Реферат: Оптика
Содержание
оптика человека. Как мы видим …………………………………..2-3 Дефекты зрения ………………………………………………………….3-5 Оптические приборы, «вооружающие» глаз. Очки, лупа, микроскоп, телескоп……………………………………………………5-11 Светопрекционная техника. Проекционные устройства, спектральный аппарат, фотоаппарат, киноаппарат ……..11-16 Заключение …………………………………………………………………..17 Список использованной литературы ……………………………….18Оптикачеловека
Как мы видим
Органом зрения человека являютсяглаза, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершеннуюоптическую систему.
Рис.6. Строение человеческого глаза
/>/>В целом глаз человека — этошарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком(рис.5). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а еепрозрачную и более выпуклую переднюю часть — роговицей. С внутреннейстороны склера покрыта сосудистой оболочкой,состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистаяоболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различныхлюдей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой.
Врадужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметркоторого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет рольдиафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачокуменьшается, а при слабом освещении — увеличивается. Внутри глазного яблока зарадужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собойдвояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну егоповерхностей, а значит, и его оптическую силу.
Сосудистаяоболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительногонерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатуюоболочку, на которой получается действительное изображение предметов,создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой ихрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистоестроение. Изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое.Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва,позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.
Когдакольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получаетсяна сетчатке. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть безнапряжения предметы, расположенные не ближе 6 метра от глаза. Изображение болееблизких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для полученияотчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всёсильнее до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затемудерживает хрусталик в сжатом состоянии.
Таким образом,«наводка на фокус» глаза человека осуществляется изменением оптической силыхрусталика с помощью кольцевой мышцы. Способность оптической системы глазасоздавать отчетливые изображения предметов, находящих на различных расстоянияхот него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио» – приспособление).При рассматривании очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. Вэтом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность.
Аккомодацияглаза не бесконечна. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза можетувеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близкихпредметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предметарасплывается.
Глаза человекапозволяют хорошо видеть предметы не только при дневном освещении. Способностьглаза приспосабливаться к различной степени раздражения окончанийсветочувствительного нерва на сетчатке глаза, т.е. к различной степени яркостинаблюдаемых объектов называют адаптацией.
Сведение зрительных осей глаз наопределенной точке называется конвергенцией. Когда предметы расположены назначительном расстоянии от человека, то при пере воде глаз с одного предметана другой между осями глаз практически не изменяется, и человек теряетспособность правильно определять положение предмета. Когда предметы находятсяочень далеко, то оси глаз располагаются параллельно, и человек не может дажеопределить, движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль вопределении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимаетхрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.
Дефекты зрения
Близорукость.
В томслучае, если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормальновелико или хрусталик настолько закруглён и толст, что его фокусное расстояниененормально мало, изображение удалённого предмета попадает перед сетчатойоболочкой (рис. 4). Этот дефект глаза очень распространён и называется близорукостьюили миопией. Близорукость – это такой дефект глаза,который чрезвычайно распространён среди школьников и студентов. Согласно даннымспециалистов каждые 3 новорождённых из 100 обладают этим дефектом; в начальнойшколе число близоруких составляет примерно 10 из 100; в средней школе числоблизоруких достигает 24%, а в колледже – 31%. Среди диких племён, живущих иработающих большей частью на открытом воздухе, близорукость почти неизвестна.Точно также среди фермеров и лиц, работающих на открытом воздухе, очень малоеколичество страдает от близорукости, если только они не приобрели её в школеили при работе с близкими объектами.
Причинойблизорукости в большинстве случаев является, по-видимому, то, что в детствеглаз легко деформируется. При работе с близкими предметами глазное яблоко“привыкает” удлиняться на столько, что хрусталик уже теряет способностьсплющиваться для фокусирования изображения удалённого предмета на сетчатойоболочке без избыточного напряжения. Сравните длину близорукого глаза на рис. 4с длиной дальнозоркого на рис. 5.
