Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

. Закон прямолинейного распространения света- Световой луч в прозрачной однородной среде распространяет

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-13


Билет №1

Законы распространения света. Законы отражения и преломления. (ред. 22.05 Рома)

Законы распространения света:

1.  (Закон прямолинейного распространения света): Световой луч в прозрачной, однородной среде распространяется от одной точки до другой по прямой линии.

2. Световые лучи, находясь в одном пространстве, пересекаясь или не пересекаясь, не взаимодействуют друг с другом.

Но, если они попадают на одну и ту же точку, или площадку, то действие их увеличивается.

3.   Световой пучок встретившись с плоской зеркальной поверхностью отражается .

4.  Невзаимодействие световых пучков. Несколько световых пучков идущих в разных направлениях при прикосновении не взаимодействуют, а ведуд себя так как будто существует только один пучок. Если 2а световых пуска падают на одну поверхность, то их действия складываются.

5. Лучи светового потока, встречая на своём пути границу раздела двух сред, имеющих разные плотности, частично:

  •  Отражается
  •  Поглощается
  •  Преломляется .

Отражение света – явление возвращения световой волны при её попадании на Поверхность раздела двух сред, имеющих различные показатели преломления. Зависит от разности плотностей двух сред => коэффициента отражения.

Законы отражения света:

1 Падающий луч, нормаль (проведённая в точку падения луча перпендикулярно границе раздела двух сред) и луч отражённый находятся в одной плоскости (плоскость падения).

2 Угол падающий (к нормали) (-E) и угол отражённый (к нормали) (E) равны по абсолютной величине (по модулю) и обратны по знаку.  

3 Луч падающий и луч отражённый обратимы.

4 При отклонении зеркала, отражённый луч откланяется в ту же сторону, куда были отклонено зеркало, на удвоенный угол поворота зеркала: α = 2δ

Преломление света – явление изменения направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух сред. Зависит от длины волны и коэффициента преломления.

Законы преломления света:

1. Луч падающий, нормаль (проведённая в точку падения луча перпендикулярно границе раздела двух сред) и луч преломлённый находятся в одной плоскости.

2.  Относительный показатель преломления – это отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред

Отсюда 

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом в 1621 г.

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: 

n = n2 / n1.

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде: 

3. Если луч идёт из среды менее плотной в среду более плотную, то угол преломлённого луча (sin α’) будет меньше (прижимается к нормали).

Если же луч идёт из среды более плотной в среду менее плотную, то угол преломлённого луча (sin α’) будет больше (дальше от нормали).

4. Угол преломления не может быть больше 90 град.

=> Полное внутреннее отражение. Луч, идущий из более плотной среды () в менее плотную (), если угол его падения () больше предельного угла (), полностью отразиться обратно:

Красный луч падает по углом  частично отразиться и преломиться.

Зеленый луч падает по углом  полностью отразиться обратно.

Данный закон используют в призмах.

Билет №2. Хроматическая аберрация. (ред. 22.05 Рома)

Аберрация-погрешность оптических систем,к ним оотносятся:

Абберации:

  •  Монохроматические

Монохроматический свет – свет, состоящий из 1 длины волны. Определяется максимальной спектральной чувствительностью светоприёмника.

Макс чувствительности пленки н 546,1нм или 0,5461 мкм.

Макс чувствительности глза на 555нм или 0,555 мкм.

  •  Сферическая
    •  Кома
    •  Астигматизм
    •  Кривизна изображения
    •  Дисторсия

  •  Хроматические

Хроматические абберации считаются отдельно

для С, З, К длин волн, конкретно:

С = 434,1нм

З = 546,1нм

К = 656,3нм

  •  Хроматизм положения
    •  Хроматизм увеличения
    •  Вторичный спектр

Хроматические абберации – проявление зависимости характеристик оптической системы от длины волны свет (хромо – свет). Хроматические абберации приводят к «окрашиванию» неокрашенных предметов. Хроматические абберации вызваны наличием у стекол разных показателей преломления для разных длин волн.

Хроматизм положения

Хроматизм положения – продольная хроматическая абберация, при которой волны разных длин волн сходятся в разных точках на опт оси в зоне фокальной плоскости. Это вызвано тем, что стекло обладает дисперсией, то есть показатели преломления отличаются для лучей разных длин волн.

Коэффициент преломления синих лучей обычно больше, чем у красных => фокус синих лучей короче, а красных длиннее.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Исправление хроматизма положения:

  •  Использование зеркальных оптических систем, где хроматизм в принципе отсутствует (катоптрические системы, например систем Кассегрена).
  •  Использование ахроматических линз

Ахроматические линзы – сложная линза (комбинация линз), состоящая из положительной и отрицательной линз, склеенных между собой, имеющих разные коэффициенты дисперсии. Отрицательная линз исправляет положительную и лучи собираются в одной точке на оптической оси.

Примером ахроматической линзы может быть отрицательная линза из кронтового стекла, склеенная с положительной из флинтового стекла. Кронтовое стекло – больше песка. Кронтовое стекло – больше кронт (свинца).

  •  Диафрагмирование объектива

У ахроматов исправлены только две точки (К и С), вторичный спектр не исправлен:

Апохроматические линзы – сложная линза с исправленными двумя точками (К и С) и исправленным вторичным спектром:

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения – абберация, при которой увеличение оптической системы зависит от длины волны. Вследствие этого вместо изображения образуется цветная полоска.

Численно абсолютный хроматизм увеличения определяется как разность величины изображения для крайних длин волн.

Вторичный спектр

Вторичный спектр – остаточная хроматическая абберация, при котором две точки, как правило С и К, исправлены, а 3 – нет. Объективы с неисправленным вторичным спектром называют ахроматами. С исправленным вторичным спектром – апохроматами.

Вторичный спектр снижет качество изображения и ограничивает возможность развития относительного отверстия объективов, особенно длиннофокусных.

Исправление вторичного спектра:

  •  Использование апохроматических линз. Используя линзы из обычного оптического стекла исправить вторичный спектр невозможно. Для этого применяются оптические материалы с особым ходом кривой дисперсии. Наиболее подходящим материалом является кристалл фтористого кальция (флюорит). Использования линз из флюорита и обычного оптического стекла позволяет практически полностью исправить вторичный спектр.
  •  Так же используют особые сорта опт стекла – фторосфатные кроны. Не уступают характеристикам флюорита

.Ахромат -  оптическая схема в значительной мере(не до конца) исправленная от хромотической абберации. Обычно выполняется в качестве дубликата из Положительной и отрицательной линз, изготовленных из оптических стекол с разным коэфициентом преломления.Диафрагмирование уменьшает Хроматическую абберацию.

 

Дисперсия –  явление разной скорости распространения разных длин волн. По-просту - разложение света на спектр. Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе  оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

  •  у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
  •  у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Билет №3.(5,15,27,36)

Крупность плана, масштаб изображения.

Одной из сновных характеристик кинообъектива является фокусное расстояние, потому что от него зависит масштаб изображения. Сравнивая изображения снятые с одной и той же точки объективами с разным фокусным расстоянием. Мы видим  что изображение крупнее там, где больше фокусное расстояние объектива.

Фокусное расстояние - это расстояние от оптического центра объектива до его фокальной плоскости. Фокусное расстояние определяет угол обзора камеры: чем оно меньше, тем больше угол обзора. Чтобы можно было сравнивать углы обзора у камер с разными по размеру светочувствительными элементами, обычно указывается эквивалентное фокусное расстояние для 35-мм пленки. Эквивалентное фокусное расстояние относится к истинному, как диагональ кадра 35-мм пленки относится к диагонали матрицы фотоаппарата.

Масштаб- отношение линейного размера изображения, полученного на фотоплёнке или светочувствительной матрице, к линейному размеру проекции соответствующей части сцены на плоскость, перпендикулярную к направлению на камеру.Масштаб имеет важное значение при расчете глубины резко изображаемого пространства. Фотографам доступен очень широкий диапазон масштабов — от практически бесконечно малого (например, при съемке небесных тел) до очень крупного (без использования специальной оптики возможно получение масштабов порядка 10:1).Под макрофотографией традиционно понимают съёмку в масштабе 1:1 или крупнее. M=f/a; M-масштаб;  a-расстояние от точки съемки до предмета.Масштаб изображения 1:м влияет на освещенность в том смысле,что чем крупнее масштаб,тем дальше от объектива отодвигается светочувствительный слой и по закону обратных квадратов изменяется освещенность.Главное фокусное раст определяет масштаб изображения при установке объектива на “бесконечность” и угол зрения (площадь съемочного плана,выраженная как угол,который может быть воспроизведен в виде резкого изображения угол,ограничивающий края изображения.

F – Точка заднего фокуса, это точка лежащая на оптической оси в пространстве изображения, в которой сходятся параллельные друг другу (из бесконечности) и оптической оси лучи, идущие из пространства предметов.

Фокальная плоскость – это плоскость перпендикулярная оптической оси и проходящая через точку заднего фокуса. В точках лежащих на этой плоскости пересекаются идущие из бесконечности (параллельные друг другу) но не всегда параллельные оптической оси лучи.

f – Фокусное расстояние (заднее), это расстояние от главной точки (задней) (H’) до точки (заднего) фокуса.

Sf– Заднее вершинное фокусное расстояние – расстояние от вершинной (задней) точки линзы до т. Фокуса.

Ф – оптическая сила – мера действия оптической системы. Если оптическая система состоит из серии линз, то их оптическая сила суммируется (отриц. И пол линзы +\-)

[Ф] = 1 диоптрия

Ф = 1/f

Ф = 1000/f’ = 1дт.

Ф =100/f’ = 10дт.

β – Линейное увеличение – это отношение размеров изображения предметов к размерам самих предметов.

Z*Z’ = f*f

Если β = -1 то изображение обратное того же размера

А если β = +1 то изображение прямое того же размера

Если β ˃ 1 то изображение больше объекта и наоборот.

Изменение расстояния от фокусов до изображения равно изменения f.

Поскольку, если всё происходит в однородной среде

-f=f

То Z*Z’ = -f’ – Формула Ньютона

Под каким бы углом не падал луч, между двумя главными плоскостями (Н и Н’) он будет параллелен оптической оси. Потому что β положительной оптической системы (между Н и Н’) = +1.

Законы линейного увеличения β положительной оптической системы:

1 Если Объект находится перед точкой переднего фокуса, мы получи действительное перевёрнутое уменьшенное изображения.

2 Чем ближе объект к точке F., тем больше размер отрезка Z’ (размер изображения).

3 Если объект находится на расстоянии 2F (если Z=2f), то β = -1, то есть изображение будет действительное, в масштабе1:1 (Z=Z’), и перевёрнутое

4 Если объект находится на расстоянии между точками 2F и F, то изображение будет действительное, увеличенное (Z˂Z’) и перевёрнутое (обратное).

5 Если объект находится на точке F – изображение будет в бесконечности.

6 Если объект будет находится между точками F и H, то мы получим мнимое увеличенное прямое (не перевёрнутое) изображение.

7 Если предмет находится в  точке Н, то его изображение будет находится в точнее Н’

Причём изображение будет прямое, действительное, с β = +1 (1:к).

m - Масштаб изображения, это знаменатель масштаба изображения. Величина обратная линейному увеличению.

Β = 1/m.

Крупный план – m от 30 до 40

Средний план m от 60 до 100

Общий план m более 200

2 Если дистанция съёмки (а) будет больше 40 фокусных расстояний (f), то

Если a ˃ 40 f, то:

β = f’/a

1/m = f’/a

a = m*f’

m = a/f’

следовательно

f’ = a\m при a ˃ 40 f 

Если а ≤ 40 f, то (раз Z=S’-f’)

S’ =β*S

1/m = S’-f’/ f’

β = S’/S    (раз S ͌ a)

S’ = β*S

S’ = β*a

1/m = a* β – f’/ f’ = (a/m) – f’/  f’

f’ = ((a/m) – f’)*m/m

f’ = a – f’*m

a = f’ – f’*m

следовательно:

а = f’*(m+1) при а ≤ 40 f.

Например задача:

Дано:

Размер кадра 16*22мм (звук стандарт)

у = 6000 мм

а = 9000 мм

Найти:

f

Решение:

m = 6000/22 = 273

a = m*f

f’ = a/m

f’ = 9000/273 = 33 мм.

2W – Угол поля зрения объектива, это удвоенный угол между оптической осью и лучём идущим из задней узловой точки на край диафрагмы поля зрения (край кадрового окна).

Под этим углом входят в опт. систему лучи, идущие из бесконечности

2W = arktg = Dmax/2*f

Угол поля изображения – удвоенный угол между оптической осью объектива и лучём идущем из центра выходного зрачка на край кадрового окна.

Бывает вертикальный(D верт.), горизонтальный(D гориз) и диагональный (D max)

(к примеру горизонтальный у 50mm = около 25 ͦ).Линейное поле зрения – наибольшая часть пространства предметов находящаяся на конечном расстоянии, изображённая оптической системой.

Билет №4.

Дифракция и итерференция света.(волновые свойства света) (ред. 22.05 Рома)

Дифpакция света – отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий, например, через малые отверстия или узкие щели (0,1 – 1,0 мм).

При дифракции, волны «огибают» препятствия, размер которых меньше длины волны. Так более длинные волны (например красной зоны спектра) могут обогнуть один объект, а более короткие (к примеру синие) – нет и будут отражаться.

(рис.2. Дифракция в разных ьпроекциях:

Розовая зона – принципиальная схема дифракции

Желтая зона – дифракция на щели

Голубая зона – дифракция на отверстии.)

Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн.

Метод зон Френеля – метод разбиения фронта волны на кольцевые зоны.

Рис. 9.2

Границей первой (центральной) зоны служат точки поверхности S, находящиеся на расстоянии от точки M (рис. 9.2). Точки сферы S, находящиеся на расстояниях , , и т.д. от точки M, образуют 2, 3 и т.д. зоны Френеля.

Колебания, возбуждаемые в точке M между двумя соседними зонами, противоположны по фазе, так  как разность хода от этих зон до точки M .

