaksikkumera läätse moodustumist.

• C1 ja C2 on läätse piiravate sfääriliste pindade keskpunktid, neid nimetatakse kõveruskeskmed.
• R1 ja R2 on läätse sfääriliste pindade raadiused või kõverusraadiused.
• Nimetatakse punkte C1 ja C2 ühendavat joont optiline põhitelg läätsed.
• Optilise peatelje lõikepunkte läätse pindadega (A ja B) nimetatakse nn. objektiivi tipud.
• Kaugus punktist A asja juurde B helistas aksiaalne läätse paksus.

Kui optilisel peateljel asuvast punktist suunatakse objektiivile paralleelne valguskiirte kiir, siis pärast selle läbimist kogunevad need punkti. F, mis asub ka optilisel peateljel. Seda punkti nimetatakse põhifookus objektiivid ja kaugus f objektiivist selle punktini - peamine fookuskaugus.

haige. 4. Põhifookus, põhifookustasand ja objektiivi fookuskaugus.

Lennuk MN risti optilise peateljega ja põhifookuse läbimist nimetatakse peamine fookustasand. Siin asub valgustundlik maatriks ehk valgustundlik kile.

Objektiivi fookuskaugus sõltub otseselt selle kumerate pindade kumerusest: mida väiksemad on kumerusraadiused (st mida suurem on kühm), seda lühem on fookuskaugus.

Optilised seadmed- seadmed, milles spektri mis tahes piirkonna kiirgus(ultraviolett, nähtav, infrapuna) konverteeritud(edastatakse, peegeldub, murdub, polariseerub).

avaldades austust ajaloolisele traditsioonile, optilisi seadmeid nimetatakse tavaliselt seadmeteks, mis töötavad nähtavas valguses.

Seadme kvaliteedi esialgsel hinnangul ainult peamine tema omadused:

• heledus- kiirguse kontsentreerimise võime;
• lahutusvõime- võime eristada külgnevaid pildi detaile;
• suurendama- objekti suuruse ja selle kujutise suhe.
• Paljude seadmete puhul on määravaks tunnuseks vaateväli- nurk, mille all on seadme keskelt näha äärmuslikud punktid teema.

Eraldusvõime (võime)- iseloomustab optiliste instrumentide võimet anda eraldi kujutisi objekti kahest üksteise lähedal asuvast punktist.

Nimetatakse väikseimat lineaarset või nurkkaugust kahe punkti vahel, millest alates nende kujutised ühinevadlineaarne või nurkeraldusvõime piir.

Seadme võime eristada kahte lähedast punkti või joont tuleneb valguse lainelisest olemusest. Näiteks objektiivisüsteemi lahutusvõime arvväärtus sõltub disaineri võimest tulla toime läätse aberratsioonidega ja tsentreerida need läätsed hoolikalt samale optilisele teljele. Kahe kõrvuti asetseva pildipunkti teoreetiline eraldusvõime piir on määratletud kui nende keskpunktide ja nende difraktsioonimustri esimese tumeda rõnga raadiuse vaheline kaugus.

Suurendama. Kui objekt pikkusega H on risti süsteemi optilise teljega ja selle kujutise pikkus on h, määratakse suurendus m valemiga:

m = h/H .

Suurendus sõltub fookuskaugustest ja läätsede suhtelisest asendist; selle sõltuvuse väljendamiseks on olemas vastavad valemid.

Visuaalse vaatluse seadmete oluline omadus on näiv suurendus M. See määratakse võrkkestale tekkivate objekti kujutiste suuruse suhte järgi objekti otsesel vaatlusel ja selle seadme kaudu uurimisel. Tavaliselt väljendatakse M näivat suurenemist suhtega M = tgb/tga, kus a on nurk, mille all vaatleja objekti palja silmaga näeb, ja b on nurk, mille all vaatleja silm näeb objekti läbi seadme.

Iga optilise süsteemi põhiosa on objektiiv. Objektiivid on osa peaaegu kõigist optilistest seadmetest.

Objektiiv – optiliselt läbipaistev keha, mis on piiratud kahe sfäärilise pinnaga.

Kui läätse enda paksus on sfääriliste pindade kõverusraadiustega võrreldes väike, siis nimetatakse läätse õhukeseks.

Objektiivid on kogunemine ja hajumine. Koonduv lääts on keskelt paksem kui servadest, samas kui lahknev lääts, vastupidi, on keskelt õhem.

Objektiivide tüübid:

• kumer:
  • kaksikkumer (1)
  • tasapinnaline kumer (2)
  • nõgus-kumer (3)

• nõgus:
  • kaksiknõgus (4)
  • tasapinnaline-nõgus (5)
  • kumer-nõgus (6)

Objektiivi põhitähistused:

Sirget, mis läbib sfääriliste pindade kõveruskeskmeid O 1 ja O 2 nimetatakse objektiivi optiline põhitelg.

Õhukeste läätsede puhul võib ligikaudu eeldada, et optiline peatelg lõikub läätsega ühes punktis, mida tavaliselt nimetatakse objektiivi optiline keskpunkt O. Valguskiir läbib läätse optilist keskpunkti, ilma selle algsest suunast kõrvale kaldumata.

Objektiivi optiline keskpunkt Punkt, mille kaudu valguskiired läbivad, ilma et lääts neid murda.