Испытание на близорукость.
Один извидов проверки на миопию делается при помощи таблицы Снеллена. Таблица Снелленав уменьшенном виде изображена на рис. 5. При нормальном зрении можно читатьседьмую строчку хорошо освещённой таблицы стандартных размеров каждым глазом вотдельности с расстоянием в 50 см. Неспособность сделать это не обязательносвидетельствует о близорукости, так как эта непосредственность может бытьвызвана другой причиной. Но если отрицательная (рассеивающая) сферическая линзаулучшает видимость (при этом нужно начать с линзы малой оптической силы ипостепенно увеличивать силу линзы), то можно предположить наличие близорукости.
Близорукостьможно исправить, но не вылечить, при помощи очков. В этом случае применяютсярассеивающие сферические линзы (рис. 4.с). Эта линза рассеивает параллельныесветовые волновые лучи, исходящие от удалённых предметов в достаточной степенидля того, чтобы изображение попало на сетчатую оболочку дальше того места, гдеоно находилось бы без применения очков.
/>
Гиперопия, или дальнозоркость.
Еслирасстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально мало или еслихрусталик ненормально тонок и сплющен, так что фокусное расстояние егоненормально велико, то изображение близких предметов оказывается за сетчатойоболочкой (рис.6). Следовательно, близкие предметы не могут быть видимы безнапряжения глаза.
Если вытолько дальнозорки и не имеете никаких других недостатков зрения, то вы легкопрочтёте 9-ю строчку таблицы Снеллена, но ваша ближняя точка может оказатьсядальше своего нормального положения.
Дляисправления гиперопии следует уменьшать расстояние изображения для близкихпредметов. Это требует применения собирательной (положительной) линзысоответствующей оптической силы
Астигматизм.
Обычноповерхность роговой оболочки – несколько выступающей передней части глазногояблока – и поверхность хрусталика являются частями почти идеальной сфер. Однаконередко кривизна одной или обеих этих поверхностей оказывается большей в однойплоскости, чем в какой – либо другой. Этот дефект, в результате которогополучается нечёткое зрение, называется астигматизмом.
Астигматизмможет причинить головные боли и создавать расплывчатость, в особенности, есличитать длительное время подряд. Астигматизм исправляется цилиндрической линзойвместо сферической. Отметьте, в частности, что направление кривизны линзы очковдолжно совпадать с соответствующей кривизной глазного хрусталика.Следовательно, если астигматическая линза меняет своё положение относительноглаза, необходимо принять меры, чтобы вернуть её на место, так как совершеннонеобходимо, чтобы соответствующие кривизны совпадали.
Оптические приборы, вооружающие глаз
Очки
Кто изобрел увеличительноестекло?
Еслиоставить в стороне отрывочные данные, которые восходят еще к античным временам,то увеличительные стекла стали объектом научного рассмотрения уже в эпохураннего средневековья. Еще Альхазен исследовал увеличение, создаваемоестеклянной сферой, рассматривая его как оптическую иллюзию. Позже появилисьочки, которые не могли быть результатом теоретического рассмотрения, ибо нельзясебе представить, чтобы при средневековой теории зрения можно было даже прийтик мысли о возможности исправления его дефектов. Открытие это было, вероятно,случайным, и вполне вероятно допустить, что его автором является кто-то изизготовителей стекла.
То,что это открытие было сделано ремесленниками, подтверждается и народнымпроисхождением слова «lente» (линза) от слова «lenticchia»(чечевица), которое ученые XVI века решили несколько облагородить,латинизировав его.
Впервыелинзы для целей науки применил Бэкон. Известно, что он использовал их во многихопытах и даже поднес одну папе Клименту IV, прося его попробовать применить ее.Бэкон избегает специального названия и говорит о «приспособлении». Даже в XVIвеке Иероним Кардан, всегда туманно изъясняющийся латинист, называет линзы«orbem e vitro» – выражение, которое его французский переводчик то лине понял, то ли не смог правильно выразить по-французски и прямо перевел«rotondite faite du verre» (округлость, сделанная из стекла).