Поэтому при сложении этих колебаний, они должны взаимно ослаблять друг друга:

где A – амплитуда результирующего колебания, – амплитуда колебаний, возбуждаемая i-й зоной Френеля.

Дифракция на щели

Распределение интенсивности света при дифракции на щели:

Дифракция на отверстии

При проекции дифракции на отверстии на плоскость получаются дифракционные кольца:

Дифракционная решетка - совокупность большого числа узких щелей,разделенных непрозрачными промежутками. Используется при изготовлении поляризационных светофильитров, «антибликовых» очков.

Дифракция влияет на разрешающую способность объектива.

Чем более открытая диафрагма => дифракция меньше.

Световые волны огибают края диафрагмы, как следствие появляются дополнительные «паразитные» отклоненные лучи. При сильном диафрагмировании отношение таких «паразитных» лучей к проходящив внутрь диафрагмы становитья больше и разрешающая способность ухудшается.

Однако, в практике, приходиться считаться и с абберациями объектива. Вот принципиальная зависимость дифракции и аббераций. Вывод – наиболее выгодное относительное отверстие 5,6 ± 1EV.

Интерференция света взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве (рис. 2), совпадающих по амплитуде и длине.

Когерентные волны – волны имеющие одинаковою фазу излучения, синхронные. 

Положительная интерференция – интерференция двух или более световых волн, совпавших по фазе (и совпавших по амплитуде и длине).

Отрицательаня интерференция – интерференция двух или более световых волн, противоположных по фазе (и совпавших по амплитуде и длине).

Просветление оптики

Просветление оптики -  нанесение на поверхность линзы слой пленки, толщина которой равна ¼ длины волны на «просветление». Пропускающая способность которой меньше приломляющей способности линзы. Светопропускание объектива, конечно, НЕ увеличивается, но уменьшается «паразитная засветка», понижающая контраст изо и снижающая разрешающую способность объектива.

Интерференция используется

в просветлении оптики:

где IT – луч по света

длина волны

R1 и R2 – отраженные волны

N1= /4, то R1 и R2 совпадают.

Произойдет отрицательная интерференция и

Волны погасятся, а их энергия перейдет к

Проходящей волне IT, соответственно

Волна IT станет сильнее. И больше света

конкретной длины волны попадет в объектив.

Таких слоев может быть несколько, поскольку один слой может усилить волны только одной длины. Большинство объективов имеет многослойное просветление и маркируется MC (Multi Cover).

Интерференция так же используется в светофильтрах:

Светофильтры бывают

  •  Абсорбционные
  •  Интерференционные - Отражает одну и пропускает другую часть спектра падающего излучения. Так же называются дихроичными фильтрами.

№5. Фокусное расстояние и масштаб изображения.

Фокусное расстояние линзы расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса

  


Данная формула справедлива только для тонкой линзы. Линза называется тонкой, если ее толщина много меньше, чем радиусы кривизны R1 и R2 обеих поверхностей



Если же хотите посчитать фокусное расстояние для любой линзы, то вам потребуется:

  

В Формуле мы использовали :

 Фокусное расстояние линзы

 Расстояние от предмета, до линзы

 Расстояние от линзы, до изображения

 Относительный показатель преломления

 Радиус кривизны передней части линзы

 Радиус кривизны задней части линзы

Масштаб - в общем случае отношение двух линейных размеров. Во многих областях практического применения масштабом называют отношение размера изображения к размеру изображаемого объекта.

Связь между предметом и его изображением

  

Рис. 13 Связь между предметом и его изображением при отсчете расстояний от главных плоскостей

  Предмет АВ и его изображение А' В', образуемое объективом (рис. 13), сопряжены между собой так, что каждому положению предмета относительно объектива (его первой главной плоскости H) соответствует одно-единственное положение изображения относительно объектиа (его второй главной плоскости Н'), определяемое формулой

(8)

  Если известны фокусное расссстояние f и расстояние а от предмета до объектива, то расстояние от объектива до изображения определяется по формуле

(9)

  Масштаб изображения, т.е. отношение линейных размеров А' В' изображения к линейным размерам АВ предмета, определяется по формуле

(10)

  Если известен масштаб изображения и нужно определить поло-жение предмета и его изображения, то расстояние от предмета до объектива определяется по формуле

(11)

  Расстояние от объектива до изображения определяется формулой

(12)

  Нетрудно видеть, что при масштабе 1 : 1 расстояния а и b становятся равными 2 f. Расстояние от предмета до изображения определяется формулой

(13)

а с учетом масштаба, например при репродукции:

(14)

где НН' ≈ расстояние между главными плоскостями объектива (см. табл. 3).

  Если расстояние HH' мало, его можно не учитывать, особенно при большом значении L. При макросъемке или при асимметричной конструкции объектива, когда НН' велико, его следует учитывать, беря его значение из табл. 3.

Рис. 14 Связь между положением предмета и его изображением при отсчете расстояний от главных фокусов

  Расчеты могут проводиться также при помощи другой серии формул, в которых отсчет расстояний производится не от главных плоскостей Н и Н', а от первого F и второго F' главных фокусов (рис. 14).

  Расстояние х от предмета первого главного фокуса F и расстояние х' от второго главного фокуса изображения А'В' связаны между собой зависимостью

(15)

  Соотношения между элементами формулы (8) и формулы (15) показаны на рис. 14, из которого видно, что

  Из формулы (15) вытекает:

(16)

(17)

  Масштаб изображения определяется формулами

(18)

(18a)

  Расстояние между предметом и его изображением составляет:

(19)

а с учетом масштаба:

(20)

№6 Широкоугольные объективы

Вступление:

Объектив — оптическое устройство, предназначенное для создания действительного оптического изображения. В оптике рассматривается как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид. Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах — из зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы. Оптическая система, создающая изображение предмета (мнимое или действительное – в зависимости от положения предмета от фокуса объектива).

Широко применяется классификация фотографических объективов по углу поля зрения или по фокусному расстоянию, отнесённому к размерам кадра. Эта характеристика во многом определяет сферу применения объектива:

Нормальный объектив — объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра. Для 35-мм плёнки нормальным считается объектив с фокусное расстоянием 50 мм, хотя диагональ такого кадра равна 43 мм. Угол поля зрения нормального объектива от 40° до 51° включительно (часто около 45°). Считается, что восприятие перспективы снимка, сделанного нормальным объективом, наиболее близко к нормальному восприятию перспективы окружающего мира человеком.

Широкоугольный объектив (син. короткофокусный объектив) — объектив, с углом поля зрения от 52° до 82° включительно, фокусное расстояние которого меньше широкой стороны кадра. Часто используется для съёмки в ограниченном пространстве, например интерьеров.

Сверхширокоугольный объектив — объектив, у которого угол поля зрения 83° и более, а фокусное расстояние меньше малой стороны кадра. Сверхширокоугольные объективы обладают преувеличенной передачей перспективы и часто используются для придания изображению дополнительной выразительности.

Портретный объектив — если данный термин применяется к диапазону фокусных расстояний, то обычно подразумевается диапазон от диагонали кадра до трёхкратного её значения. Для 35-мм плёнки портретным считается объектив с фокусным расстоянием 50—130 мм и углом поля зрения 18—45°. Понятие портретного объектива условно и относится кроме фокусного расстояния к светосиле и характеру оптического рисунка в целом.

Длиннофокусный объектив (часто и некорректно именуемый телеобъективом) — объектив, у которого фокусное расстояние значительно превышает диагональ кадра. Имеет угол поля зрения от 10° до 39° включительно, и предназначен для съёмки удаленных предметов.

Сверхдлиннофокусный объектив — объектив, угол поля зрения которого 9° и менее.

В настоящее время массовое применение получил современный тип объективов с переменным фокусным расстоянием, называемый вариообъектив (трансфокатор, «зум»).

Схематическое обозначение фокусного расстояния и их угол поля зрения: 1.Сверхширокоугольный объектив . 2. Широкоугольный объектив. 3. Нормальный объектив . 4. Телеобъектив. 5. Супер-телеобъектив

Основная часть:

Широкоугольный объектив (короткофокусный) — объектив, у которого фокусное расстояние меньше, чем диагональ плёночного кадра или матрицы, с углом поля зрения от 52° до 82° включительно. Чем меньше фокусное расстояние, тем шире угол.

Таким образом, для узкоплёночного фотоаппарата все объективы с фокусным расстоянием меньше 44 мм будут широкоугольными. На цифровых зеркальных камерах с кроп-фактором 1.5-1.6 это уже объективы с фокусным расстоянием менее 28 мм. Объективы с фокусным расстоянием менее малой стороны кадра называются cверхширокоугольными. Нормальные штатные зум-объективы обычно охватывают диапазон типа 35-70, 28-90 или даже до 140 мм (для узкой плёнки типа 135), то есть самое широкое положение нормального трансфокатора  является широкоугольным. Широкоугольные объективы создают оптические искажения преимущественно по краям кадра.

Широкоугольными объективами принято снимать:

  •  Архитектуру
  •  Пейзаж

Объектив обычно называется «широкоугольным», если его фокусное расстояние составляет менее 35 мм (для полного кадра). Это соответствует углу зрения, который превышает 55° по широкой стороне кадра. Определение сверхширокого угла несколько более размыто, однако большинство соглашается на том, что эта часть начинается с фокусных расстояний порядка 20-24 мм и менее. Для компактных камер широкий угол зачастую означает максимальное раскрытие зума, однако сверхширокий угол для них обычно недоступен без специального адаптера.

В любом случае, ключевая концепция такова: чем короче фокусное расстояние, тем больше проявляются уникальные эффекты широкоугольного объектива.

Данная диаграмма показывает максимальные углы, под которыми лучи света могут достигать сенсора камеры. Точка пересечения лучей необязательно равна фокусному расстоянию, но примерно пропорциональна ему. Угол зрения, как следствие, увеличивается обратно пропорционально.

Что делает широкоугольные объективы уникальными? Распространённое недоразумение состоит в том, что широкоугольные объективы в-основном используют тогда, когда невозможно отдалиться от предмета достаточно далеко, но вы тем не менее хотите уместить предмет съёмки в один кадр. Однако если бы это было единственным применением, это было бы большой ошибкой. В действительности широкоугольные объективы зачастую используют для прямо противоположного: чтобы иметь возможность приблизиться к предмету.

Что делает широкоугольный объектив уникальным:

  •  Он охватывает широкий угол зрения.
  •  Он обычно имеет минимальную дистанцию фокусировки.

Несмотря на то, что эти характеристики могут показаться совсем базовыми, они означают изрядный набор возможностей.

Широкоугольная перспектива

Широкий угол зрения означает, что относительный размер и расстояние гипертрофируются при сравнении близких и далёких объектов. Это приводит к тому, что близлежащие объекты выглядят гигантскими, а дальние кажутся маленькими и очень далёкими. Причиной этого является угол зрения:

широкоугольный объектив (размеры предметов сильно отличаются)

телеобъектив (предметы имеют схожие размеры)

Несмотря на то, что два контрольных столбика находятся на одинаковом расстоянии, их относительные размеры значительно отличаются на снимках, полученных с помощью широкоугольного и телеобъектива, сделанных так, чтобы ближний столбик целиком заполнял кадр по вертикали. Для широкоугольного объектива удалённые объекты составляют намного меньшую часть общего угла зрения.

Недоразумением является утверждение, будто широкоугольный объектив влияет на перспективу, — строго говоря, это не так. На перспективу влияет только ваше положение относительно объекта в момент съёмки. Однако на практике широкоугольные объективы зачастую заставляют вас значительно приблизиться к предмету съёмки — что, разумеется, влияет на перспективу.

Такое преувеличение относительного размера может использоваться, чтобы добавить акцент и детальность объектам переднего плана, охватывая при этом широкий фон.

Однако следует проявлять особую осторожность, снимая людей. Их носы, головы и другие части тела могут оказаться неестественных пропорций, если вы слишком приблизитесь к ним для того, чтобы сделать снимок. Пропорциональность, в частности, является причиной того, что в традиционной портретной фотографии распространены более узкие углы зрения.

Наконец, поскольку удалённые объекты становятся совсем маленькими, иногда хорошей идеей является включить в кадр какие-нибудь элементы переднего плана, чтобы зафиксировать композицию. Иначе снимок пейзажа (сделанный с уровня глаз) может показаться перегруженным, или ему не будет хватать чего-то такого, что привлечёт глаз.

Наклон вертикали

Всякий раз, когда широкоугольный объектив направляют выше или ниже горизонта, это приводит к тому, что исходно параллельные вертикальные линии начинают сходиться. В действительности это справедливо для любого объектива — даже телеобъектива — просто широкий угол делает эту сходимость более заметной. Далее, при использовании широкоугольного объектива даже минимальное изменение в композиции значительно изменит положение точки схождения — что приводит к заметной разнице в том, как сходятся чёткие линии.

Хотя схождения вертикальных линий в архитектурной съёмке обычно стараются избегать, порой его можно применять как художественный эффект:

 

В примере с деревьями широкоугольный объектив был использован для снимка мачтовых деревьев способом, который создаёт впечатление, будто они смыкаются над зрителем. Причиной этого является то, что они выглядят как будто обступающими со всех сторон и сходящимися в центре изображения — несмотря на то, что в действительности они все стоят параллельно.

Аналогично, архитектурный снимок был сделан близко к дверям, чтобы преувеличить видимую высоту часовни. С другой стороны, тем самым заодно создаётся нежелательное впечатление, будто здание вот-вот завалится назад.

Способы уменьшить схождение вертикали немногочисленны: либо направлять камеру ближе к линии горизонта, даже если это означает, что помимо предмета съёмки будет снят большой участок поверхности, либо значительно отдалиться от предмета и использовать объектив с большим фокусным расстоянием.

К сожалению, у каждого из этих методов есть свои недостатки, будь то потеря разрешения в первом, неудобства или потеря перспективы во втором.