Peamine optiline telg- läätse optilist keskpunkti läbiv sirgjoon, mis on läätsega risti.

Kõiki optilist keskpunkti läbivaid jooni nimetatakse külgmised optilised teljed.

Kui läätsele on suunatud optilise peateljega paralleelne kiirtekiir, siis pärast läätse läbimist kogunevad kiired (või nende jätkumine) ühte punkti F, mis on nn. objektiivi põhifookus. Kell õhuke objektiiv optilisel peateljel on objektiivi suhtes sümmeetriliselt kaks peamist fookust. Koonduvatel läätsedel on reaalsed fookused, lahknevatel läätsedel kujuteldavad fookused.

Ühe külgmise optilise teljega paralleelsed kiirte kiired fokuseeritakse pärast läätse läbimist ka punkti F ", mis asub külgtelje ja fookustasandi Ф ristumiskohas, st tasandiga, mis on risti. optilise põhitelje ja põhifookuse läbimise.

fookustasand- sirgjoon, mis on risti läätse optilise peateljega ja läbib objektiivi fookust.

Objektiivi O optilise keskpunkti ja põhifookuse F vahelist kaugust nimetatakse fookuskaugus. Seda tähistatakse sama tähega F.

Paralleelse kiirtekiire murdumine koonduvas läätses.

Paralleelse kiirtekiire murdumine lahknevas läätses.

Punktid O 1 ja O 2 on sfääriliste pindade keskpunktid, O 1 O 2 on optiline põhitelg, O on optiline kese, F on põhifookus, F "on sekundaarne fookus, OF" on sekundaarne optiline telg, F on fokaaltasand.

Joonistel on õhukesed läätsed kujutatud nooltega segmendina:

kogumine: hajumine:

Objektiivide peamine omadus– võime anda objektidest pilte. Pildid on otsene ja pea alaspidi, kehtiv ja kujuteldav, suurendatud ja vähendatud.

Kujutise asukohta ja olemust saab määrata geomeetriliste konstruktsioonide abil. Selleks kasutage mõningate standardkiirte omadusi, mille kulg on teada. Need on kiired, mis läbivad läätse optilist keskpunkti või ühte fookustest, samuti kiired, mis on paralleelsed peamise või ühe sekundaarse optilise teljega. Objektiivi kujutise loomiseks kasutatakse mis tahes kahte kiirt kolmest:

Optilise teljega paralleelsele läätsele langev kiir pärast murdumist läbib läätse fookuse.

Objektiivi optilist keskpunkti läbiv kiir ei murdu.

Pärast murdumist läätse fookust läbiv kiir läheb paralleelselt optilise teljega.

Õhuke läätse valemi abil saab välja arvutada ka kujutise asukoha ja olemuse (reaalne või kujuteldav). Kui objekti ja objektiivi vaheline kaugus on tähistatud tähega d ja kaugus objektiivist pildini on tähistatud f-ga, saab õhukese läätse valemi kirjutada järgmiselt:

Väärtust D, fookuskauguse pöördarvu nimetatakse objektiivi optiline võimsus.

Optilise võimsuse ühik on dioptrid (dptr). Diopter - 1 m fookuskaugusega objektiivi optiline võimsus: 1 diopter \u003d m -1

On tavaks omistada objektiivide fookuskaugusi teatud märgid: koonduvale läätsele F > 0, lahknevale läätsele F< 0.

Samuti järgivad suurused d ja f teatud reegel märgid:
d > 0 ja f > 0 - reaalsete objektide (st tõeliste valgusallikate, mitte läätse taga koonduvate kiirte jätkude) ja kujutiste jaoks;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Õhukestel objektiividel on mitmeid puudusi, mis ei võimalda kvaliteetseid pilte saada. Kujutise moodustamisel tekkivaid moonutusi nimetatakse kõrvalekalded. Peamised neist on sfäärilised ja kromaatilised aberratsioonid.

Sfääriline aberratsioon avaldub selles, et laiade valguskiirte korral läbivad optilisest teljest kaugel olevad kiired selle fookusest väljas. Õhuke läätse valem kehtib ainult optilise telje lähedal asuvate kiirte puhul. Pilt kaugest punktallikast, mille loob objektiivi murdunud lai kiirte kiir, on udune.

Kromaatiline aberratsioon tuleneb sellest, et läätsematerjali murdumisnäitaja sõltub valguse lainepikkusest λ. Seda läbipaistva kandja omadust nimetatakse dispersiooniks. Objektiivi fookuskaugus on valguse puhul erinev erinevad pikkused lained, mis põhjustab mittemonokromaatilise valguse kasutamisel pildi hägusust.

Kaasaegsetes optilistes seadmetes ei kasutata mitte õhukesi läätsi, vaid keerukaid mitme läätsega süsteeme, milles erinevaid aberratsioone saab ligikaudu kõrvaldada.

Objektist reaalse kujutise moodustamist koonduva läätse abil kasutatakse paljudes optilistes seadmetes, nagu kaamera, projektor jne.