Втечение трех веков после Бэкона в трудах ученых нельзя было отыскать упоминанияоб «очках для старых», как назывались двояковыпуклые стекла, или «очках длямолодых» – двояковогнутых стеклах для коррекции близорукости.
Двояковогнутыестекла появились, очевидно, позже двояковыпуклых и тоже, видимо, случайно былиизобретены мастерами-стекольщиками или явились результатом элементарногорассуждения: если выпуклые стекла помогают зрению стариков, то вогнутые должны,наоборот, помогать зрению молодых. К середине XIV века очки уже получилидостаточно широкое распространение – на фреске 1352 г. изображен монах в очках.
В1743 г. французский естествоиспытатель Бюффон Жорж Луи Леклерк предложилокклюзию (лат. occlusio – запирание, скрывание) здорового глаза с цельюисправления косоглазия и восстановления остроты зрения больного глаза. Этимметодом пользуются и сейчас.
Хотя глаз и непредставляет собой тонкую линзу, в нем можно все же найти точку, через которуюлучи проходят практически без преломления, т.е. точку, играющую рольоптического центра. Оптический центр глаза находится внутри хрусталика вблизизадней поверхности его. Расстояние h от оптического центра досетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нормального глаза15 мм.
Зная положениеоптического центра, можно легко построить изображение какого-либо предмета насетчатой оболочке глаза. Изображение всегда действительное, уменьшенное иобратное. Угол φ, под которым виден предмет S1S2 изоптического центра О, называется углом зрения.
Сетчатаяоболочка имеет сложное строение и состоит из отдельных светочувствительныхэлементов. Поэтому две точки объекта, расположенные настолько близко друг кдругу, что их изображение на сетчатке попадают в один и тот же элемент,воспринимаются глазом, как одна точка. Минимальный угол зрения, под которым двесветящихся точки или две черные точки на белом фоне воспринимаются глазом ещёраздельно, составляет приблизительно одну минуту. Глаз плохо распознает деталипредмета, которые он видит под углом менее 1". Это угол, под которым виденотрезок, длина которого 1 см на расстоянии 34 см от глаза. При плохом освещении(в сумерках) минимальный угол разрешения повышается и может дойти до 1º.
/>
/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />Рис. 11. Коррекция изображения рассматриваемых предметов: а — угол зрения φ = S1' S2' / h = S1 S2 / D;
б – при увеличении угла зрения увеличивается изображение рассматриваемого предмета на сетчатке; N = b' / b = φ' / φ .
Приближая предмет к глазу, мыувеличиваем угол зрения и, следовательно, получаем
возможность лучше различать мелкиедетали. Однако очень близко к глазу приблизить мы не можем, так как способностьглаза к аккомодации ограничена. Для нормального глаза наиболее благоприятнымдля рассматривания предмета оказывается расстояние около 25 см, при которомглаз достаточно хорошо различает детали без чрезмерного утомления. Эторасстояние называется расстоянием наилучшего зрения. Для близорукого глаза эторасстояние несколько меньше, поэтому близорукие люди, помещая рассматриваемыйпредмет ближе к глазу, чем люди с нормальным зрением или дальнозоркие, видятего под большим углом зрения и могут лучше различать мелкие детали.
Значительноеувеличение угла зрения достигается с помощью оптических приборов. По своемуназначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на следующиебольшие группы.
1. Приборы,служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа, микроскоп). Этиприборы как бы «увеличивают» рассматриваемые предметы.
2. Приборы,предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба,бинокль, телескоп и т.п.). Эти приборы как бы «приближают» рассматриваемыепредметы.