Интерьеры и замкнутые пространства

Широкоугольный объектив может оказаться абсолютно необходим для замкнутых пространств, просто потому что достаточно отдалиться от предмета, чтобы он целиком поместился в кадр (используя нормальный объектив), невозможно. Типичным примером является съёмка интерьеров комнат или других помещений. Такой тип съёмки заодно является, вероятно, простейшим способом использовать широкоугольный объектив по максимуму — в частности, потому, что он форсирует вас находиться на близком расстоянии к предмету.

Поляризационные фильтры

Использование поляризационного фильтра с широкоугольным объективом практически всегда нежелательно. Ключевой особенностью поляризатора является зависимость его влияния от угла относительно солнца. Если вы направите камеру под прямым углом к солнечному свету, его эффект будет максимален; аналогично, направив камеру прямо по солнцу или против него, вы практически исключите его влияние.

Для широкоугольного объектива одна граница кадра может оказаться почти по солнцу, а вторая практически перпендикулярно ему. Это означает, что изменение влияния поляризатора отразится на кадре, что обычно нежелательно.

Управление светом и широкий угол

При использовании обычной экспозиции неравномерная освещённость приводит к тому, что часть изображения будет передержана, а другая часть недодержана — несмотря на то, что наши глаза адаптировались бы к изменению яркости при взгляде в разных направлениях. Как следствие, приходится дополнительно озаботиться определением нужной экспозиции.

Например, при пейзажной съёмке листва на переднем плане зачастую значительно менее интенсивно освещена, чем небо или гора в отдалении. Это приводит к передержанному небу и/или недодержанной земле. Большинство фотографов для борьбы с таким неравномерным освещением используют так называемые градиентные нейтральные фильтры (graduated neutral densityGND).

Кроме того, широкоугольный объектив гораздо сильнее подвержен бликам, в частности потому, что солнце имеет гораздо больше шансов попасть в кадр. К тому же может оказаться затруднительным оградить объектив от попадания боковых лучей посредством бленды, поскольку она не должна при этом блокировать свет, формирующий кадр, под широким углом.

Широкоугольные объективы и глубина резкости

Распространённое заблуждение, что широкоугольный объектив имеет большую глубину резкости. Если вы увеличите предмет съёмки в той же степени (т.е., заполните кадр в той же пропорции), широкоугольный объектив обеспечит такую же* глубину резкости, как и телеобъектив.

* Техническое примечание: в ситуациях особо сильного увеличения глубина резкости может несколько отличаться.

Причиной того, что широкоугольные объективы имеют репутацию повышающих глубину резкости, не являются никакие особенности собственно объектива. Причина в наиболее частом способе их применения. Люди редко приближаются к предметам съёмки настолько близко, чтобы заполнить кадр настолько же, как при использовании объективов с более узким углом зрения.

Искажения : кажется, что широкоугольный объектив преувеличивает перспективу. Глубина и пространство чрезмерно подчеркнуты. Предметы кажутся расположенными дальше, чем на самом деле. Если перемещать камеру с широкоугольным объективом, то покажется, что движение на экране происходит быстрее, чем на самом деле. Человек, приближающийся или удаляющийся от камеры, движется на экране быстрее, чем обычно. Если перемещать камеру с широкоугольным объективом, то покажется, что движение на экране происходит быстрее, чем обычно. Эти эффекты можно применять, чтобы усилить впечатление от съемки. Короткофокусный объектив даже при съемках с относительно короткого расстояния позволяет получить довольно полный вид сцены.

Широкоугольные объективы имеют более короткое фокусное расстояние в сравнении со стандартным объективом, а угол зрения – соответственно, более широкий, чем стандартная длиннофокусная оптика. Для 35 мм камер широкоугольниками считаются объективы, у которых фокусное расстояние около 35 мм или меньше. Этот тип объективов предназначен для снимков в самых разнообразных жанрах в тех случаях, когда необходим увеличенный угол зрения – например, при съемке пейзажа. Также широкоугольники очень удобны при съемке в ограниченном пространстве (например, в условиях тесных городских улиц, в квартире), поскольку в поле зрения объектива попадает тем больше пространства, чем меньше его фокусное расстояние.

Широкоугольники также хороши меньшей критичностью к точности определения расстояния при наводке на резкость – даже при фокусировке по шкале расстояний «промахнуться» по резкости достаточно сложно. Во многих случаях широкоугольные и сверхширокоугольные объективы проще и удобнее фокусировать по шкале расстояний, по шкале глубины резкости или наводя на гиперфокальное расстояние, а зеркальный видоискатель использовать лишь для кадрирования. Умеренные широкоугольники (фокусное расстояние 28—35 мм) в большинстве случаев не менее универсальны, чем их более длиннофокусные соседи в линейке оптики — «полтинники». Конечно, портрет, снятый широкоугольником, будет далек от верного воспроизведения пропорций, однако для жанровой и репортажной съемки диапазон фокусных расстояний 28—35 мм просто вне конкуренции по удобству использования. А в пейзажной и архитектурной съемке умеренные широкоугольники не только удобны, но и часто обеспечивают наиболее верное воспроизведение перспективы. К тому же широкоугольные объективы с фокусным расстоянием 28—35 мм наиболее распространены и часто вполне доступны по цене. Поэтому их популярность весьма высока — нередки даже случаи, когда объектив с фокусным расстоянием 28 мм или 35 мм задерживается на аппарате большую часть времени, по сути становясь штатным объективом. Эту закономерность подметили и активно развивают производители P&S-камер (point-and-shot, или «мыльниц») — фокусное расстояние объектива большинства таких компактных аппаратов соответствует 28—35 мм.

Дополнения:

Угол поля зрения — удвоенный угол между оптической осью и лучом, идущем из пространства предметов в центр входного зрачка.

Входной зрачок —апертурная диафрагма. Выходной зрачок – изображение диафрагмы.

Поле зрения объектива — максимальная часть пространства предметов, видимая/изображаемая оптической системой (объективом).

Фокусное расстояние — расстояние между оптическим центром объектива и пленкой при резкой наводке на очень удаленный предмет. Наименьшее расстояние от оптического центра до пленки, при котором можно получить резкое изображение. Расстояние от задней точки Н1 (от главных плоскостей) до фокуса F.

Н1 — задняя главная плоскость линзы, которая определяется пересечением идущих из бесконечности из пространства объекта параллельных лучей с их продолжением после преломления их при прохождении оптической оси.

Фокус F —передний фокус, точка на оптической оси, в которой пересекаются лучи, которые шли параллельно оптической оси, идущие после преломления из пространства изображения.

Перспектива: 1. Явление кажущегося искажения пропорций и формы тел при их визуальном наблюдении. Например, два параллельных рельса кажутся сходящимися в точку на горизонте.

2. Способ изображения объемных тел, передающий их собственную пространственную структуру и расположение в пространстве. В изобразительном искусстве возможно различное применение перспективы, которая используется как одно из художественных средств, усиливающих выразительность образов.

ГРИП — расстояние между передней и задней границами резко изображённого пространства, измеренное вдоль оптической оси, в пределах которого объекты съёмки на снимке отображаются безусловно резко.

Поляризационный фильтр — устройство для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольными поляризационными характеристиками. В фотографии поляризационные фильтры используются для достижения различных художественных эффектов (устранение бликов, затемнение неба

№7 Призмы с одной и двумя отражающими поверхностями. Полное внутреннее отражение.

Призма – простейший оптический прибор, представляющий однородное прозрачное тело, ограниченное плоскими поверхностями, расположенными относительно друг друга под определенными углами. Ребра призмы параллельны.

Отражающее действие призмы основано на явлении полного внутреннего отражения.

Отражающие призмы применяются в кинооптике в следующих случаях:

  •  Для изменения направления оптической оси прибора.
  •  Для оборачивания изображения.

В обоих случаях вместо призм можно применять зеркала, но призмы имеют перед зеркалами следующие преимущества:

  1.  В призмах отсутствуют потери света при отражении, тогда как в каждом зеркале эти потери составляют, примерно, 5 или 10 %.
  2.  Поверхности призм не требуют серебрения. Это существенно, потому что амальгама зеркала не прочна и часто подвергается техническим повреждениям.
  3.  Призмы конструктивно устойчивее, чем зеркала: угол между отражающими поверхностями у призм постоянен, тогда как в зеркальных системах – вследствие температурных воздействий на оправу, толчков при транспортировке и т.д. – углы между зеркалами могут изменяться.
  4.  При применении призм отсутствует двоение изображения. В зеркалах с внутренним серебрением всегда бывает два изображения: основное, отраженное от плоскости амальгамы, и второе, слабое, отраженное от поверхности стекла. Избежать этого возможно, применяя зеркала с наружным серебрением, но такое серебрение еще менее прочно.

Основное правило отражающей призмы:

Угол падения луча на отражающую поверхность призмы всегда должен быть больше предельного угла того сорта стекла, из которого призма сделана.

Если угол падения луча на отражающую грань призмы будет меньше предельного угла, то этот луч не отразится от грани, а пройдет ее и, соответственно преломившись, выйдет в воздух.

Чаще всего в конструкциях приборов с отражающими призмами применяется угол падения луча, равный 45о.

Коэффициент преломления стекла в этом случае должен быть больше 1,414, так как n = 1 / sina;  1 / sin45o = 1 / 0,707 = 1,414.

Обычно берется стекло с коэффициентом преломления около 1,6. В этом случае предельный угол получается 35о – 40о.

Стекла с большим коэффициентом преломления для отражающих призменных систем обычно не применяются, так как они в большинстве случаев менее прозрачны. Если в обычном оптическом стекле потери света на поглощение составляют примерно 1% на 1 сантиметр хода луча в стекле, то в тяжелых стеклах потери доходят до 3%.

Чтобы легче разбираться в действии оптического прибора с применением призм полного отражения, есть еще 2 правила:

  1.  Если луч проходит через призму или систему призм, и число его отражений – не четное, то изображение будет зеркальным, неконгруэнтным, то есть в изображении будет перемещение правой и левой стороны. В случае же четного числа отражений изображение будет прямое.
  2.  Если в призме 2 отражающие грани, то призма отклоняет луч от первоначального направления на угол, в два раза больший, чем угол между отражающими гранями, причем угол отклонения не зависит от угла падения луча на первую отражающую грань.

Оба эти правила остаются верными также и для зеркальных систем.

Трехгранные призмы с одной отражающей гранью:

  1.  Прямоугольная призма:

Прямоугольная призма применяется вместо плоского зеркала и дает отклонение луча на 90о. Изображение при этом получается зеркальное, неконгруэнтное.

  1.  Призма Дове:

Если лучи падают на прямоугольную призму параллельно ее гипотенузной грани, то мы имеем случай Дове. Прямой угол в таких призмахчасто срезается, и образуется грань, параллельная гипотенузной грани.

Призма Дове не отклоняет и не смещает лучей. Она дает зеркальное изображение.

Трехгранные призмы с двумя отражающими гранями:

  1.  Прямоугольная призма:

Если в прямоугольной призме входной гранью сделать гипотенузную грань, то лучи будут притерпевать двукратное полное внутренне отражение от катетных граней.

При таком ходу луча призма отклоняет его на 180о (угол между отражающими поверхностями 90о).

Изображение будет конгруэнтное, не зеркальное (число отражений в ходе луча четное).

В некоторых устройствах применяются 2 призмы, однако принцип действия и правила остаются теми же.

  1.  Призма-ромб:

Дает прямое изображение предмета, так как число отражений четное.

Отклонения луча призма не дает (угол между отражающими гранями равен нулю: они параллельны), но дает некоторое смещение оптической оси. Величина смещения зависит от расстояния между отражающими гранями.

Чтобы увеличить смещение, призм иногда (как в случае прямоугольной призмы с двумя отражениями) расщепляют на две прямоугольные призмы.

Именно таково визирное устройство в киносъемочной камере «Москва». Прямоугольную призму, размещенную за кадровым окном, и прямоугольную призму лупы можно рассматривать как расщепленную призму-ромб.

Пентапризмы:

Имеют угол между отражающими гранями 45о, поэтому отклоняют луч на 90о.

Изображение прямое (число отражений - два).

Применяются для визирования кадра в малоформатных зеркальных камерах.

Поскольку гол падения луча на отражающую грань призмы, всего лишь 22,5о,то есть значительно меньше, предельного угла, то полного внутреннего отражения наблюдаться не будет.Поэтому 2 отражающие грани пентапризмы серебрят.

По существу, эти две отражающие грани являются зеркалами, то есть призма работает по принципу двух зеркал, стоящих под углом.

Серебрение отражающих граней в призмах применяется в практике довольно часто, но призмы в этих случаях теряют одно из своих преимуществ: изображение в силу потерь света будет менее яркое, чем при полном внутреннем отражении.

Дополнения:

Внутреннее отражение — явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует бо́льшему показателю преломления).

Неполное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения меньше критического угла. В этом случае луч раздваивается на преломлённый и отражённый.

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снелла. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду — там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит. Характерная глубина проникновения неоднородной волны во вторую среду порядка длины волны.

№8 Рабочий отрезок и задний отрезок (SF) объектива.

Рабочий отрезок – равен расстоянию от опорной поверхности оправы (плоскости крепления) объектива до фокальной плоскости (плоскости плёнки или светочувствительной матрицы).

Рабочий отрезок объектива должен быть равен рабочему расстоянию камеры, для которой предназначен данный объектив. Относится к конструктивным механическим характеристикам объектива.

Рабочий отрезок прямо влияет на возможность установки объектива одной системы в камеру другой системы через переходник. Если рабочий отрезок объектива больше чем у камеры, то установка через переходник возможна. Если рабочий отрезок объектива меньше чем фотоаппарата, то при установке будет потеряна возможность фокусировки на бесконечность и будет сбита шкала дистанций фокусировки (так как объектив нужно переместить внутрь корпуса).

Чтобы получить представление о величине рабочего отрезка можно провести такой опыт: встать в тёмной комнате или затемненной её части взять объектив, сфокусированный на бесконечность и навести его через окно на улицу на предмет, находящийся на бесконечно большом расстоянии, подвести лист бумаги к задней части объектива на расстояние, равное рабочему отрезку объектива, на листе бумаги должно появиться достаточно чёткое изображение предмета, находящегося на бесконечно большом расстоянии.