Kui soovite luua kvaliteetse optilise seadme, peaksite optimeerima selle põhiomaduste - heledus, eraldusvõime ja suurendus - komplekti. Sa ei saa teha head teleskoopi, näiteks saavutades ainult suurepäraseid nähtav tõus ja jättes väikese ava (ava). Sellel on halb eraldusvõime, kuna see sõltub otseselt avast. Optiliste seadmete konstruktsioonid on väga mitmekesised ja nende omadused sõltuvad konkreetsete seadmete otstarbest. Kuid mis tahes kavandatud optilise süsteemi muutmisel valmis optilis-mehaaniliseks seadmeks on vaja paigutada kõik optilised elemendid rangelt vastavalt aktsepteeritud skeemile, need kindlalt fikseerida, tagada liikuvate osade positsiooni täpne reguleerimine ja membraanide eemaldamine. hajutatud kiirguse soovimatu taust. Sageli on vaja hoida seadme sees temperatuuri ja niiskuse seatud väärtusi, minimeerida vibratsiooni, normaliseerida kaalujaotust, tagada soojuse eemaldamine lampidest ja muudest elektriseadmetest. Lisatud väärtus välimus instrument ja kasutusmugavus.

Mikroskoop, luup, suurendusklaas.

Kui vaatame läbi positiivse (koguva) läätse objektile, mis asub objektiivi taga mitte kaugemal kui selle fookuspunkt, siis näeme suurendatuna kujutluspilt teema. Selline objektiiv on lihtne mikroskoop ja seda nimetatakse luubiks või suurendusklaasiks.

Optilise kujunduse järgi saate määrata suurendatud pildi suuruse.

Kui silm on häälestatud paralleelsele valguskiirele (objekti kujutis on määramatul kaugusel, mis tähendab, et objekt asub läätse fookustasandil), saab näiva suurenduse M määrata seosest: M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, kus f on objektiivi fookuskaugus, v on kaugus parim nägemus, st. lühim vahemaa millel silm normaalse majutusega hästi näeb. M suureneb ühe võrra, kui silm on reguleeritud nii, et objekti virtuaalkujutis on parimal nägemiskaugusel. Võimalus kõiki inimesi majutada on erinev, vanusega nad halvenevad; 25 cm loetakse normaalse silma parima nägemise kauguseks. Ühe positiivse läätse vaateväljas, mille telje kaugus on selle teljest, halveneb pildi teravus põiki aberratsioonide tõttu kiiresti. Kuigi on luupe, mille suurendus on 20 korda, on nende tüüpiline suurendus 5–10. Liitmikroskoobi, mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt mikroskoobiks, suurendus ulatub 2000-kordseks.

Teleskoop.

Teleskoop suurendab kaugemate objektide nähtavat suurust. Lihtsaima teleskoobi skeem sisaldab kahte positiivset läätse.

Kaugobjekti kiired, mis on paralleelsed teleskoobi teljega (diagrammil a ja c), kogutakse esimese läätse (objektiivi) tagumisse fookusesse. Teine lääts (okulaar) eemaldatakse selle fookuskauguse võrra objektiivi fookustasandist ning sellest väljuvad kiired a ja c taas paralleelselt süsteemi teljega. Mõni kiir b, mis ei pärine objekti punktidest, kust tulid kiired a ja c, langeb teleskoobi telje suhtes nurga a all, läbib objektiivi esifookuse ja läheb pärast seda paralleelselt teljega. süsteemist. Okulaar suunab selle nurga b all oma tagumisse fookusesse. Kuna kaugus objektiivi esifookusest vaatleja silmani on tühine võrreldes kaugusega objektini, siis diagrammilt saab avaldise teleskoobi näiva suurenduse M kohta: M = -tgb /tga = - F/f" (või F/f). Negatiivne märk näitab, et pilt on ümberpööratud. Astronoomilistes teleskoopides see nii jääbki; maapealsete objektide vaatlemiseks mõeldud teleskoopides kasutatakse tavaliste, mitte ümberpööratud kujutiste vaatamiseks pöörlevat süsteemi. süsteem võib sisaldada lisaläätsi või, nagu binokli puhul, prismasid.

Binokkel.

Binokulaarne teleskoop, mida tavaliselt nimetatakse binokliks, on kompaktne instrument mõlema silmaga samaaegseks vaatlemiseks; selle suurendus on tavaliselt 6-10 korda. Binoklites kasutatakse paari pööramissüsteemi (kõige sagedamini - Porro), millest igaüks sisaldab kahte ristkülikukujulist prismat (alusega 45 °), mis on orienteeritud ristkülikukujuliste tahkude poole.

Suure suurenduse saamiseks laias ja objektiivi aberratsioonideta vaateväljas ja seega märkimisväärse vaatevälja (6–9°) saamiseks on binokli jaoks vaja väga kvaliteetset okulaari, mis on parem kui kitsa vaateväljaga teleskoop. Binokli okulaar tagab pildi teravustamise ja nägemise korrigeerimisega - selle skaala on tähistatud dioptrites. Lisaks kohandub binoklis okulaari asend vaatleja silmade vahelise kaugusega. Tavaliselt märgistatakse binoklid vastavalt nende suurendusele (kordades) ja läätse läbimõõdule (millimeetrites), näiteks 8*40 või 7*50.

Optiline sihik.