Благодаряувеличению угла зрения при использовании оптического прибора размер изображенияпредмета на сетчатке увеличивается по сравнению с изображением в невооруженномглазе и, следовательно, возрастает способность распознавания деталей. Отношениедлины b на сетчатке в случае вооруженного глаза b' к длине изображения дляневооруженного глаза b (рис.11, б) называется увеличением оптического прибора.
С помощью рис.11, б легко видеть, что увеличение N равно также отношению угла зрения φ'при рассматривании предмета через инструмент к углу зрения φ дляневооруженного глаза, ибо φ' и φ невелики.
Итак,
N = b' / b = φ' / φ ,
где N – увеличениепредмета;
b' – длинаизображения на сетчатке для вооруженного глаза;
b — длинаизображения на сетчатке для невооруженного глаза;
φ' – уголзрения при рассматривании предмета через оптический инструмент;
φ – уголзрения при рассматривании предмета невооруженным глазом.
Лупа.Одним из простейших оптическихприборов является лупа – собирающая линза, предназначенная для рассматриванияувеличенных изображений малых объектов. Линзу подносят к самому глазу, апредмет помещают между линзой и главным фокусом. Глаз увидит мнимое иувеличенное изображение предмета. Удобнее всего рассматривать предмет черезлупу совершенно ненапряженным глазом, аккомодированным на бесконечность. Дляэтого предмет помещают в главной фокальной плоскости линзы так, что лучи,выходящие из каждой точки предмета, образуют за линзой параллельные пучки. Нарис. 12 изображено два таких пучка, идущих от краев предмета. Попадая ваккомодированный на бесконечность глаз, пучки параллельных лучей фокусируютсяна ретине и дают здесь отчетливое изображение предмета.
/> <td/> />Угловое увеличение. Глаз находится очень близко клинзе, поэтому за угол зрения можно принять угол 2γ, образованный лучами,идущими от краев предмета через оптический центр линзы. Если бы лупы не было,нам пришлось бы поставить предмет на расстоянии наилучшего зрения (25 см) отглаза и угол зрения был бы равен 2β. Рассматривая прямоугольныетреугольники с катетами 25 см и F см и обозначая половину предмета Z, можемнаписать:
/>,
где 2γ – угол зрения, при наблюдении через лупу;
2β — угол зрения, при наблюдении невооруженным глазом;
F – расстояние от предмета до лупы;
Z – половина длины рассматриваемого предмета.
Принимая во внимание, что черезлупу рассматривают обычно мелкие детали и поэтому углы γ и β малы,можно тангенсы заменить углами. Таким образом, получится следующее выражениедля увеличения лупы = />= />.
Следовательно,увеличение лупы пропорционально 1 / F, то есть её оптической силе.
Микроскоп.Прибор, позволяющий получитьбольшое увеличение при рассматривании малых предметов, называется микроскопом.
Простейший микроскоп состоит издвух собирающих линз. Очень короткофокусный объектив L1 даёт сильноувеличенное действительное изображение предмета P'Q' (рис. 13), котороерассматривается окуляром, как лупой.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/>P''Q''
PQ
Обозначимлинейное увеличение, даваемое объективом, через n1, а окуляром черезn2, это значит, что = n1 и = n2,
где P'Q' – увеличенное действительноеизображение предмета;
PQ – размер предмета;
P''Q''- увеличенноемнимое изображение предмета;
n1 – линейное увеличениеобъектива;
n2 – линейное увеличениеокуляра.
Перемножив этивыражения, получим = n1 n2 ,
где PQ – размер предмета;
P''Q''- увеличенноемнимое изображение предмета;
n1 – линейное увеличениеобъектива;
n2 – линейное увеличениеокуляра.
Отсюда видно,что увеличение микроскопа равно произведению увеличений, даваемых объективом иокуляром в отдельности. Поэтому возможно построить инструменты, дающие оченьбольшие увеличения – до 1000 и даже больше. В хороших микроскопах объектив иокуляр — сложные.