Система окуляра

В биноклях, телескопах, оптических прицелах и других системах с окуляром под рабочим отрезком понимается расстояние от задней поверхности линзы до глаза.

В оптических прицелах рабочий отрезок достаточно велик — примерно 40 мм для Российской техники и 70 мм для зарубежной. Это сделано для предупреждения травм глаза при отдаче оружия.

В биноклях, телескопах и микроскопах рабочий отрезок создается порядка 5—20 мм.

Задний отрезок:

Вершинное фокусное расстояние (оптической системы) — расстояние от вершины передней или задней оптической поверхности до точки переднего или заднего фокуса оптической системы. При этом, расстояние от передней (первой по ходу луча) оптической поверхности до переднего фокуса именуется передним, а расстояние от последней оптической поверхности до заднего фокуса именуется задним вершинным фокусным расстоянием.

Согласно ГОСТ 7427-76, вершинные фокусные расстояния именуются - передний фокальный отрезок и задний фокальный отрезок.

В справочниках фото- и кино-объективов, расстояние от последней поверхности до главного фокуса часто именуется задним отрезком.

Величина заднего и переднего фокальных отрезков обычно не совпадает с фокусным расстоянием системы. Телеобъективы имеют укороченный задний фокальный отрезок, что уменьшает габаритные размеры объектива; широкоугольные объективы однообъективных зеркальных аппаратов и кинокамер с зеркальными обтюраторами часто имеют удлинённый задний фокальный отрезок, так как зеркало видоискателя не позволяет расположить объектив близко к плоскости изображения.

f' — заднее фокусное расстояние;

s'F' — заднее вершинное фокусное расстояние (задний фокальный отрезок)

Дополнения:

Рабочий отрезок объектива (или фотоаппарата) - это расстояние от плоскости крепления объектива (поверхности байонета) до, так называемой, фокальной плоскости (это плоскость пленки или матрицы фотоаппарата).

Рабочий отрезок измеряется в миллиметрах.

Если рабочий отрезок объектива больше рабочего отрезка камеры (хотя бы на 1мм – минимальную толщину переходника) то, как правило, его можно использовать на этой камере через переходник без ограничений, т.е. у него будет возможность фокусировки на бесконечность.

Если рабочий отрезок меньше, то нужна или существенная переделка хвостовика объектива или необходимо использовать переходник с компенсирующей линзой, что сразу же ухудшает качество изображения. Или просто использовать такой объектив только на близких расстояниях и в макро-режиме.

Существует еще одна конструктивная проблема свойственная некоторым зеркальным фотокамерам. Объектив может подходить к камере по рабочему отрезку, но из-за конструктивных особенностей камеры зеркало будет цеплять за хвостовик объектива (достаточно часто проблема лечится стачиванием или разборкой оправы хвостовика).

Задний отрезок - расстояние от вершины задней поверхности последней линзы объектива до заднего главного фокуса. В большинстве объективов задний отрезок короче главного фокусного расстояния, составляя примерно от 85 до 50% главного фокусного расстояния, и это обстоятельство ограничивает возможность применения объективов с коротким задним отрезком в зеркальных камерах или в киносъемочных аппаратах, где в пределах заднего отрезка расположено зеркало или обтюратор. Отсюда возникла необходимость в специальных объективах с удлиненным задним отрезком, в которых задний отрезок не короче, а длиннее главного фокусного расстояния объектива или, по крайней мере, равен ему.

Удлинение заднего отрезка достигается включением в объектив отрицательной линзы в качестве первого компонента его.

Задний отрезок называется также задним вершинным фокусным расстоянием. На схемах задний отрезок обозначается через s', а вершинное фокусное расстояние через v'. Гораздо реже в фотообъективах указывается передний отрезок s или переднее вершинное фокусное расстояние v, т. е. расстояние от вершины передней поверхности первой линзы объектива до переднего главного фокуса.

Хотя телеобъективы имеют очень короткий задний отрезок, это не мешает использованию их в зеркальных аппаратах, так как фокусное расстояние телеобъектива обычно во много раз превосходит фокусное расстояние нормального объектива, обслуживающего тот же формат.

Задний отрезок не следует смешивать с рабочим отрезком, под которым понимается расстояние главного фокуса объектива от опорной поверхности оправы, определяющей положение объектива в камере.

  1.  Светорассеяние в системе Объектив – Камера.

Отражение света от поверхности линз, граничащих с воздухом в киносъемочном объективе, вредно не только тем, что снижает освещенность изображения., а, главным образом, тем, что уменьшает контраст изображения. Свет, отраженный поверхностями линз, кроме первой, в дальнейшем ходе вновь встречает на своем пути поверхности, где подвергается повторным отражениям. В результате многократных отражений этот свет попадает вовнутрь камеры (пространство между объективом и плоскостью изображения).  Не участвуя в построении изображения, такой «паразитный» свет создаст засветку, которая образует на негативе вуаль. Такое явление называется светорассеяние.

Объективы характеризуют по наличию в них светорассеяния и величине коэффициента светорассеяния.

Коэффициентом светорассеяния К\С объектива называется отношение освещенности образуемого объективом изображения черного поля, расположенного на равномерном ярком белом фоне, к освещенности этого белого фона.

                         -  Коэф. Светорассеяния

                                          - освещенность черного

                                         -  освещенность белого

Светорассеяние может быть вызвано и рядом других причин:

плохим качеством стекла линз в объективе, царапинами на поверхности линз, плохим чернением  внутренних поверхностей оправы объектива, плохим чернением фасок линз объектива, сколами стекла на фасках, потертостями лепестков ирисовой диафрагмы или их плохим  чернением.

Один и тот же объектив, поставленный в разные К\С аппараты, при съемке одного и того же объекта может  дать изображения не одинаковые по контрасту. Это происходит вследствие различного конструктивного расположения в К/С аппаратах деталей находящихся в близи пучка. Поэтому когда речь идет об окончательном результате - об изображении на светочувствительном слое, следует иметь ввиду  светорассеяние в системе объектив – камера. Светорассеяние больше когда в снимаемом объекте наряду с темными объектами имеются яркие блескучие поверхности. Рекомендуется предохранять объектив от попаданий на переднюю линзу боковых лучей, лучшая защита - компендиум. 

10.Линзы. Конструктивные параметры. Типы линз.

Сферической лизой называется кусок стекла или другого однородного прозрачного материала, ограниченный двумя сферическими , преломляющими поверхностями.

Радиусы сферических поверхностей называются радиусами кривизны.

Главная ось является осью симметрии вращения, т.е все элементы каждой линзы расположены симметрично относительно главной оптической оси.

Для описания геометрической формы линзы и ее размеров достаточно указать радиусы кривизны обеих поверхностей r1 и r2 , осевую толщину линзы d и ее диаметр, а для учета ее действия необходимо добавить показатель преломления или сорт стекла, из которого линза изготовлена.  Если одна из поверхностей плоская – ее обозначают как сферическую поверхность с бесконечно большим радиусом r = ∞.

Прямая, соединяющая центры называется оптической осью линзы, а точки пересечения поверхностей линзы с оптической осью — вершинами линзы. Если центры сфер, образующих линзу, находятся с противоположных сторон от вершин своих поверхностей, относительно центра линзы, то данная линза является положительной. Если же наоборот — отрицательной.

Типы линз:

Положительные (собирательные)

- двояковыпуклая

-плоско-выпуклая

- вогнуто-выпуклая (положительный мениск)

Отрицательные ( рассеивающие)

- двояковогнутая

- плоско-вогнутая

- выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)

У всех положительных линз середина всегда толще, чем края, у отрицательных наоборот. Положительные линзы, преломляя отдельные лучи проходящих через линзу световых пучков, отклоняют их в направлении к лучу, проходящему через центр линзы, т.е. собирают их. Отрицательные линзы, наоборот — отклоняют лучи в сторону, т.е. рассеивают световые пучки.

Идеальная оптическая система выполняет следующие условия:

  1.  Всякий пучок лучей, вышедший из точки и вошедший в систему, по выходе из неё вновь соберётся в точку, т.е. всякая точка изображается в виде точки.
  2.  Изображение предмета, лежащего в плоскости, перпендикулярной оптической оси, подобно самому предмету и может отличаться от него только размерами.
  3.  Изображение плоскости, перпендикулярной к оптической оси, является плоскостью, так же перпендикулярной к оси.

Ни одна реальная система, кроме плоского зеркала, не отвечает строго этим условиям.

В случае положительной линзы, когда в точке F ` пересеклись действительные лучи, она является действительным изображением светящейся точки. В случае же отрицательной линзы точки F ` - мнимое изображение, так как в ней пересекаются лишь продолжения преломлённых лучей, а не сами лучи.

Размер изображения зависит от преломляющей силы линзы. Последняя же не зависит от того, какой стороной линза обращена к предмету. Потому вершинное расстояние не может служить основной характеристикой линзы.

11. Разрешающая сила (разрешающая способность) и методы ее определения.

Субботина

«Краткий фотографический справочник» + энциклопедия «Фотокинотехника» (Иофис):

Разрешающая (сила) способность объектива характеризуется максимальным числом раздельно передаваемых объективом на фотографическом слое параллельных штрихов, приходящихся на 1 мм изображения.

Следует заметить, что р.с. объектива значительно выше получаемой при фотографии, так как р.с. самого фотографического слоя в большинстве случаев не превышает 50-60 линий на 1 мм, а р.с. объективов достигает 600 линий на 1 мм.

Разрешающей способностью фотографического слоя называется способность слоя к воспроизведению мельчайших деталей фотографируемого объекта.

Чем выше р.с. фотографического слоя, тем меньшие по размерам детали объекта и большее количество их этот слой может воспроизвести резко.

Р.с. светочувствительного материала в основном зависит от степени зернистости фотографического изображения, и от контрастности эмульсии.

 

* Несколько подробнее *:

Обозначается R. Определяется свойствами фотоматериала (химическим составом, зернистостью, толщиной эмульсионного слоя, степенью поглощения света в слое итд). На результат измерения р.с. слоя влияют условия химико-фотографической обработки фотоматериала (так, р.с. слоя увеличивается с ростом коэф. контрастности); характеристики испытательной миры (например, ее контраст), способ отображения миры (контактный или проекционный – при контактном р.с. слоя выходит выше). **Особенно высокой р.с. обладают несеребряные фотоматериалы.

Разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент приближенно определяется по формуле:

,

где  – разрешающая сила объектива в линиях на 1 мм;  — разрешающая сила светочувствительного элемента в линиях на 1 мм.

*! Данная формула непригодна для матричных фотоприемников в связи с их дискретным характером.   

Разрешение матриц зависит от их типа, площади и плотности фоточувствительных элементов на единицу поверхности.

Оно нелинейно зависит от светочувствительности матрицы и от заданного программой уровня шума.

Некоторые фирмы - производители цифровых фотоаппаратов в рекламных целях пытаются повернуть матрицу под углом в 45°, достигая определённого формального повышения разрешения при фотографировании простейших горизонтально-вертикальных мир. Но если использовать профессиональную миру, или хотя бы повернуть простую миру под тем же углом, становится очевидным, что повышение разрешения - фиктивное.

НАСЧЕТ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Р.С. – Я НЕ ЗНАЮ НИКАКИХ, КРОМЕ «МИР»НОГО СПОСОБА, ТАК ЧТО ЧЕРТЕЗНАЕТ ЧТО ЗДЕСЬ ГОВОРИТЬ О ПРОЧИХ МЕТОДАХ.

Дополнительно:

  •  Наша лабораторная по кинооптике №4 – «Определение визуальной разрешающей способности»

  •  Мира  (от фр. mirer — рассматривать на свет, прицеливаться, метить) — испытательная пластинка с нанесённым на неё стандартным рисунком в виде полос или секторов, которая служит для количественного определения разрешающей способности

оптических приборов (например, объективов) или светочувствительного элемента (матрицы или плёнки).

Определение р.с. производится путём фотографирования этого специального тестового объекта.  От р.с. зависит возможность получения мельчайших деталей в изображении и, следовательно, больших увеличений при печати.

Р. с. выражается числом линий (штрихов), различимых на 1 мм в изображении миры.

Миры изготовляют на прозрачной основе в виде квадратов или кругов, заштрихованных определенным образом; монтируют на щитах и фотографируют на фоне белого освещенного экрана.

* Штриховая мира — рисунок образован чередующимися тёмными и светлыми прямоугольными полосками с закономерно изменяющейся частотой. Радиальная мира — рисунок образован тёмными и светлыми секторами круга Кольцевая мира — рисунок образован тёмными и светлыми кольцами, типа мишени. Синусоидальная мира — плотность изображения плавно изменяется по синусоидальному закону.

  •  Кружок рассеяния – искажённое изображение точки, образуемое реальной оптической системой.

Возникает вследствие дифракции света на оправах компонентов оптической системы, а также вследствие остаточных аберраций.

Воспринимаемая человеческим глазом резкость изображения зависит от разрешающей способности зрительной системы человека и фактической резкости изображения.

На резкость изображения также влияют степень увеличения и расстояние от изображения до точки наблюдения.

*Для узкой (35-мм) плёнки обычно принимается допустимый кружок рассеяния c=0,03 мм, для среднего формата c=0,05 мм. ** Объективы с электронной фокусировкой созданы так, чтобы давать минимальный круг рассеяния размером 0,035 мм. *** Именно из этой величины исходят расчеты таких параметров, как глубина резкости.

  1.  Принципы устройства объективов с переменным фокусным расстоянием.

Субботина

 Перспектива изображения определяется выбором точки съемки. Чтобы правильно заполнить кадр при удачно выбранной точке, необходим объектив определенного фокусного расстояния, которого может не оказаться даже в большом наборе сменных объективов или афокальных насадок. Для этой цели служит объектив с плавно меняющимся фокусным расстоянием. Он не только заменяет набор сменных объективов, но и позволяет переходить без перерыва от общего плана к крупному и даже к отдельной детали, что особенно важно в кино- и телевизионной технике, где объективы с переменным фокусным расстоянием получили широкое распространение. 