Optilise sihikuna saab kasutada mis tahes maapealsete vaatluste teleskoopi, kui selle pildiruumi mis tahes tasapinnal on antud otstarbele vastavad selged märgid (ruudud, märgid). Paljude sõjaväe optiliste seadmete tüüpiline disain on selline, et teleskoobi lääts vaatab avatult sihtmärki ja okulaar on kaanes. Selline skeem nõuab sihiku optilise telje katkemist ja prismade kasutamist selle nihutamiseks; samad prismad muudavad ümberpööratud kujutise sirgeks. Optilise telje nihkega süsteeme nimetatakse periskoopilisteks. Tavaliselt arvutatakse optiline sihik nii, et selle väljapääsu pupill eemaldatakse okulaari viimaselt pinnalt piisaval kaugusel, et kaitsta relva tagasilöömisel püssilase silma teleskoobi serva tabamise eest.

Kaugusemõõtja.

Optilisi kaugusmõõdikuid, mis mõõdavad objektide kaugust, on kahte tüüpi: monokulaarsed ja stereoskoopilised. Kuigi need erinevad ehitusdetailide poolest, on optilise skeemi põhiosa nende jaoks sama ja tööpõhimõte sama: kolmnurga tundmatu külg määratakse teadaolevast küljest (alusest) ja kolmnurga kahest teadaolevast nurgast. . Kaks paralleelselt orienteeritud teleskoopi, mida eraldab vahemaa b (alus), loovad kujutised samast kaugemast objektist nii, et see näib olevat vaadeldav. erinevad suunad(aluseks võib olla ka sihtmärgi suurus). Kui mõne vastuvõetavaga optiline seade kombineerida mõlema teleskoobi pildivälju nii, et neid saaks üheaegselt vaadata, selgub, et objekti vastavad kujutised on ruumiliselt eraldatud. Kaugusmõõturid eksisteerivad mitte ainult täieliku väljade kattumisega, vaid ka poolväljadega: ühe teleskoobi pildiruumi ülemine pool liidetakse teise pildiruumi alumise poolega. Sellistes seadmetes kombineeritakse ruumiliselt eraldatud kujutised sobiva optilise elemendi abil ja mõõdetud väärtus määratakse piltide suhtelise nihke järgi. Sageli on lõikeelemendiks prisma või prismade kombinatsioon.

MONOKULAARNE KAUGUMÄÄRI. A - ristkülikukujuline prisma; B - pentaprismad; C - objektiivi objektiivid; D - okulaar; E - silm; P1 ja P2 - fikseeritud prismad; P3 - liigutatav prisma; I 1 ja I 2 - vaatevälja poolte kujutised

Joonisel kujutatud monokulaarses kaugusmõõturi vooluringis täidab seda funktsiooni P3 prisma; see on seotud skaalaga, mis on kalibreeritud mõõdetud kaugustel objektist. Pentaprismas B kasutatakse täisnurga all olevate valguspeegeldajatena, kuna sellised prismad suunavad langevat valgusvihku alati 90°, olenemata sellest, kui täpselt need on instrumendi horisontaaltasapinnale paigaldatud. Stereoskoopilises kaugusmõõturis näeb vaatleja kahe teleskoobi abil loodud kujutisi korraga mõlema silmaga. Sellise kaugusmõõtja põhi võimaldab vaatlejal tajuda objekti asukohta mahus, teatud sügavusel ruumis. Igal teleskoobil on vahemiku väärtustele vastavate märgistega võrk. Vaatleja näeb kauguste skaalat, mis ulatub kujutatud ruumi sügavale, ja määrab selle abil objekti kauguse.

Valgustus ja projektsiooniseadmed. Prožektorid.

Prožektori optilises skeemis on valgusallikas, näiteks elektrikaarekraater, paraboolse reflektori fookuses. Kõikidest kaare punktidest väljuvad kiired peegelduvad paraboolpeeglist peaaegu üksteisega paralleelselt. Kiirte kiir lahkneb veidi, sest allikaks ei ole valguspunkt, vaid piiratud suurusega ruumala.

Diaskoop.

Selle seadme optiline skeem, mis on mõeldud kilede ja läbipaistvate värviraamide vaatamiseks, sisaldab kahte objektiivisüsteemi: kondensaatorit ja projektsiooniläätse. Kondensaator valgustab ühtlaselt läbipaistvat originaali, suunates kiired projektsiooniläätsesse, mis ehitab ekraanile originaali kujutise. Projektsioonilääts võimaldab teravustada ja objektiive vahetada, mis võimaldab muuta ekraani kaugust ja sellel oleva pildi suurust. Filmiprojektori optiline skeem on sama.

DIASKOOP SKEEM. A - lüümikud; B - objektiivi kondensaator; C - projektsiooniläätse läätsed; D - ekraan; S - valgusallikas

Spektriinstrumendid.

Spektraalseadme põhielemendiks võib olla hajutav prisma või difraktsioonvõre. Sellises seadmes valgus esmalt kollimeeritakse, st. moodustatakse paralleelsete kiirte kiireks, seejärel laguneb see spektriks ja lõpuks fokusseeritakse seadme sisendpilu kujutis selle väljundpilule spektri iga lainepikkuse kohta.

Spektromeeter.

Selles enam-vähem universaalses laboriseadmes saab kollimeerivaid ja teravustamissüsteeme pöörata laua keskkoha suhtes, millel asub valguse spektriks lagundav element. Seadmel on skaalad näiteks hajutava prisma pöördenurkade ja selle järel spektri erinevate värvikomponentide kõrvalekaldenurkade lugemiseks. Selliste näitude tulemuste põhjal mõõdetakse näiteks läbipaistvate tahkete ainete murdumisnäitajaid.

Spektrograaf.