Окуляр обычносостоит из двух линз объектив же гораздо сложнее. Желание получить большиеувеличения заставляют употреблять короткофокусные линзы с очень большойоптической силой. Рассматриваемый объект ставится очень близко от объектива идает широкий пучок лучей, заполняющий всю поверхность первой линзы. Такимобразом, создаются очень невыгодные условия для получения резкого изображения:толстые линзы и нецентральные лучи. Поэтому для исправления всевозможныхнедостатков приходится прибегать к комбинациям из многих линз различных сортовстекла.
В современныхмикроскопах теоретический предел уже почти достигнут. Видеть в микроскоп можнои очень малые объекты, но их изображения представляются в виде маленькихпятнышек, не имеющих никакого сходства с объектом.
Прирассматривании таких маленьких частиц пользуются так называемымультрамикроскопом, который представляет собой обычный микроскоп с конденсором,дающим возможность интенсивно освещать рассматриваемый объект сбоку,перпендикулярно оси микроскопа.
С помощьюультрамикроскопа удаётся обнаружить частицы, размер которых не превышаетмиллимикронов.
Телескоп (Зрительные трубы)Простейшаязрительная труба состоит из двух собирающих линз. Одна линза, обращенная крассматриваемому предмету, называется объективом, а другая, обращенная к глазунаблюдателя — окуляром.
Объектив L1 даетдействительное обратное и сильно уменьшенное изображение предмета P1Q1, лежащееоколо главного фокуса объектива. Окуляр помещают так, чтобы изображениепредмета находилось в его главном фокусе. В этом положении окуляр играет рольлупы, при помощи которой рассматривается действительное изображение предмета.
/>
Действие трубы, так жекак и лупы, сводится к увеличению угла зрения. При помощи трубы обычнорассматривают предметы, находящиеся на расстояниях, во много раз превышающих еёдлину. Поэтому угол зрения, под которым предмет виден без трубы, можно принятьугол 2β, образованный лучами, идущими от краев предмета через оптическийцентр объектива.
Изображениевидно под углом 2γ и лежит почти в самом фокусе F объектива и вфокусе F1 окуляра.
Рассматриваядва прямоугольных треугольника с общим катетом Z', можемнаписать:
/>,
где 2γ — угол, под которым видно изображение предмета;
2β — уголзрения, под которым виден предмет невооруженным глазом;
F — Фокусобъектива;
F1 — фокусокуляра;
Z' — половинадлины рассматриваемого предмета.
Углыβ и γ — не велики, поэтому можно с достаточным приближением заменить tgβ и tgγ углами итогда увеличение трубы =/>/>,
где 2γ — угол, под которым видно изображение предмета;
2β — угол зрения, подкоторым виден предмет невооруженным глазом;
F — Фокусобъектива;
F1 — фокусокуляра.
Угловоеувеличение трубы определяется отношением фокусного расстояния объектива кфокусному расстоянию окуляра. Чтобы получить большое увеличение, надо братьдлиннофокусный объектив и короткофокусный окуляр.
/>
Рисунок14
Телескопический ход лучей.
Светопроекционная техника
Проекционныеустройства.Для показазрителям на экране увеличенного изображения рисунков, фотоснимков или чертежейприменяют проекционный аппарат. Рисунок на стекле или на прозрачной пленкеназывают диапозитивом, а сам аппарат, предназначенный для показа такихрисунков, — диаскопом. Если аппарат предназначен для показа непрозрачных картини чертежей, то его называют эпископом. Аппарат, предназначенный для обоихслучаев называется эпидиаскопом.
Линзу, котораясоздает изображение находящегося перед ней предмета, называют объективом.Обычно объектив представляет собой оптическую систему, у которой устраненыважнейшие недостатки, свойственные отдельным линзам. Чтобы изображение предметана было хорошо видно зрителям, сам предмет должен быть ярко освещен.