(http://klax.tula.ru/~vendi/optik10.html полный текст о переменном ф.р. из «Справочника фотолюбителя» и схемы советских трансфокаторов; http://klax.tula.ru/~vendi/optik11.html - про насадки)

«Фотографическая оптика», Д. Волосов, 1978. Более развернутое, очень хорошее введение к теме, отличный ответ на билет (после статьи еще дополнительная информация):

Около 35 лет назад в СССР впервые были разработаны теория и метод расчета оптических анастигматических систем с переменными оптическими характеристиками, в частности объективов с переменным фокусным расстоянием. В те годы подобные системы лишь начали появляться. В отличие от ранее существовавших апланатических панкратических систем зрительных труб, у которых относительные отверстия и поля зрения были малыми, новые системы должны были применяться в качестве фотографических, в частности киносъемочных объективов, а следовательно, должны были быть анастигматическими с достаточно большими полями зрения и высокой светосилой.

Конечно, первые варианты рассчитанных объективов были несовершенны как по своим оптическим качествам, так и по эксплуатационным параметрам. Ограниченная область их возможного применения (киносъемка), в которой к тому же существовал вполне конкурентноспособный способ съемки "наездом", ставила под сомнение целесообразность концентрации больших усилий для решения этой сложной оптической задачи. Начавшаяся война отодвинула эти работы на второй план.

Бурное развитие телевидения и телевещания в послевоенные годы стимулировало возрождение интереса к объективам с переменным фокусным расстоянием. В этой области, где способ "наездов" практически неприменим, создание эффекта непрерывного изменения масштаба изображения с помощью панкратической оптики особенно уместно как в условиях студийных, так тем более внестудийных телевизионных передач.

Появившийся вскоре за рубежом массовый интерес к узкопленочной 8-мм любительской кинематографии еще в большей мере стимулировал развитие объективов с переменным фокусным расстоянием, так как для малоформатной киносъемки, когда необходима короткофокусная оптика, подобные объективы имеют сравнительно малые габариты и массы, а следовательно, не вызывают затруднений при их повседневной эксплуатации.

Развитие этих областей техники в послевоенные годы у нас несколько задержалось; создалась досадная ситуация: там, где впервые начались теоретические и методические работы в этой области, не имелось соответствующих возможностей для их практической реализации.

В настоящее время объективы с переменным фокусным расстоянием прочно вошли в оптическую технику и находят все большее применение в профессиональной и любительской кинематографии, фототехнике, телевидении и в ряде отраслей специальной техники. Почти во всех зарубежных странах с развитой оптико-механической промышленностью ведутся разработки объективов этого типа.

Оригинальные оптические схемы и разработки объективов переменных фокусных расстояний различных оптических характеристик и разного назначения начали особенно часто появляться начиная со второй половины 50-х годов, когда внедрение ЭВМ позволило выполнять все трудоемкие численные исследования и расчеты.

  •  По своим оптико-коррекционным свойствам объективы с переменным фокусным расстоянием, которые для краткости назовем панкратическими объективами-анастигматами, можно условно подразделить на две группы:

1) вариообъективы, оптическая система которых корригирована в отношении всех аберраций как единое целое;


2)
система насадка - объектив, или трансфокаторы, в которых собственно объектив и расположенная впереди него афокальная насадка переменного увеличения корригируются независимо и самостоятельно в отношении почти всех аберраций, за исключением остаточной положительной кривизны поля собственно объектива, которая компенсируется отрицательной кривизной поля, вносимой афокальной насадкой.

* С точки зрения эксплуатационной, обе группы объективов тождественны, точнее, почти тождественны: лишь в отдельных случаях, как увидим ниже, афокальная насадка может применяться со сменным объективом, расположенным позади нее. Для этого необходимо совмещение выходного зрачка насадки со входным зрачком объектива.

  •  По оптико-кинематической схеме перемещения компонентов системы панкратические объективы-анастигматы подразделяются также на две группы:


1) объективы с оптической компенсацией сдвига плоскости изображения, в которых компоненты оптической системы перемещаются по простым (линейным) законам; положение плоскости изображения при этом остается с должной точностью фиксированным;


2) объективы
с механической компенсацией сдвига плоскости изображения, в которых хотя бы один, а иногда и более из компонентов оптической системы перемещаются по сложному (нелинейному) закону, необходимому для сохранения положения плоскости изображения. Сложная кинематика перемещения компонента обычно осуществляется кулачковым механизмом. 


*  Группировка панкратических объективов на вариообъективы и трансфокаторы весьма условна и, как указывалось выше, она проведена исходя лишь из принципа оптической коррекции; в параксиальной области схему трансфокатора можно всегда преобразовать в вариообъектив и обратно. 


**  Иногда в целях универсализации возможности применения объектива, позади афокальной насадки переменного увеличения устанавливают систему из двух переключающихся сменных объективов различных фокусных расстояний - короткофокусного и длиннофокусного.

Тем самым получают возможность проводить съемки с плавно изменяющимся масштабом изображения как близких, так и удаленных объектов (например, телевизионная съемка студийная и внестудийная), как это осуществлено в нашем объективе "Алькор-6".

Часто за объективом переменного фокусного расстояния устанавливают сменные дополнительные компоненты - удлинители, работающие с линейными полутора-трехкратными увеличениями, что также расширяет оптические характеристики набора объективов.

*** За последние годы впереди малогабаритных объективов (например, 8-мм киносъемочных камер) иногда начали устанавливать афокальные насадки переменного увеличения, плавно изменяющегося в 2,5-3 раза, а также афокальные насадки постоянного увеличения, устанавливаемые впереди малогабаритных объективов переменного фокусного расстояния (например, в тех же 8-мм кинокамерах) и соответственно сдвигающие - укорачивающие или удлиняющие - абсолютные значения изменяющихся фокусных расстояний, сохраняя при этом кратность этих изменений.

В заключение укажем, что оптические характеристики панкратических объектов :

 кратность,

пределы абсолютных значений изменения фокусных расстояний,

относительные отверстия,

 углы поля зрения

- целиком зависят от числа компонентов, входящих в систему, и ее габаритов.

Например, если светосильные малогабаритные системы с двух-трехкратным изменением фокусных расстояний содержат 10 - 13 линз, то объективы с широким интервалом изменения фокусных расстояний (восьми-десятикратным) содержат 16 - 18 и более линз в зависимости от требований к качеству коррекции аберраций.

Для справки: (wiki)

Анаморфот  оптическая система, создающая изображение объекта, масштаб которого различен по двум взаимно перпендикулярным направлениям (обычно вертикальном и горизонтальном).

Выпускаются:

  •  афокальные анаморфотные насадки на обычный объектив. Их применение связано с трудностями расчёта аберраций и дальнейшей юстировки оптической системы. Применяются как линзовые насадки, содержащие цилиндрические линзы, так и зеркальные, содержащие зеркала с цилиндрическими поверхностями;
  •  анаморфотные блоки — анаморфотные объективы с цилиндрическими компонентами, выполненные как единое целое. Расчёт и юстировка таких объективов существенно проще;

Анаморфотная насадка  афокальная оптическая система, используемая совместно с обычным фото- или кинообъективом, устанавливается обычно перед его передней линзой.

Афока́льная опти́ческая систе́ма, телескопи́ческая опти́ческая систе́ма — оптическая система, преобразующая параллельный световой пучок в параллельный же. Предназначена главным образом для наблюдения удалённых объектов.

  •  Состоит из объектива, обращённого к наблюдаемому объекту, и окуляра, обращённого к глазу наблюдателя или объективу съёмочного аппарата.
  •  Объектив и окуляр взаимно расположены так, что передний фокус окуляра совмещён задним фокусом объектива.

Принцип действия и характеристики:

Совпадение соответствующих фокусов означает, что пришедшие от бесконечно удалённого объекта параллельные лучи света входят в объектив под одним, а выходят из окуляра под другим углом к оси оптической системы.

(панкратический Рубин)

Оптическая схема афокальных насадок: а – при угловом увеличении Г>1 (угол α'>α); б – при угловом увеличении Г<1 (α'<α)

Ход лучей в афокальной насадке.

Объектив с переменным фокусным расстоянием (ОПФ) 

– объектив фото- или киносъемочного аппарата, у которого фокусное расстояние можно произвольно изменять в пределах, обусловленных его конструкцией.

(* Определение ниже – из энциклопедии «Фотокинотехника» Иофиса, можно пропустить всю эту инфу про дискретность и панкратичность, а просто сразу сказать, что:

По устройству все объективы с переменным фокусным расстоянием могут быть разделены на 2 группы – вариообъективы и трансфокаторы.)

Фокусное расстояние изменяется либо ступенчато – объектив с дискретным изменением фокусного расстояния, либо плавно – т.н. панкратический объектив.

В объективах первого типа фокусное расстояние изменяется в результате дискретного перемещения отдельных компонентов оптической системы или за счёт использования различных сменных компонентов. Например, в любительских 8-мм кинокамерах применяют сменные афокальные насадки, устанавливаемые перед объективом. Так, для объектива «Юпитера» в кинокамере «Кварц» используются афокальные насадки, позволяющие изменять фокусное расстояние оптической системы в целом в 0,5 или в 2 раза.


В панкратических объективах изменение фокусного расстояния достигается плавным перемещением отдельных компонентов оптической системы. В зависимости от способа (закона) перемещения компонентов различают ОПФ с оптической и с механической компенсацией смещения плоскости изображения.

В объективах с оптической компенсацией компоненты оптической системы перемещаются по линейному закону, при этом плоскость изображения смещается в таких пределах, при которых изменение качества изображения почти незаметно.

В объективах с механической компенсацией один или несколько компонентов перемещаются по сложному, нелинейному закону, при этом плоскость изображения остаётся практически неподвижной.

С точки зрения исправления остаточных аберраций панкратические объективы подразделяют на вариообъективы и трансфокаторы.

Вариообъектив.

- объектив с переменным фокусным расстоянием, содержащий несколько перемещающихся относительно друг друга оптических компонентов, образующих т.н. вариатор,

и неподвижный задний компонент корректор остаточных аберраций вариатора.

  •  Оптическая система вариатора исправлена в отношении остаточных аберраций как единое целое.

  •  Перемещением компонентов вариатора обеспечивается непрерывное изменение фокусного расстояния, при этом плоскость изображения остается неподвижной и относительное отверстие сохраняется постоянным.

  •  Изменение фокусного расстояния достигается раздельным перемещением каждого компонента в одну сторону.
  •  Переменное фокусное расстояние обеспечивается за счет наличия нескольких групп линз, которые могут передвигаться друг относительно друга. Хороший вариообъектив не перекрывает весь диапазон от широкоугольного объектива с очень маленьким фокусным расстоянием до длиннофокусного с очень большим фокусным расстоянием. Обычно фокусное расстояние вариообъектива изменяется в некоторых средних, хотя и достаточно широких пределах. Например, замечательно, если в эквиваленте 35-миллиметровой камеры фокусное расстояние объектива варьируется в диапазоне от 35 мм до 100 мм.
  •  Поскольку элементы вариообъектива должны двигаться на большие расстояния, он обычно не обеспечивает такую проработку деталей, как соответствующие специальные объективы с постоянным фокусным расстоянием. По этой же причине на настройку вариообъектива обычно требуется больше времени. После изменения состояния такого объектива всегда следует проверять его на резкость будущего кадра. Удобно, когда фотоаппарат с вариообъективом имеет систему автофокусировки, тогда объектив автоматически перенастроится после или при изменении фокусного расстояния.
  •  По сравнению с трансфокатором позволяет достичь лучшего исправления многих аберраций при меньшем числе линз и компонентов, а также добиться большей геометрической светосилы во всём диапазоне фокусных расстояний. 

Трансфокатор.

- а) представляет собой оптическую систему, состоящую из афокальной панкратической насадки с переменным угловым увеличением и объектива с постоянным фокусным расстоянием.

В такой системе трансфокатором могут называть только афокальную насадку.

- б) объектив с переменным фокусным расстоянием, состоящий из собственно объектива и расположенной перед ним афокальной насадки переменного увеличения.

  •  Механическим перемещением оптических компонентов афокальной насадки изменяется угловое увеличение, а тем самым достигается и плавное изменение фокусного расстояния системы в некотором диапазоне.

  •  При этом плоскость изображения остается неподвижной и относительное отверстие сохраняется постоянным во всем диапазоне изменения фокусного расстояния.  Фокусное расстояние системы пропорционально изменению увеличения афокальной насадки.

  •  Устранение остаточных аберраций производится независимо и самостоятельно для каждой из частей трансфокатора, что позволяет использовать одну и ту же афокальную насадку с различными объективами (?).

  •  Принцип действия системы. Телескопическая насадка А с переменным угловым увеличением устанавливается таким образом, что её выходной зрачок совпадает с входным зрачком объектива Б, фокусное расстояние которого равно постоянной величине. Такая комбинация объектив + насадка в целом образует объектив с переменным фокусным расстоянием

  •  Исторически такие объективы имели небольшой коэффициент увеличения — от двух до трёх, так как не было мощных вычислительных средств для расчёта таких многолинзовых конструкций.

  •  Первые механические версии объективов с трансфокатором разрабатывались так, чтобы при изменении фокусного расстояния не сбивалась установка на резкость. В настоящее время, в связи с массовым переходом на автофокусные объективы, это условие было снято для удешевления конструкции, хотя профессиональные репортёрские объективы по прежнему не меняют дистанцию фокусировки при смене фокусного расстояния.

Кратность объективов с переменным фокусным расстоянием.

Многие производители указывают на своих вариообъективах так называемую кратность увеличения фокусного расстояния— отношение максимального фокусного расстояния к минимальному. Например, фокусное расстояние трехкратного вариообъектива (обозначается как Зх) может изменяться от 25 мм до 75 мм. Но если объектив с переменным фокусным расстоянием имеет маркировку Зх/2х, что это означает?

Смысл данных цифр заключается в следующем: трехкратное увеличение достигается с помощью оптической системы фотоаппарата, а еще двухкратное — светочувствительной матрицей, с помощью вычислений.