See on seadme nimi, mille tulemuseks olev spekter või osa sellest salvestatakse fotomaterjalile. Spektri saad prismast, mis on valmistatud kvartsist (vahemik 210-800 nm), klaasist (360-2500 nm) või kivisool(2500-16000 nm). Nendes spektrivahemikes, kus prismad nõrgalt valgust neelavad, on spektrijoonte kujutised spektrograafis eredad. Difraktsioonvõrega spektrograafides täidavad viimased kahte funktsiooni: lagundavad kiirguse spektriks ja fokuseerivad värvikomponendid fotomaterjalile; selliseid seadmeid kasutatakse ka ultraviolettpiirkonnas.

Kaamera on suletud valgustihe kamber. Pildistatud objektide kujutis luuakse fotofilmile objektiivide süsteemi abil, mida nimetatakse objektiiviks. Spetsiaalne katik võimaldab särituse ajal objektiivi avada.

Kaamera töö eripära on see, et tasasel fotofilmil tuleks saada piisavalt teravaid pilte erinevatel kaugustel asuvatest objektidest.

Filmi tasapinnas on teravad ainult teatud kaugusel asuvate objektide kujutised. Teravustamine saavutatakse objektiivi liigutamisega filmi suhtes. Punktide kujutised, mis ei asu teravas osutustasapinnas, on hägused hajumise ringidena. Nende ringide suurust d saab vähendada objektiivi peatamisega, st. avaarvu a / F vähendamine. Selle tulemuseks on teravussügavuse suurenemine.

Kaasaegse kaamera objektiiv koosneb mitmest optiliseks süsteemiks kombineeritud objektiivist (näiteks Tessari optiline skeem). Lihtsamate kaamerate objektiivides on objektiivide arv ühest kolmeni ja tänapäeva kallites kaamerates kuni kümme või isegi kaheksateist.

Optiline disain Tessar

Objektiivi optilisi süsteeme võib olla kaks kuni viis. Peaaegu kõik optilised ahelad Need on paigutatud ja töötavad samamoodi – fokusseerivad läätsesid läbivad valguskiired valgustundlikule maatriksile.

Pildil oleva pildi kvaliteet sõltub ainult objektiivist, kas foto tuleb terav, kas pildil ei moondu kujundid ja jooned, kas see annab hästi värve edasi – see kõik sõltub objektiivi omadustest , seetõttu on objektiiv üks kõige olulised elemendid kaasaegne kaamera.

Objektiivläätsed on valmistatud spetsiaalsest optilisest klaasist või optilisest plastist. Objektiivi valmistamine on üks kõige enam kallid operatsioonid kaamera loomine. Klaas- ja plastläätsede võrdlemisel tasub tähele panna, et plastläätsed on odavamad ja kergemad. Tänapäeval on enamik odavaid amatöör-kompaktkaamera objektiive valmistatud plastikust. Kuid sellised objektiivid on altid kriimustustele ja ei ole nii vastupidavad, umbes kahe-kolme aasta pärast muutuvad nad häguseks ja fotode kvaliteet jätab soovida. Kaamera optika on optilisest klaasist kallim.

Tänapäeval on enamik kompaktkaamerate objektiive valmistatud plastikust.

Objektiivi läätsed on omavahel liimitud või ühendatud väga täpselt arvutatud metallraamide abil. Objektiivide liimimine on palju tavalisem kui metallraamid.

projektsiooniseadmed mõeldud suuremahuliseks pildistamiseks. Projektori objektiiv O fokusseerib lameda objekti (slaid D) kujutise kaugemal asuval ekraanil E. Objektiivisüsteem K, mida nimetatakse kondensaatoriks, on loodud allika S valguse koondamiseks slaidile. Ekraan loob tõeliselt suurendatud ümberpööratud pildi. Projektsiooniseadme suurendust saab muuta ekraani E sisse- või väljasuumimisega, muutes samal ajal lüümikute D ja objektiivi O vahelist kaugust.

Objektiiv nimetatakse läbipaistvaks kehaks, mis on piiratud kahe kõverjoonelise (enamasti sfäärilise) või kumera ja tasase pinnaga. Objektiivid jagunevad kumerateks ja nõgusateks.

Objektiivi, mille keskosa on servadest paksem, nimetatakse kumerateks. Läätsesid, mis on keskelt õhemad kui servad, nimetatakse nõgusateks läätsedeks.

Kui läätse murdumisnäitaja on suurem kui murdumisnäitaja keskkond, siis kumerläätses muudetakse pärast murdumist paralleelne kiirtekiir laskuvaks kiireks. Selliseid objektiive nimetatakse kogunemine(joonis 89, a). Kui läätses muudetakse paralleelkiir lahknevaks kiireks, siis need läätsed nimetatakse hajutamiseks(joonis 89, b). Nõgusad läätsed, mille väliskeskkonnaks on õhk, hajuvad.

O 1 , O 2 - läätse piiravate sfääriliste pindade geomeetrilised keskpunktid. Otse O 1 O 2 nende sfääriliste pindade keskpunkte ühendavat nimetatakse optiliseks peateljeks. Tavaliselt käsitleme õhukesi läätsi, mille paksus on selle pindade kõverusraadiustega võrreldes väike, nii et punktid C 1 ja C 2 (segmendi tipud) asuvad üksteise lähedal, neid saab asendada ühe punktiga O, mida nimetatakse optiliseks keskpunktiks. objektiivist (vt joonis 89a). Nimetatakse mis tahes sirgjoont, mis on tõmmatud läbi läätse optilise keskpunkti optilise põhitelje suhtes nurga all sekundaarne optiline telg(A 1 A 2 B 1 B 2).