Схемаустройства проекционного аппарата показана на рис.16.
Источник светаS помещается вцентре вогнутого зеркала (рефлектора) Р. свет идущий непосредственно отисточника S и отраженныйот рефлектора Р, попадает на конденсор К, который состоит из двухплосковыпуклых линз. Конденсор собирает эти световые лучи на
/>
объективе О, который уженаправляет их на экран Э, где получается изображение диапозитива Д.Сам диапозитив помещается между главным фокусом объектива и точкой, находящейсяна расстоянии 2F от объектива. Резкостьизображения на экране достигается перемещением объектива, которое частоназывается наводкой на фокус.
Спектральные аппараты.Для наблюденияспектров пользуются спектроскопом.
Наиболеераспространенный призматический спектроскоп состоит из двух труб, междукоторыми помещают трехгранную призму (рис. 17).
/>
В трубе А,называемой коллиматором имеется узкая щель, ширину которой можно регулироватьповоротом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которогонеобходимо исследовать. Щель располагается в фокальной плоскости коллиматора, ипоэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдячерез призму, световые лучи направляются в трубу В, через которую наблюдаютспектр. Если спектроскоп предназначен для измерений, то на изображение спектрас помощью специального устройства накладывается изображение шкалы с делениями,что позволяет точно установить положение цветовых линий в спектре.
Приисследовании спектра часто бывает целесообразней сфотографировать его, а затемизучать с помощью микроскопа.
Прибор дляфотографирования спектров называется спектрографом.
Схемаспектрографа показана на рис. 18.
Спектризлучения с помощью линзы Л2 фокусируется на матовое стекло АВ,которое при фотографировании заменяют фотопластинкой.
/>
Фотоаппарат
Рис. 1. Схема зеркального фотоаппарата типа «Зенит»: 1 — съёмочный объектив; 2 — подвижное зеркало; з — кадровая рамка; 4 — фотоплёнка; 5 — линза; б — пента-призма; 7 — окуляр; 8 — глаз фотографа*
/>Важнейшимичастями всех аппаратов являются фотокамера, объектив, устройство для фокусировкиобъектива, видоискатель, затвор в лентопротяжный механизм. Более совершенныефотоаппараты оснащаются дополнительно экспонометрическим устройством иливстроенным экспонометром, синхроконтактом, автоспуском и другимиприспособлениями.
В зависимостиот типа используемого фотоматериала все фотоаппараты подразделяют на плёночныеи пластиночные.
В зависимостиот системы видоискателя и способа фокусировки фотоаппараты бываютдальномерные, зеркальные (одно и двухобъективные) и с простейшей фокусировкойпо шкале расстояний.
ФотокамераСветонепроницаемаякамера, которая одновременно является корпусом фотоаппарата. Внутрифотокамеры монтируются основные узлы и механизмы фотоаппарата, а снаружирасположены их органы управления. Фотокамера имеет гнездо для присоединенияобъектива. У современных малоформатных фотоаппаратов фотокамера имеет заднююоткидную крышку. В нижней части фотокамеры сделано резьбовое гнездо дляустановки фотоаппарата на штатив.
ОбъективЯвляется важнейшей частью фотоаппаратаи служит для создания на светочувствительном слое фотоплёнки (фотопластинки)оптического изображения фотографируемого предмета. Объектив состоит из трёхили более линз, закреплённых в одной металлической оправе. Для уменьшениясветовых потерь вследствие отражения лучен от поверхностей линз последниепокрывают тонкими слоями различных веществ, уменьшающих коэффициент отражениясвета, т. е. увеличивающих прозрачность объектива (бывают однослойные покрытия,но чаще многослойна). Такие объективы называются просветлёнными.
Основнымипараметрами (характеристиками) объектива являются: фокусное расстояние,угловое поле изображения, относительное отверстие и разрешающая сила.