Дополнительное увеличение получается за счет интерполяции, которую выполняет камера, и, следовательно, фотоаппарат создает изображение на основе не только орининальных, но и расчетных данных. Не стоит пользоваться данной возможностью, за исключением тех случаев, когда это действительно необходимо, так как при подобном увеличении изображения усиливаются искажения и множатся ошибки в цветопередаче.

Отношение максимального фокусного расстояния к минимальному называют кратностью изменения фокусного расстояния ОПФ.

У совр. фотографич. ОПФ кратность не превышает 2—3, а у киносъёмочных — достигает 10— 20. Относительное отверстие у ОПФ остаётся постоянным во всём диапазоне изменения фокусного расстояния; угловое поле 2ω изменяется в соответствии с изменением фокусного расстояния f’ (чем больше f’ , тем меньше 2ω, и наоборот); разрешающая сила обычно выше при малых фокусных расстояниях.

Для расширения возможностей ОПФ, построенных по схеме трансфокатора, за афокальной насадкой устанавливают два сменных объектива — короткофокусный и длиннофокусный. Кратность изменения фокусного расстояния всей оптич. системы при этом сохраняется.
Фокусное расстояние ОПФ можно несколько увеличить посредством т. н. удлинителя — отрицательного двух линзового ахромата с увеличением 1,5—3х. Однако применение удлинителя уменьшает угловое поле и относительное отверстие ОПФ.

______________________________________________________________________________

* Угловое увеличение - отношение тангенса угла наклона луча, вышедшего из оптической системы в пространство изображений, к тангенсу угла наклона сопряжённого ему луча в пространстве предметов.

Билет № 17

Падение освещенности от центра к краю изображения.

Оптическое изображение, построенное объективом, имеет неодинаковую освещенность, что особенно ощутимо при значительных углах поля зрения объектива. Освещенность точки при изменении ее расстояния от центра изображения к краю изменяется не пропорционально углу, образованному оптической осью и лучом, направленным на точку, а по более сложному закону. В объективах изменение освещенности обычно определяется по формуле

Ew=Eo cos в4w
где Ео - освещенность в центре снимка;
Еw - освещенность в точке, отстоящей от центра на угол w.

Eo= p Bt  /4Kв2 (Eo-освещенность в центре изображения) ,где K- знаменатель относительного отверстия.


Уменьшение освещенности изображения в зависимости от угла w - рис. 32, где на вертикальной оси указана величина освещенности, а на горизонтальной оси - значения угла w.



Рис. 32. Уменьшение освещенности от центра кадра к его краям

В некоторых объективах применяют линзы не сферической, а более сложной формы, благодаря чему удается в несколько раз уменьшить падение освещенности к краю изображения. С этой же целью на центральную часть линзы некоторых объективов наносят тонко распыленный металл, выравнивая тем самым освещенность кадра.

Снижение освещённости по краю поля, как правило (не без исключений), есть практически у всех объективов. В той или иной степени.
Его величина зависит от назначения. Так, для "обычных фотографических объективов широкого применения" допускается виньетирование до 40-50%
(поскольку, для человеческого зрения, падение освещённости менее 50%, как правило, малозаметно)
Для "нормальных проекционных" - не более 20%.
И виной тому, отнюдь, не конструкторские "просчёты",
с помощью усечения "лишних", не достаточно скорегированных, лучей, часто уменьшается влияние полевых аберраций (чем улучшается резкость по полю).

В оптике, как правило, собственно «виньетированием» (часто - «геометрическим виньетированием"), именуется частичное затенение наклонного пучка лучей вступающих во входной зрачок системы. Т/е, пучков лучей, выходящих из точек предмета, лежащих вне оптической оси. (см. напр. Д.С.Волосов "Фотографическая оптика" стр. 62)
(тч см. билет 20)

Билет № 18

Полное внутренние отражение и его использование в оптических системах.

Если угол падения (ε) невелик,  то часть поля отражается,  а часть

преломляется. Однако, при переходе из более плотной среды в менее плотную,  при некотором угле падения, синус угла преломления (по закону

преломления) должен быть больше единицы, что невозможно. Поэтому в таком

случае преломления не происходит,  а происходит полное внутреннее

отражение (рис.):

Условие полного внутреннего отражения (ПВО):

Полное внутренние отражение – это явление отражения электромагнитных волн от границы раздела двух прозрачных сред при условии,  что волна падает из среды с большим

показателем преломления и при условии,  что угол падения превосходит

некоторый критический угол. Коэффициент отражения при ПВО не зависит от

длины волны. ПВО широко используется в оптической технике благодаря тому,

что при ПВО падающая волна отражается полностью,  то есть потерь энергии

нет.  

ПРЕДЕЛЬНЫЙ (КРИТИЧЕСКИЙ) УГОЛ ПРЕЛОМЛЕНИЯ - наибольший угол падения луча, при котором еще имеет место преломление при переходе луча в менее плотную среду.

Это явление используется в призмах , зеркалах.

Ход лучей в призме, пентапризме, призме Дове.

Призма

Пентапризма

Призма Дове

Приборы и устройства, в которых используется явление полного отражения:

- поворотная призма - в перископе




- оборотная призма – в бинокле





- оптическое волокно – в световодах (тонких кварцевых или пластмассовых нитях диаметром 50-500 мкм в оболочке из того же вещества, но с меньшим показателем преломления),




где информация передается как последовательность световых импульсов.

Билет №20

Виньетирование наклонных пучков в объективах.

Виньетирование- это срезание широких наклонных пучков.

При прохождении широких наклонных пучков на край изображения часть этих пучков срезается оправами-виньетирующими диафрагмами. 

Освещенность по краю поля не может быть больше, чем в центре.

Чтобы убрать коэффициент виньетирования надо закрыть диафрагму. (Гудков).

Коэффициент виньетирования –  это отношение размеров срезаемой

части диафрагмы к ее радиусу.

Ks = Sw/So<1,

где

Ks – коэффициент виньетирования наклонного пучка, который показывает на сколько срезаются пучки для данного поля зрения. Ks — всегда <1

Sw – наклонный пучек

So – нулевой пучек

Световые пучки, проходя через объектив могут быть ограничены

опрвой — посадочный диаметр;

                 световой диаметр (диаметр передней линзы);

диафрагмой  азвания видов диафрагм определяются тем, в какой части оптической системы они используются и какую часть пучка света ограничивают)

  апертурная (действующая, ирисовая) - ограничивает пучки лучей, идущие от                                                                     предмета. Часто, располагается вблизи центра оптической системы. Её изображение, сформированное  частью оптической системы, по ходу лучей, определяет входной зрачок. Сформированное последующей частью —выходной зрачок. (Входной зрачок ограничивает угол раскрытия пучков лучей, идущих от точек объекта; выходной зрачок играет ту же роль для лучей, идущих от изображения объекта.)

  поля зрения (полевая) — кадровое окно,которое находится перед пленкой; располагается в непосредственной близости от одного из фокусов оптической системы (в системах с оборачивающими элементами может располагаться в одном из промежуточных фокусов). 

  виньетирующая это любая диафрагма, кроме апертурной и полевой, которая ограничивает пучки лучей, выходящих из точек предмета, лежащих вне оптической оси. 

Достоинства виньетирования:

• способствует уменьшению поперечных габаритов оптической системы,

• исключает из формирования изображения крайние зоны внеосевых пучков  (именно они обычно имеют большие и трудно устранимые аберрации).

Недостатки виньетирования:

• уменьшает размеры пучков,  следовательно,  уменьшает энергию пучка, что приводит к неравномерному распределению освещенности внеосевых зон изображения,

• в дифракционно-ограниченных оптических системах качество изображения определяется дифракцией,  причем чем меньше результирующая апертура  (размер пучка),  тем больше влияние дифракции, ухудшающей качество изображения.

№21.  Построение изображения положительной и отрицательной линзами.

Предмет

Изображение

Расстояние от линзы до предмета (d)

Расстояние от линзы до изобрпжения(f)

Тип

Ориентация

Относительный размер

d>2F

F<f<2F

Действительное

Обратное

Уменьшенное

d = 2F

F=2F

Действительное

Обратное

Того же размера

F < d < 2F

f>2F

Действительное

Обратное

Увеличенное

d = F

F=

Не существует

d<F

f<0; \f\<d

Мнимое

Прямое

Увеличенное

Если предмет расположен в бесконечности, то лучи пересекутся в фокусе (рис. 94).

Если предмет расположен за точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, уменьшенным (фотоаппарат, глаз) (рис. 95).

Если предмет расположен в точке двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, равным предмету (рис. 96).

Если предмет расположен между фокусом и точкой двойного фокуса, то изображение получится действительным, обратным, увеличенным (фотоувеличитель, киноаппарат, фильмоскоп) .

Если предмет расположен в фокусе, то изображение будет в бесконечности (изображения не будет) (рис. 98).

Если предмет расположен между фокусом и оптическим центром линзы, то изображение будет мнимым, прямым, увеличенным (лупа) (рис. 99).

При любом расстоянии от предмета до рассеивающей линзы она дает мнимое, прямое, уменьшенное изображение (рис. 100).

Основные лучи собирающей линзы

- Луч, параллельный главной оптической оси преломляясь в линзе, проходит через ее главный фокус

- Луч, проходящий через главный фокус по принципу обратимости лучей после преломления в линзе идет параллельно главной оптической оси

- Луч, идущий через оптический центр тонкой линзы проходит через нее, не преломляясь. Это объясняется тем, что такой луч падает практически на плоскопараллельную пластинку. Так как линза тонкая, незначительным параллельным отклонением преломленного луча можно пренебречь.

Основные лучи рассеивающей линзы

- Луч, параллельный главной оптической оси

преломляясь в линзе, выходит как бы из мнимого главного фокуса

- Луч, падающий в направлении мнимого главного фокуса, находящегося за линзой

после преломления в линзе идет параллельно главной оптической оси

- Луч, идущий через оптический центр тонкой линзы проходит через линзу не преломляясь

№23. Потери света в объективах.

Светосила характеризует способность объектива создавать освещенность в поле кадра в соответствии с яркостью объекта. На светосилу объектива влияют следующие факторы:   

- относительное отверстие объектива;      

- прозрачность (коэффициенты пропускания, поглощения, отражения) линз;

- коэффициент увеличения (масштаб получаемого изображения);      

- коэффициент падения освещенности к краю кадра.      

Светосила без учета реальных потерь света в линзах оценивается величиной геометрического относительного отверстия, равного к=D/F, где D-диаметр входного отверстия объектива (апертура), F-фокусное расстояние, и обозначается в виде 1: к. Эффективное относительное отверстие объектива меньше геометрического на величину потерь света в его линзах. По величине относительного отверстия объективы делятся на сверхсветосильные, у которых 1: к>1:2, светосильные (1: к=1.28-1.4) и малосветосильные с 1: к>1.4. Чем больше светосила объектива, тем выше чувствительность средства наблюдения.

Свет, падающий на линзу и проходящий через нее, отражается и поглощается. Количество поглощенного света зависит от толщины стекла (в среднем 1-2% на 1 см толщины). Чем больше отражающих поверхностей имеет объектив, тем больше потери света. В объективах из 5-7 линз потери света на отражение могут составлять 40-50%. Уменьшают потери света просветлением линз.      

Просветлением называются способы уменьшения отражения света от поверхности стекла путем нанесения на него тонкой пленки с коэффициентом преломления меньше преломления стекла линзы. Толщина просветляющей пленки должна составлять 1/4 длины волны падающего на линзу света. В этом случае отраженные лучи света в силу противоположности фаз с падающими компенсируются и, следовательно, отражение света отсутствует. Первоначально объективы просветляли для желто-зеленой части спектра, к которой наиболее чувствителен глаз человека. Просветленный объектив в отраженном свете приобретал сине-фиолетовый оттенок и назывался «голубой» оптикой. Современные технологии просветления оптики позволяют наносить на поверхность линзы 12-14 слоев просветляющих пленок и перекрывать тем самым весь спектр видимого диапазона света. Такую оптику маркируют индексами МС - многослойное покрытие. Объективы МС в отраженном свете не меняют цвет. В настоящее время все объективы просветляются.

№24. Ограничение световых пучков в объективах.

(только по конспекту нашла)

Ограничение световых пучков, проходящих через оптическую систему обусловлено наличием диафрагм.

Апертурная диафрагма – ограничивает пучки лучей идущие и точки предмета находящейся на оптической оси.

Входной и выходной зрачки – это может быть сама апертурная диафрагма так и ее изображение. Изображение ирисовой диафрагмы через переднюю линзу – входной зрачок, через заднюю группу линз – выходной.

Диафрагма поля зрения или полевая диафрагма – это кадровое окно перед пленкой ( или сейчас это сам светоприемник- матрица).

Виньетирующая диафрагма -  При прохождении широких наклонных пучков на край изображения, часть этих пучков срезается этой диафрагмой. ( как я поняла это может быть компендиум, бленды, оправы линз и тому подобное, нужно спросить на консультации)

№25. Афокальные системы Кеплера и Галалея.

АФОКАЛЬНАЯ СИСТЕМА (от греч. a — отрицательная частица и фокус), оптическая система, фокусное расстояние которой бесконечно велико. Афокальные системы применяют для устранения аберрацией оптических систем.

Зрительная труба представляет собой оптический прибор, предназначенный для рассматривания глазом весьма удаленных предметов. Она состоит из объектива и окуляра; они схематически представлены тонкими линзами, хотя это тоже системы линз. В зрительных трубах объектив и окуляр располагаются так, что задний фокус объектива совпадает с передним фокусом окуляра.