Kui optilise peateljega paralleelne kiirtekiir langeb koonduvale läätsele, siis pärast läätses murdumist kogutakse need ühte punkti F, mis on nn. objektiivi põhifookus(joonis 90, a).

Lahkneva läätse fookuses ristuvad kiirte jätkud, mis enne murdumist olid paralleelsed selle optilise põhiteljega (joon. 90, b). Lahkneva läätse fookus on kujuteldav. On kaks peamist fookust; need asuvad optilisel peateljel objektiivi optilisest keskpunktist samal kaugusel vastaskülgedel.

Objektiivi fookuskauguse pöördväärtust nimetatakse selleks optiline võimsus. optiline võimsus läätsed D.

Objektiivi optilise võimsuse ühik SI-s on diopter. Diopter on 1 m fookuskaugusega objektiivi optiline võimsus.

Koonduva läätse optiline võimsus on positiivne, lahkneval läätsel negatiivne.

Tasapinda, mis läbib läätse põhifookust optilise põhiteljega risti, nimetatakse fookuskaugus(joonis 91). Objektiivile langev kiirkiir, mis langeb mõne sekundaarse optilise teljega paralleelselt, kogutakse selle telje ja fookustasandi lõikepunkti.

Punkti ja objekti kujutise konstrueerimine koonduvas läätses.

Pildi ehitamiseks objektiivis piisab, kui võtta objekti igast punktist kaks kiirt ja leida nende ristumispunkt pärast läätses murdumist. Mugav on kasutada kiiri, mille teekond pärast läätses murdumist on teada. Niisiis läbib optilise põhiteljega paralleelsele läätsele langev kiir pärast läätses murdumist põhifookuse; läätse optilist keskpunkti läbiv kiir ei murdu; läätse põhifookust läbiv kiir läheb pärast murdumist paralleelselt optilise peateljega; sekundaarse optilise teljega paralleelselt läätsele langev kiir pärast läätses toimunud murdumist läbib telje ja fookustasandi lõikepunkti.

Laske valguspunktil S asuda optilisel peateljel.

Valime suvalise kiire ja joonistame sellega paralleelse optilise külgtelje (joonis 92). Valitud kiir läbib pärast läätses murdumist sekundaarse optilise telje ja fookustasandi lõikepunkti. Selle kiire lõikepunkt optilise põhiteljega (teine ​​kiir) annab reaalse pildi punktist S - S`.

Mõelge objekti kujutise konstrueerimisele kumerläätses.

Olgu punkt väljaspool optilist peatelge, siis saab kujutise S ` konstrueerida mis tahes kahe joonisel fig. 93.

Kui objekt asub lõpmatuses, siis kiired ristuvad fookuses (joonis 94).

Kui objekt asub topeltfookuspunkti taga, siis osutub pilt reaalseks, pöördvõrdeliseks, vähendatud (kaamera, silm) (joonis 95).

Tavalised läätsed Neid on kahte erinevat tüüpi: positiivne ja negatiivne. Neid kahte tüüpi tuntakse ka koonduvate ja lahknevatena, kuna positiivsed läätsed koguvad valgust ja moodustavad allika kujutise, negatiivsed läätsed aga hajutavad valgust.

Lihtsate läätsede omadused

Olenevalt vormidest on olemas kogunemine(positiivne) ja hajumine(negatiivsed) läätsed. Koonduvate läätsede rühma kuuluvad tavaliselt läätsed, mille keskosa on nende servadest paksem, ja lahknevate läätsede rühma läätsed, mille servad on keskmisest paksemad. Tuleb märkida, et see kehtib ainult siis, kui läätse materjali murdumisnäitaja on suurem kui keskkonna oma. Kui läätse murdumisnäitaja on väiksem, muutub olukord vastupidiseks. Näiteks vees olev õhumull on kaksikkumer hajutav lääts.

Objektiivi iseloomustab reeglina nende optiline võimsus (mõõdetuna dioptrites) või fookuskaugus.

Korrigeeritud optilise aberratsiooniga (peamiselt valguse dispersioonist tingitud kromaatiline aberratsioon, akromaadid ja apokromaadid) optiliste seadmete ehitamisel on olulised ka muud läätsede ja nende materjalide omadused, näiteks murdumisnäitaja, dispersioonikoefitsient ja materjali läbilaskvus. valitud optilises vahemikus.

Mõnikord on läätsed/läätsede optilised süsteemid (refraktorid) spetsiaalselt ette nähtud kasutamiseks suhteliselt kõrge murdumisnäitajaga kandjatel (vt immersioonmikroskoop, immersioonvedelikud).

Objektiivide tüübid: Kogunemine: 1 - kaksikkumer 2 - tasapinnaline kumer 3 - nõgus-kumer (positiivne (kumer) menisk) Hajumine: 4 - kaksiknõgus 5 - lame-nõgus 6 - kumer-nõgus (negatiivne (nõgus) menisk)

Objektiivi kasutamine lainefrondi kuju muutmiseks. Siin muutub tasapinnaline lainefront objektiivi läbides sfääriliseks

Kumer-nõgus läätse nimetatakse menisk ja võib olla kollektiivne (pakseneb keskkoha poole), hajuv (pakseneb äärte suunas) või teleskoopiline (fookuskaugus on lõpmatus). Nii on näiteks lühinägelike prillide läätsed tavaliselt negatiivsed meniskid.