Фокусноерасстояние.Фокусноерасстояние (f') определяетразмер даваемого объективом изображения, т. е. его масштаб или линейноеувеличение. Чем больше фокусное расстояние, тем больше масштаб полу чаемогоизображения при одном и том же расстоянии до фотографируемого предмета.Большинствофотообъективов имеет постоянное фокусное расстояние, величина которогоуказывается па их оправе. Некоторые фотоаппараты имеют объективы с переменнымфокусным расстоянием, которое можно плавно изменять в определённых пределах.Фотообъективы, у которых фокусное расстояние примерно равно диагоналикадровой рамки фотоаппарата (1k), принятоназывать нормальными. Если f превышает 1k, то такиеобъективы называются длиннофокусными; некоторые длиннофокусные объективыназывают телеобъективами. Объективы, фокусное расстояние которых меньше lk, называютсякороткофокусными.
Угловое полеобъектива в пространстве изображений. Любой объектив образует оптическоеизображение в пределах некоторого круглого по форме участка, называемого полемизображения. Качество изображения ухудшается по мере удаления от центра поля,т.е. от точки пересечения оптической оси объектива с плоскостью изображения.Поэтому при фотографировании используется не всё поле изображения, а толькоего центральная зона, в пределах которой качество изображения является удовлетворительным.Угол, образованный лучами, идущими из центра выходного зрачка объектива ккрайним точкам полезного поля изображения, называется угловым полемобъектива. Кадровая рамка фотоаппарата должна располагаться внутри полезногополя изображения. Объективы, угловое поле которых находится в пределах от 45°до 60°, называются нормальными, с углом, превышающим 60°,— широкоугольными.
Относительноеотверстие объектива.Относительноеотверстие объектива — отношение диаметра его входного зрачка к фокусномурасстоянию, записывается в виде 1: К, где К — диафрагменное число, показывающее,во сколько раз фокусное расстояние объектива больше диаметра его входногозрачка. Это число, называемое диафрагменным числом, наносится на шкалудиафрагм объектива. Чем больше величина относительного отверстия, тем вышеосвещённость оптического изображения, даваемого объективом, т. е. тем большесветосила объектива.
Разрешающаясила.Разрешающая сила(способность) Л' выражается максимальным числом линий (штрихов), приходящихсяна 1 мм в оптическом изображении специальной испытательной таблицы (миры). Чемвыше разрешающая способность объектива, тем большее число мелких деталей изображаетсяобъективом раздельно.
Диафрагма.Все съёмочныеобъективы имеют диафрагму — механическое устройство, служащее для изменения ихотносительного отверстия. Диафрагма помещается обычно между линзами объективаи содержит несколько серповидных лепестков, которые образуют, перекрывая другдруга, примерно круглое отверстие. Диаметр отверстия изменяется в соответствиис установленным по шкале значением диафрагмы К. Лепестки соединены с поворотнымкольцом, смонтированным на оправе объектива. На кольце имеется индекс,смещающийся при повороте кольца относительно шкалы, деления которой рассчитанытак, что при повороте кольца на одно деление освещённость оптическогоизображения, образуемого объективом, изменяется в два раза. Процесс измененияотносительного отверстия объектива называется диафрагмированном. Приуменьшении относительного отверстия (увеличении К) наряду с понижением освещённостиоптического изображения увеличивается глубина резко изображаемого пространства.
Объективы,предназначенные для зеркальных фотоаппаратов, стали делать с так называемой«прыгающей» диафрагмой. У таких объективов значение диафрагмы устанавливаетсязаранее, но световое отверстие объектива остаётся при этом полностью открытым.Это позволяет фокусировать объектив и устанавливать границы изображенияснимаемых предметов при полностью открытой диафрагме, т. е. при наибольшей егоосвещённости. При нажатии на спусковую кнопку затвора фотоаппаратанепосредственно перед его срабатыванием механизм прыгающей диафрагмы изменяетсветовое отверстие (обычно скачкообразно под действием ранее взведённойпружины), после чего срабатывает фотозатвор и затем диафрагма снова полностьюоткрывается (немедленно или в процессе перемотки фотоплёнки и взвода затвора).