Расположение объектива и окуляра в зрительной трубе: задний фокус объектива
F1 совпадает с передним фокусом окуляра F2

Объектив дает действительное уменьшенное обратное изображение бесконечно удаленного предмета в своей задней фокальной плоскости; это изображение рассматривается в окуляр, как в лупу. Если передний фокус окуляра совпадает с задним фокусом объектива, то при рассматривании удаленного предмета из окуляра выходят пучки параллельных лучей, что удобно для наблюдения нормальным глазом в спокойном состоянии. Но если зрение наблюдателя несколько отличается от нормального, то окуляр передвигают, устанавливая его «по глазам». Путем передвижения окуляра производится также «наводка» зрительной трубы при рассматривании предметов, расположенных на различных не очень больших расстояниях от наблюдателя.
Объектив зрительной трубы должен быть всегда собирающей системой, окуляр же может быть как собирающей, так и рассеивающей системой. Зрительная труба с собирающим (положительным) окуляром называется трубой Кеплера ( а), труба с рассеивающим (отрицательным) окуляром — трубой Галилея (б). Объектив 1 зрительной трубы дает действительное обратное изображение удаленного предмета в своей фокальной плоскости
F E. Расходящийся пучок лучей из точки E падает на окуляр 2; так как эти лучи идут из точки E в фокальной плоскости окуляра, то из него выходит пучок, параллельный побочной оптической оси EO  (O – центр линзы) окуляра под углом ω' к главной оси.

Попадая в глаз, лучи эти сходятся на его сетчатке и дают действительное изображение источника.
(В случае галилеевой трубы (б) глаз не изображен, чтобы не загромождать рисунка.) Угол
ω — угол, который составляют с осью лучи, падающие на объектив.
Труба Галилея, нередко применяемая в обычном театральном бинокле, дает прямое изображение предмета, труба Кеплера — перевернутое. Вследствие этого, если труба Кеплера должна служить для земных наблюдений, то ее снабжают оборачивающей системой (дополнительной линзой или системой призм), в результате чего изображение становится прямым. Примером подобного прибора может служить призменный бинокль. Преимуществом трубы Кеплера является то, что в ней имеется действительное промежуточное изображение, в плоскость которого можно поместить измерительную шкалу, фотопластинку для производства снимков и т. п. Вследствие этого в астрономии и во всех случаях, связанных с измерениями, применяется труба Кеплера.

31. Нормальные, широкоугольные и длиннофокусные объективы.

Что нам на этот счет пишет Ландсберг –

Широкоугольные, у которых углы поля зрения(2w) превышают 60 градусов

Длиннофокусные, у которых фокусные расстояния превышают приблизительно трехкратную величину линейных полей изображения. (f больше 3D’)

Нормальные (универсальные), у которых все три характеристики не достигают указанных значений. (три характеристики – это – относительное отверстие е – 2.8(не больше, то есть не 1,8); угол поля зрения не превышает 60 градусов; и фокусное расстояние не больше трехратной величины линейных полей изображения)

Осталось выяснить, что такое линейное поле изображения…

Поле изображения объектива - полный круг, занятый изображением в фокальной плоскости объектива.

Поле изображения может измеряться как в угловой мере (в градусах) - угловое поле, так и в линейной мере - линейное поле, которое может быть задано диаметром поля, или шириной и высотой формата, или его диагональю.

(думаю это может пересекаться с вопросом №27, поэтому см. вопрос 27.)

Дополнение:

2w – угол поля зрения – удвоенный угол между оптической осью и лучом идущим с края предмета в центр входного зрачка.

(также см. вопросы 15, 27, 6 и 3(может быть и не смотри))

32. Геометрическое эффективное отверстие. ( мне кажется, что вопрос не корректен, потому что вроде бы есть отдельно геометрическое относительное отверстие и отдельно эффективное относительное отверстие, но вообще не ясно)

( также см. вопрос 28 про относительное отверстие)

Мы знаем, что относительное отверстие объектива – это отношение диаметра входного зрачка к фокусу объектива. Относительное отверстие – это энергетическая характеристика объектива. (это было из лекций, далее из интернета, то есть, не обязательно верно)

Различают два понятия относительного отверстия - геометрическое и эффективное.

Величина геометрического относительного отверстия определяется отношением максимального диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию,

Так как при определении геометрического относительного отверстия не учитываются потери света в линзах объектива, происходящие за счет поглощения в толще стекла и отражения от поверхностей, граничащих с воздухом, то фактическая светосила или эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического на величину, равную сумме всех видов потерь света в объективе. В объективах сложной конструкции, имеющих большое количество линз, потери могут достигать значительной величины, составляющей иногда 30-40%, и ими нельзя пренебрегать при определении экспозиции. Учитывая это обстоятельство, в настоящее время на всех киносъемочных объективах обозначения величин относительных отверстий на шкалах диафрагм наносятся в значениях эффективных относительных отверстий, и только на фронтальном кольце оправы указывается величина полного геометрического отверстия. На шкалах диафрагм объективов некоторых иностранных фирм указываются и геометрические и эффективные значения. В этом случае цифры, соответствующие эффективным отверстиям, наносятся красной краской, а геометрическим - белой.

 

33. Материалы используемые при изготовлении светофильтров.


Светофильтры, по большому счету, могут быть изготовлены из любого оптически прозрачного материала, а специфические свойства фильтрам могут быть приданы либо окраской (поверхностной или в массе), либо нанесением специальных дифракционных покрытий, либо - специальной формой поверхности. На практике же изготовление светофильтров, применяемых для фотосъёмки, оказывается не таким простым делом, ведь такие светофильтры помещаются перед объективом, а значит - составляют с ним общую оптическую систему. Поэтому требования к светофильтрам приходится предъявлять столь же строгие, как и к фотографическим объективам. 

Для изготовления светофильтров в основном применяются те же материалы, что и для изготовления объективов - высококачественное оптическое стекло или специальные оптические пластмассы. Часть светофильтров специального назначения (выпускаемых в небольших количествах) изготавливается на основе желатиновых плёнок. 

Дорожащие своей репутацией производители, выпускающие большую гамму светофильтров разного назначения, применяют при изготовлении того или иного типа светофильтра ту технологию и те материалы, которые обеспечивают наилучшее параметры светофильтра. Стекло, например, чаще всего применяется для изготовления светофильтров в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность поверхности светофильтра, и в случаях, когда поверхности фильтра предполагается покрывать просветляющими покрытиями. Цвет стеклянным светофильтрам обычно придают введением при варке стекла в его состав специальных веществ-красителей (так называемая "окраска в массе"). Такая окраска является наиболее стойкой к внешним воздействиям, ведь спектральные свойства фильтра не меняются даже при значительном загрязнении или повреждении его поверхности. Другие методы получения окрашенных стеклянных светофильтров - поверхностные поглощающие или интерференционные плёночные покрытия - менее стойки к внешним воздействиям. 

Оптические сорта пластмасс незаменимы при производстве светофильтров, имеющих градиентную окраску, а также - для изготовления разного рода оптических насадок, имеющих поверхность сложной формы. Окрашивание пластмассовых светофильтров производят окунанием их в раствор специального красителя, проникающего внутрь материала фильтра, и закрепляющегося там на молекулярном уровне. 

Желатиновые светофильтры получают путем растворения в желатине специальных красителей, и нанесения получившегося раствора на полированное стекло. После высыхания получившуюся плёнку (фолию) снимают со стекла и разрезают на части необходимого размера. Несмотря на то, что оптическое качество желатиновых светофильтров получается очень высоким, такие фильтры применяют нечасто - желатиновая фолия достаточно нежна, боится сырости, высоких температур, отпечатков пальцев и других неблагоприятных воздействий. При изготовлении фильтров специального назначения окрашеный слой желатины может быть помещен между двумя оптически плоскими стеклами, защищающими его от повреждений и вредных воздействий. 

34. Влияние дифракции света на разрешающую силу объектива.

Как говорил Гудков, основным в изображении является точка, но она никогда не получается точкой на изображении. Все проблема в аберрациях и дифракции.

Разберем вторую часть – влияние дифракции.

 К искажением нашей точки ведет дифракция световой волны,  связанная с ограничением конуса лучей, вырезаемого входным зрачком ( краями линз, диафрагм, составляющих оптическую систему). Из-за этого точка изображается искаженно, и это обстоятельство ограничивает возможность различения тончайших деталей изображения. Искажения точки из-за дифракции – дифракционная картина.

(Кстати, наименьшее расстояние, при котором две светящиеся точки видны раздельно, называется разрешающей способностью объектива.)

Как я себе представляю дифракционную картину: представьте фотографию, на которой изображена лужа и камень, коснувшийся земли, а до этого брошенный перпендикулярно земле(вид сверху). Мы видим, что от места, где камень упал в воду, пошли кольцевые волны с максимумами и минимумами. Только в дифракционной картине ничего не движется( вроде бы). Но также есть кольцевые максимумы, градиентные спады максимумов, и минимумы.

Это так называемая дифракционная картина точки. Центральный кружок называют дифракционным кружком, или кружком Эри, в честь английского астронома Джорджа Эри, исследовавшего в первой половине прошлого века это явление.

Рис. 14. Дифракционная точка: а - сильно увеличенный вид, б - трехмерная модель, в- изображение тесных звездных пар

В центральном кружке сконцентрировано 83,78 % всей энергии, собранной телескопом от звезды (рис. 14, б). В первом кольце 7,22, во втором 2,77 % ,в третьем 1,46 % и т. д.

Центральный кружок, как и кольца, не имеет резких границ. Поэтому условились считать радиусом кружка Эри расстояние от его центра до первого минимума интенсивности света между пятном и первым кольцом.

Радиус кружка Эри (радиус первого темного кольца) равен

где l — длина волны света. Например, если длина волны света красной водородной линии равна 0,6563 мкм, то при относительном отверстии, скажем, А=1/6 радиус кружка Эри будет равен

мкм

(в нашем случае, вместо перевернутой «А» нужно использовать «К» для относительного отверстия).

Это маленькая величина, но в сильный окуляр ее можно рассмотреть. Для голубой водородной линии Нрадиус кружка Эри равен 3,6 мкм. Разница в радиусах кружков и колец для различных длин волн приводит к тому, что для белого света дифракционные кольца окрашены в радужные цвета: внутренняя часть в голубой, внешняя — в красный.

Также стоит упомянуть критерий Релея, который гласит о том,(как я понимаю) что две точки являются разрешенными, если максимум в дифракционной картине одной точки попадает на минимум в дифракционной картине другой точки.

(критерий Релея)

Формула разрешающей способности.

Также см. 11 и 37 вопросы.

БИЛЕТ №36 Фокусное расстояние и размер изображения

Фокусное расстояние в оптике – это расстояние от плоскости линзы до точки фокуса, где сходятся лучи, идущие из бесконечности.

Заднее фокусное расстояние объектива – это расстояние от задней главной точки объектива до задней фокальной плоскости.

Переднее фокусное расстояние объектива – это расстояние от передней главной точки объектива до передней фокальной плоскости.

Они могут различаться, если будет разная плотность сред. У нас есть воздух – стекло – воздух. Тогда фокусные расстояния будут равны. А может быть вода – стекло – воздух. Тогда переднее и заднее фокусное расстояния могут различаться.

Для системы линз, как и для простой линзы конечной толщины, фокусное расстояние зависит от радиусов кривизны поверхностей, показателей преломления стёкол и толщин.

Величина заднего фокусного расстояния является основным параметром, которым принято характеризовать любую оптическую систему.

Хотя объектив состоит из многих групп линз, его можно представить себе как одну выпуклую (собирающую) линзу. Фокусное расстояние определяется как расстояние между центром этой выпуклой линзы и точкой фокуса (на уровне пленки).

Примечание: Фокусное расстояние объектива определяется при настройке на "Бесконечность".

Эквивалентное фокусное расстояние — виртуальная характеристика объектива, служащая исключительно целям сравнения — фокусное расстояние объектива, рассчитанного на кадр 24x36 мм (фотоплёнка типа 135, «полнокадровая» цифровая матрица, кроп-фактор=1), с углом зрения, равным углу зрения исследуемого объектива на фотоаппарате с кроп-фактором.

Вершинное фокусное расстояние – это расстояние от поверхности самой последней линзы до плоскости пленки (светочувствительного элемента), то есть фокальной плоскости.

Рабочий отрезок – это расстояние от байонета (места соединения объектива и камеры) до фокальной плоскости.

Sf – это вершинное фокусное расстояние

Обективы:

  1.  Короткофокусные (фокусное расстояние меньше диагонали кадра, более 60 градусов угол зрения)
  2.  Нормальные объективы (фокусное расстояние больше 1 диагонали и меньше 3, от 20 до 60 угол зрения)
  3.  Длиннофокусные объективы (фокусное расстояние больше 3 диагоналей кадра, угол зрения менее 20 градусов)

Диагональ обычного 35мм кадра 27,6 мм. Следовательно, до 30 мм объективы можно считать короткофокусными.

Размер изображения на пленке (или светочувствительном материале) зависит от масштаба съемки.

Масштаб означает во сколько раз размер объекта в пространстве предметов больше его размера в пространстве изображения.

AB относится к AB как a к b, x к f, и f к x

Линейное увеличение – это обратная величина масштабу. Обозначается буквой B 

БИЛЕТ №40 Астигматизм и кривизна поля изображения

Астигматизм и кривизна поля изображения  - это абберации узких наклонных пучков.

Узкие наклонные пучки идут в разных плоскостях. Их делят на меридиальную и сагиттальную плоскости. В каждой плоскости лучи фокусируются по-разному – дальше - ближе. При этом изображение точки на пленке будет выглядеть вытянутым.

Астигмати́зм — аберрация, при которой изображение точки, находящейся вне оси, и образуемое узким пучком лучей, представляет собой два отрезка прямой, расположенных перпендикулярно друг другу на разных расстояниях от плоскости безаберрационного фокуса (плоскости Гаусса). Астигматизм возникает вследствие того, что лучи наклонного пучка имеют различные точки сходимости — точки меридионального или сагиттального фокусов бесконечно тонкого наклонного пучка.

Астигматизм объясняется зависимостью углов преломления лучей пучка от углов их падения. Так как отдельные лучи наклонного пучка падают на преломляющую поверхность под разными углами, то и преломляются на разные углы, пересекаясь на разном же расстоянии от преломляющей поверхности. Причём, можно найти такое положение для поверхности изображения, когда все лучи пучка расположенные в одной из плоскостей (меридиональной или сагиттальной) пересекутся на этой поверхности. Таким образом, астигматический пучок формирует изображение точки в виде двух астигматических фокальных линий, на соответствующих фокальных поверхностях, которые имеют форму поверхностей вращения кривых с различными параметрами, и касаются одна другой в точке оси системы.