Vastupidiselt levinud eksiarvamusele ei ole sama raadiusega meniski optiline võimsus null, vaid positiivne ning sõltub klaasi murdumisnäitajast ja läätse paksusest. Meniski, mille pindade kõveruskeskmed asuvad ühes punktis, nimetatakse kontsentriliseks läätseks (optiline võimsus on alati negatiivne).

Läheneva läätse eristav omadus on võime koguda selle pinnale langevaid kiiri ühes punktis, mis asub läätse teisel küljel.

Objektiivi põhielemendid: NN - optiline telg - sirgjoon, mis läbib objektiivi piiravate sfääriliste pindade keskpunkte; O - optiline keskpunkt - punkt, mis kaksikkumerate või kaksikkumerate (sama pinnaraadiusega) läätsede puhul asub optilisel teljel läätse sees (selle keskel). Märge. Kiirte teekonda näidatakse nagu idealiseeritud (õhukeses) läätses, ilma et see näitaks murdumist kandjate vahelisel tegelikul liidesel. Lisaks on näidatud kaksikkumera läätse mõnevõrra liialdatud kujutis.

Kui valguspunkt S asetatakse koonduva läätse ette teatud kaugusele, siis piki telge suunatud valguskiir läbib läätse ilma murdumiseta ja kiired, mis ei läbi keskpunkti, murduvad optilise läätse suunas. telg ja lõikuvad sellega mingis punktis F, mis on ja saab olema punkti S kujutis. Seda punkti nimetatakse konjugaatfookuseks või lihtsalt keskenduda.

Kui objektiivile langeb väga kauge allika valgus, mille kiiri saab kujutada paralleelses kiirtes liikuvana, siis läätsest väljumisel murduvad kiired suurema nurga all ja punkt F liigub optilisele valgusvihule. telg objektiivile lähemale. Nendel tingimustel nimetatakse läätsest väljuvate kiirte ristumispunkti keskenduda F' ja kaugus objektiivi keskpunktist fookuseni on fookuskaugus.

Lahkuvale läätsele langevad kiired sellest väljumisel murduvad läätse servade suunas ehk hajuvad. Kui need kiired jätkuvad vastupidises suunas, nagu on näidatud joonisel punktiirjoonega, siis nad koonduvad ühte punkti F, mis on keskenduda see objektiiv. See keskendumine kujuteldav.

Lahkuva läätse näiv fookus

Optilisele teljele keskendumise kohta öeldu kehtib ühtviisi ka nendel juhtudel, kui punkti kujutis on kaldjoonel, mis läbib läätse keskpunkti optilise telje suhtes nurga all. Optilise teljega risti asetsevat ja läätse fookuses asuvat tasapinda nimetatakse fookustasand.

Kogumisläätsesid saab suunata objektile mõlemalt poolt, mille tulemusena saab objektiivi läbivad kiired koguda selle ühelt või teiselt poolt. Seega on objektiivil kaks fookust - ees ja tagumine. Need asuvad optilisel teljel mõlemal pool objektiivi fookuskaugusel objektiivi põhipunktidest.

a) Objektiivi tüübid.

Optilisi läätsi, mis on keskelt paksemad kui servast, nimetatakse koonduvateks läätsedeks; vastupidi, kui serv on paksem kui keskmine, siis läätsed toimivad nagu

hajumine. Ristlõike kuju järgi eristatakse: kaksikkumerad, tasakumerad, nõguskumerad koonduvad läätsed; kaksiknõgusad, tasapinnalised, kumerad-nõgusad hajutavad läätsed.

Esimeses lähenduses olevaid õhukesi läätsi võib vaadelda kahe virnastatud õhukese prismana (joon.217, 218). Kiirte kulgu on võimalik jälgida Gartli litril.

koonduv objektiiv koondab paralleelsed kiired ühte punkti objektiivi taha, fookusesse (joonis 219)

lahknev objektiiv muudab paralleelse kiirtekiire lahknevaks kiireks, mis näib olevat fookusest väljas (joonis 220).

Objektiivide tüübid

Valguse peegeldust ja murdumist kasutatakse kiirte suuna muutmiseks või, nagu öeldakse, valguskiirte juhtimiseks. See on aluseks spetsiaalsete optiliste instrumentide, nagu näiteks suurendusklaasi, teleskoobi, mikroskoobi, kaamera jt, loomisele. põhiosa enamik neist on objektiiv. Näiteks prillid on raamiga suletud läätsed. Juba see näide näitab, kui oluline on läätsede kasutamine inimese jaoks.

Näiteks esimesel pildil on kolb selline, nagu me seda elus näeme,

ja teisel, kui vaatame seda läbi suurendusklaasi (sama objektiiv).

Optikas kasutatakse kõige sagedamini sfäärilisi läätsi. Sellised läätsed on optilisest või orgaanilisest klaasist korpused, mis on piiratud kahe sfäärilise pinnaga.