Киноаппарат
Онпредставляетсобой проекционную систему того же типа с тем усложнением, что демонстрируемыекартины очень быстро сменяют одна другую.
Припроектирование получается обычно сильно увеличенное изображение. Например, припроектировании кадра кинокартины размером 18х24 мм на экран с размерами 3,6 х4,8 м линейное увеличение равно 200, а площадь изображения превышает площадькадра в 40 000 раз.
Чтобыосвещённость объекта была высокой и равномерной, важную роль играет правильныйподбор конденсора. Казалось бы, что задачей конденсора является максимальносконцентрировать свет на изображаемом объекте. Однако, это совершенно неверно.Попытки «концентрации» света на объекте приводят обычно к тому, чтоконденсор даёт на нём сильно уменьшенное изображение источника. Если последнийне очень велик, то объект будет освещён неравномерно. При этом часть световогопотока пойдёт мимо проекционного объектива, т.е. не будет участвовать вобразовании изображения на экране. Правильный выбор конденсора даёт возможностьизбежать всех недостатков. Конденсор устанавливается таким образом, чтобы ондавал изображение небольшого источника С`C` на самом объективе L. Размерыконденсора выбираются с таким расчётом, чтобы весь диапозитив S был равномерноосвещён. Лучи, проходящие через любую точку диапозитива, должны затем пройтичерез изображение источника света С`C`. Следовательно, они попадут в объектив,и по выходе из него образуют на экране изображение этой точки диапозитива.
Такимобразом, объектив даст на экране изображение всего диапозитива, котороебудет правильно передавать распределение светлого и тёмного на диапозитиве.
Длядемонстрации на экране непрозрачных предметов, например, чертежей и рисунков,выполненных на бумаге, их сильно освещают сбоку с помощью ламп и зеркал ипроектируют с помощью светосильного объектива.
Частоприменяют приборы, имеющие двойную систему для проектирования прозрачных инепрозрачных предметов. Такие приборы называются эпидиаскопами.
Заключение.Практическоезначение оптики и её влияние на другие отрасли знания исключительно велики.Изобретение телескопа и спектроскопа открыло перед человеком удивительнейший ибогатейший мир явлений, происходящих в необъятной Вселенной. Изобретениемикроскопа произвело революцию в биологии. Фотография помогла и продолжаетпомогать чуть ли не всем отраслям науки. Одним из важнейших элементов научнойаппаратуры является линза. Без неё не было бы микроскопа, телескопа,спектроскопа, фотоаппарата, кино, телевидения и т.п. не было бы очков, и многиелюди, которым перевалило за 50 лет, были бы лишены возможности читать ивыполнять многие работы, связанные со зрением.
Областьявлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явлениятеснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, аоптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтомунеудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежалаведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основныхфизических воззрений. Достаточно сказать, что обе основные физические теориипрошлого столетия — теория относительности и теория квантов — зародились и взначительной степени развились на почве оптических исследований. Изобретениелазеров открыло новые широчайшие возможности не только в оптике, но и в еёприложениях в различных отраслях науки и техники.
Список литературы.1. Арцыбашев С.А.Физика — М.: Медгиз, 1950. — 511с.
2. Жданов Л.С.Жданов Г.Л. Физика для средних учебных заведений — М.: Наука, 1981. — 560с.
3. Ландсберг Г.С.Оптика — М.: Наука, 1976. — 928с.
4. ЛандсбергГ.С. Элементарный учебник физики. — М.: Наука, 1986. — Т.3. — 656с.
5. Прохоров А.М.Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1974. — Т.18. — 632с.
6. Сивухин Д.В.Общий курс физики: Оптика — М.: Наука, 1980. — 751с.