Если положения этих поверхностей, для некоторой точки поля, не совпадают, то говорят о наличии астигматизма, понимая под этим астигматическую разность меридионального и сагиттального фокусов.

При этом, если меридиональные фокусы располагаются ближе к поверхности преломления, нежели сагиттальные, то говорят о положительном астигматизме, а если дальше, то об отрицательном. В случае совпадения фокальных поверхностей астигматическая разность равна нулю, астигматический пучок вырождается в гомоцентрический, фигура рассеяния переходит в точку, а кривизна результатирующей поверхности будет определять кривизну поля изображения.

Кривизна поля изображения означает, что реально лучи, идущие из пространства предметов фокусируются не на плоскости, а на чуть изогнутой линии (часто близкой к сфере). Если учитывать ещё и астигматизм, то есть разницу точек фокуса в разных плоскостях, получаются сильные искажения.

В пленочных мыльницах часто делали чуть изогнутой ту плоскость, где лежит пленка. Таким образом, учитывалась кривизна поля изображения при очень простом с неисправленными искажении объективе.

*

*вверх идет отсчет угла зрения 10, 20, 30 градусов, в стороны - величина отклонения от плоскости пленки

Астигматизм оптической системы часто описывают графически — на основании расчёта положений астигматических фокусов элементарных пучков, откладывая по оси ординат углы наклона главных лучей, а по осиабсцисс расстояния астигматических фокусов от плоскости Гаусса.

Полученные кривые позволяют судить о форме астигматических фокальных поверхностей, и на основании этого о некоторых особенностях исследуемой системы.

Так, например, астигматизм положительного знака, как правило, соответствует случаю, когда система, так же, имеет и кривизну поверхности изображения (понимая под последней поверхность, расположенную между обеими поверхностями астигматических фокусов). В этом случае фигура рассеяния для периферийной точки плоского объекта будет представлять собой размытый овал. Одновременная же фокусировка на все точки плоского объекта для такой системы будет невозможна.

Значительный отрицательный астигматизм позволяет «совместить» поверхность изображения с плоскостью Гаусса. Однако, по причине того, что периферийные точки плоского объекта изображаются недостаточно сфокусированным лучами, резкое изображение точек такого объекта будет возможно только в центре поля.

Исправленный астигматизм для объективов разных типов (условный монокль и триплет)

Исправление астигматизма.

Так как астигматизм присущ не только широким, но и тонким (элементарным) пучкам лучей, то диафрагмированиеникак не влияет на его величину. Поэтому, как и другие аберрации, астигматизм коррегируется подбором кривизны поверхностей и толщин оптических компонентов, а также воздушных промежутков между ними.

Одним из примеров простейшего объектива, с исправленным астигматизмом, будет объектив монокль конструкции Уоллостона, где, направляемые апертурной диафрагмой, наклонные пучки лучей встречаются поверхностямименискообразной линзы под небольшими углами к нормалям. При этом, положительный астигматизм задней (выпуклой) поверхности мениска оказывается настолько невелик, что может быть скомпенсирован отрицательным астигматизмом передней (вогнутой) поверхности.

Монокль конструкции Уоллостона

Однако, в этом случае, даже при полном устранении астигматизма, кривизна поверхности изображения велика. Таким образом, скорректированный астигматизм ещё не гарантирует резкости по всему полю изображения.

Поэтому, при расчёте, так называемых, анастигматов используются более сложные решения, позволяющие исправить, в пределах некоторого угла, обе эти аберрации. Причём, как правило, даже исправленный астигматизм имеет небольшую отрицательную величину, тем меньшую, чем шире угол зрения объектива.

№42. Основные параметры киносъемочных объективов.

Характеристики объективов

Основные

Фокусное расстояние (и возможность его изменения) - физическая характеристика оптической системы. Для центрированной оптической системы, состоящей из сферических поверхностей, описывает способность собирать лучи в одну точку при условии, что эти лучи идут из бесконечности параллельным пучком параллельно оптической оси.

Для системы линз, как и для простой линзы конечной толщины, фокусное расстояние зависит от радиусов кривизны поверхностей, показателей преломления стёкол и толщин.

Определяется как расстояние от передней главной точки до переднего фокуса (для переднего фокусного расстояния), и как расстояние от задней главной точки до заднего фокуса (для заднего фокусного расстояния). При этом, под главными точками подразумеваются точки пересечения передней (задней) главной плоскости с оптической осью.

Величина заднего фокусного расстояния является основным параметром, которым принято характеризовать любую оптическую систему.

Угол поля зрения объектива - угол в пространстве предметов между двумя внеосевыми лучами, проходящими через объектив, и ограниченный диагональю кадрового окна (полевой диафрагмой).

Это не означает, что применив к данному объективу фотоприёмник бо́льшего формата можно расширить поле объектива, так как полевая диафрагма (кадровое окно) является частью оптической системы, и не только ограничивает поле зрения, но и, в частности, "срезает" (экранирует) сильно аберированные наклонные пучки лучей.

В случае, когда полевая диафрагма находится далеко от плоскости изображения, а зрачки оптической системы велики, некоторые наклоные пучки ограничиваются лишь частично.
Такое ограничение отдельных лучей наклонных пучков вызывает
 виньетирование, поэтому углом поля зрения объектива (или другой оптической системы), так же, принято условно считать угол 2ω соответствующий зоне поля изображения, имеющий виньетирование не более 50%.

При этом, диагональ кадрового окна (вблизи фотоприёмника), в зависимости от назначения объектива и допустимого виньетирования, может ограничивать большую или меньшую область. Так, например, в обычных фотографических объективах широкого применения допускается виньетирование 40 — 50%, в то время как в нормальных кино-проекционных объективах не более — 20%.

При отсутствии дисторсии полевые углы в пространстве предметов и пространстве изображений равны, поэтому угол поля зрения объектива определяет и, так называемый, «угол изображения объектива»[1].

Светосила - величина, характеризующая степень ослабления объективом светового потока.

Иногда светосилой неправильно называют величину знаменателя относительного отверстия, так как светосила — характеристика самого объектива, а не связана с величиной диафрагмы, насадками в виде бленд, каше, светофильтров и т. п.

Максимальное относительное отверстие (иногда неправильно называемое светосилой) - отношение диаметра входного зрачка (изображения апертурной диафрагмы, построенного стоящими перед ней линзами в обратном ходе лучей (обычно совпадающего с первой линзой объектива)) объектива  к его заднему фокусному расстоянию . Его величину выражают в виде дроби: , когда числитель приведён к единице. Знаменатель относительного отверстия  называют «диафрагменным числом» или «числом диафрагмы».

Следует заметить, что утверждение: диаметр входного зрачка = диаметру первой линзы объектива действует только для нормальных и телеобъективов с фиксированным фокусным растоянием. У широкоугольных объективов имеющих удлиненной задний отрезок диаметр входного зрачка = диаметру максимально открытой диафрагмы.

Уровень и характер оптических искажений (аберраций - ошибка или погрешность изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти видеальной оптической системе. Аберрацию характеризуют различного вида нарушения гомоцентричности[1] в структуре пучков лучей, выходящих из оптической системы.

Величина аберрации может быть получена как сравнением координат лучей путём непосредственного расчёта по точным геометро-оптическим формулам, так и приближённо — с помощью формул теории аберраций.

Разрешающая способность -  характеристики фотографического объектива, отображающие его свойства по передаче чёткого изображения.

Разрешающая способность объектива оценивается по количеству воспроизводимых штрихов на 1 мм изображения, которое тот способен спроецировать на фоточувствительный элемент (плёнку или матрицу цифровой камеры). Само собой разумеется, что при этом снимаемый объект находится в фокусе, а не в зоне резкого изображения для данного объектива. Измерения разрешающей способности проводят с помощью специальных мир.

Глубина резкости-является элементом характеристики объектива . любую фигуру или группу точек ,занимающих в поперечнике не более 0,1 мм, с расстояния 25-30мм глаз воспринимает как одну  точку. С учетом этого  устанав допустимые нерезкости фотографического изображения.

Тип байонета или диаметр резьбы для крепления к камере — для сменных фотографических или киносъемочных объективов

 №44. угол поля зрения и поля изображения объектива.

Угол поля зрения объективамаксимально достижимый угол поля изображения называется углом поля зрения. Если угол поля изображения объектива больше, чем угол поля зрения, то углы кадра не будут равномерно освещены, и изображение, как говорят, будет виньетировано. Правильно сконструированный объектив не дает значительного виньетирования.

Из рис. 5.4 видно, что угол поля зрения |3 должен быть больше угла поля изображения а, определяемого размером кадра, в том случае, если кадр сдвинут относительно оси, как это иногда случается в фотоаппаратах с видоискателями

Пример 5.2. Предположим, что у нас есть складная фотокамера 4x5 дюймов (101x127 мм) со стандартным объективом (f = 165 мм). Этот объектив имеет угол поля зрения 100°. Как далеко может быть сдвинут центр фотопластинки относительно оптической оси, чтобы фотопластинка оставалась полностью освещенной?


Так как стандартный объектив имеет угол поля изображения 53°, то смещение может быть произведено в пределах угла 100 — 53 = 47°. Этот угол определяет полное (по обе стороны от оптической оси) диагональное смещение. Таким образом, диагональное смещение по одну сторону от оптической оси должно быть ограничено углом 47°/2 = 23,5°.



Рис 5.4. Соотношение между углом поля зрения и углом поля изображения

Или

Уго́лпо́ля зре́ния объекти́ва — угол в пространстве предметов между двумя внеосевыми лучами, проходящими через объектив, и ограниченный диагональю кадрового окна (полевой диафрагмой).

Это означает, что применив к данному объективу фотоприёмни к большего формата можно расширить поле объектива, так как полевая диафрагма (кадровое окно) является частью оптической системы, и не только ограничивает поле зрения, но и, в частности, "срезает" (экранирует) сильно аберированные наклонные пучки лучей.

В случае, когда полевая диафрагма находится далеко от плоскости изображения, а зрачки оптической системы велики, некоторые наклоные пучки ограничиваются лишь частично.
   Такое ограничение отдельных лучей наклонных пучков вызывает
 виньетирование, поэтому углом поля зрения объектива (или другой оптической системы), так же, принято условно считать угол 2ω соответствующий зоне поля изображения, имеющий виньетирование не более 50%.

При этом, диагональ кадрового окна (вблизи фотоприёмника), в зависимости от назначения объектива и допустимого виньетирования, может ограничивать большую или меньшую область. Так, например, в обычных фотографических объективах широкого применения допускается виньетирование 40 — 50%, в то время как в нормальных кино-проекционных объективах не более — 20%.

При отсутствии дисторсии полевые углы в пространстве предметов и пространстве изображений равны, поэтому угол поля зрения объектива определяет и, так называемый, «угол изображения объектива»[1].

ИЛИ

Угол поля зрения объектива (устаревший термирн "угол изображения") — угол в пространстве между двумя внеосевыми лучами, проходящими через объектив, и ограниченный диагональю кадра (полевой диафрагмой).

На схеме приведенной ниже угол поля зрения обозначен как α. Для угла α/2, tan α/2 = d / f 
d = фокусное расстояние на углах 
f = фокусное расстояние

Пример: Если фокусное расстояние равно диагонали формата кадра, тогда
tan α = 0.5 и следовательно, угол равен 53 °. Это стандартная линза для соответствующего формата.

Угол поля изображения объектива - Та часть сцены, которую можно запечатлеть на фотопленке, называется полем изображения. или под «углом изображения объектива», подразумевается угол, образованный лучами, соединяющими диагональ кадра с задней главной точкой объектива, то есть точкой пересечения задней главной плоскости с оптической осью.

Угол поля изображения определяется как угол с вершиной в центре объектива, охватывающий диагональ снимаемой сцены, изображение которой заполняет все кадровое окно. Этот угол показан на рис. 5.2 для 35-мм фотоаппарата. Отметим, что фотографу часто полезнее знать вертикальный или горизонтальный угол, так как они дают более практическую информацию для фотографирования. Тем не менее большинство производителей теле- и фотообъективов настаивают на применении принципа диагонального измерения.




Угол изображения (β) и угол зрения (α) объектива

Для объективов без дисторсии угол изображения  можно найти, зная размер диагонали светочувствительного элемента  и эффективное фокусное расстояние объектива :

Эффективное фокусное расстояние  в большинстве случаев равно фокусному расстоянию , исключая случаи макрофотосъёмки, где нужно принимать в расчет масштаб изображения :




1.  Цели и задачи Чемпионат СанктПетербурга среди студентов высших учебных заведений по киокусинкай в 2014 г
2. 1] а О внутреннем богопочтении [1
3. Особенности экономических и финансовых расчетов на предприятии
4. стадии самореализации достигает не более 2 людей 1 L Vi Cmpesin Крестьянский путь основано в 1993 г
5. Общая характеристика советского права периода перестройки и распада СССР
6. люкс 9800 Февраль 0307 Современная классика Совреме
7.  2013г РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине Административное право Республики Каз
8. МК И.В. Боровский 2012 г.html
9. Тема- Операционная система
10. Оценка эффективности инвестиционных проектов с учётом фактора инфляции
11. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора філологічних наук К
12. Сама природа монеты такова что множество одинаковых экземпляров выбитых из долговечного стойкого материа.html
13. . Причини та умови виникнення філософії
14. На тему- Понятие виды и цели создания свободных экономических зон Вариант I
15. Эминем
16. . Конъюнктуру рынка нельзя определить как укажите лишнее а Определенное соотношение между спросом и пред
17. Политология как наука и учебная дисциплина
18. варианте что написан чуть выше читатель без труда узнает в нем коллаж составленный из заглавий двух пожалу
19. Добровольный ПИАР симбиоз порожденный новым информационным режимом ХХI века
20. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Київ ~ Дисер1