Objektiivid on läbipaistvad kehad, mida piiravad mõlemalt poolt kumerad pinnad (kumerad või nõgusad). Läätse piiravate sfääriliste pindade keskpunkte C1 ja C2 läbivat sirgjoont AB nimetatakse optiliseks teljeks.

Sellel joonisel on kujutatud kahe läätse lõike, mille keskpunktid on punktis O. Joonisel kujutatud esimest läätse nimetatakse kumeraks, teist nõgusaks. Punkti O, mis asub optilisel teljel nende läätsede keskel, nimetatakse läätse optiliseks keskpunktiks.

Üks kahest piirdepinnast võib olla tasane.

paremale - nõgus.

Vaatleme ainult sfäärilisi läätsi, st läätsi, mis on piiratud kahe sfäärilise (sfäärilise) pinnaga.
Kahe kumera pinnaga piiratud läätsi nimetatakse kaksikkumerateks; kahe nõgusa pinnaga piiratud läätsi nimetatakse kaksiknõgusateks.

Suunates läätse optilise põhiteljega paralleelse kiirtekiire kumerläätsele, näeme, et pärast läätses murdumist kogutakse need kiired punkti, mida nimetatakse läätse põhifookuseks.

Joonis 63 selgitab koonduvate ja lahknevate läätsede toimet. Objektiivi saab kujutada suure hulga prismadena. Kuna prismad suunavad kiiri kõrvale, nagu on näidatud joonistel, on selge, et läätsed, mille keskel on kumer, koguvad kiiri kokku ja läätsed, mille servades on kumer, hajutavad neid. Objektiivi keskosa toimib nagu tasapinnaline paralleelne plaat: see ei suuna kiiri ei koonduvas ega lahknevas läätses

Joonistel on koonduvad läätsed tähistatud nii, nagu on näidatud vasakpoolsel joonisel, ja lahknevad - parempoolsel joonisel.

Valgus on elektromagnetiline kiirgus, mida silm tajub visuaalse aistingu kaudu.

• Valguse sirgjoonelise levimise seadus: valgus homogeenses keskkonnas levib sirgjooneliselt
• Valgusallikat, mille mõõtmed on ekraani kaugusega võrreldes väikesed, nimetatakse punktvalgusallikaks.

• Langev kiir ja peegeldunud kiir asetsevad langemispunktis peegelduspinnale taastatud ristiga samal tasapinnal. Langemisnurk võrdne nurgaga peegeldused.
• Kui punktobjekt ja selle peegeldus vahetada, siis kiirte teekond ei muutu, muutub ainult nende suund.

Haigutavat peegelpinda nimetatakse tasaseks peegliks, kui sellele langev paralleelsete kiirte kiir jääb pärast peegeldumist paralleelseks.

• Läätse, mille paksus on palju väiksem kui selle pindade kõverusraadiused, nimetatakse õhukeseks läätseks.
• Objektiivi, mis teisendab paralleelsete kiirte kiire koonduvaks ja kogub selle ühte punkti, nimetatakse koonduvaks läätseks.
• Objektiiv, mis muudab paralleelsete kiirte kiire lahknevaks – lahknevaks.

Koonduva objektiivi jaoks

Erinevate objektiivide jaoks:

Objekti kõikides asendites annab objektiiv vähendatud kujuteldava otsese pildi, mis asub objektiga samal pool objektiivi.

Silma omadused:

• majutus (saavutatakse läätsede kuju muutmisega);
• kohanemine (kohanemine erinevad tingimused valgustus);
• nägemisteravus (võime eristada kahte lähedast punkti);
• vaateväli (ruum, mida jälgitakse, kui silmad liiguvad, kuid pea on paigal)

nägemishäired

lühinägelikkus (korrektsioon - lahknev lääts);

kaugnägelikkus (korrektsioon - koonduv lääts).

Õhuke lääts on kõige lihtsam optiline süsteem. Lihtsaid õhukesi läätsi kasutatakse peamiselt prillide prillide kujul. Lisaks on hästi tuntud objektiivi kasutamine suurendusklaasina.

Paljude optiliste seadmete – projektsioonilambi, kaamera ja muude seadmete – tegevust saab skemaatiliselt võrrelda õhukeste läätsede tegevusega. Õhuke objektiiv annab hea pildi aga ainult selles suhteliselt haruldane juhtum kui on võimalik piirduda kitsa ühevärvilise kiirega, mis tuleb allikast piki optilist peatelge või selle suhtes suure nurga all. Enamikes praktilistes probleemides, kus need tingimused ei ole täidetud, on õhukese läätse kujutis üsna ebatäiuslik.
Seetõttu kasutavad nad enamikul juhtudel keerukamate optiliste süsteemide ehitamist suur number murdumispinnad ja seda ei piira nende pindade läheduse nõue (nõue, millele õhuke lääts vastab). [neli]

4.2 Fotoaparatuur. Optilised seadmed.

Kõik optilised instrumendid võib jagada kahte rühma:

1) seadmed, mille abil saadakse ekraanile optilisi pilte. Nende hulka kuuluvad projektsiooniseadmed, kaamerad, filmikaamerad jne.

2) seadmed, mis töötavad ainult koos inimsilmaga ja ei moodusta ekraanil kujutisi. Nende hulka kuuluvad luup, mikroskoop ja erinevad teleskoobisüsteemi instrumendid. Selliseid seadmeid nimetatakse visuaalseteks.

Kaamera.