Slika iza objektiva sa dvostrukim fokusom. Real image
Pravila praćenja zraka za tanke leće formulirana u prethodnom odjeljku vode nas do najvažnije izjave.
Teorema slike. Ako je ispred leće svetleća tačka S, onda nakon prelamanja u sočivu, svi zraci7 (ili njihovi nastavci) se sijeku u jednoj točki S0.
Točka S0 naziva se slika točke S.
Ako se u tački S0 lomljeni zraci sami seku, tada se slika naziva realna. Može se dobiti na ekranu, jer je energija svjetlosnih zraka koncentrirana u točki S0.
Ako se u tački S0 lomljeni zraci sami ne sijeku, već njihova produžetka (to se događa kada se prelomljeni zraci dižu iza objektiva), tada se slika naziva imaginarna. Ne može se dobiti na ekranu, jer se energija ne koncentrira u točki S0. Zamišljena slika, prisjećamo se, nastaje zbog specifičnosti našeg mozga da upotpunjuju divergentne zrake do njihovog imaginarnog raskršća i da vide svetleću tačku na ovom preseku. Imaginarna slika postoji samo u našem umu.
Teorem slike služi kao osnova za konstrukciju slika u tankim objektivima. Ovu teoremu ćemo dokazati i za sakupljanje i za difuzno sočivo.
4.6.1 Prikupljanje objektiva: slika stvarne tačke
Prvo razmotrite sakupljajuću leću. Neka je a udaljenost od tačke S do sočiva, f je žižna daljina objektiva. Postoje dva fundamentalno različita slučaja: a\u003e f i a< f (а также промежуточный случай a = f). Мы разберём эти случаи поочерёдно; в каждом из них мы обсудим свойства изображений точечного источника и протяжённого объекта.
Prvi slučaj: a\u003e f. Točkasti izvor svetlosti S nalazi se dalje od leće od leve fokalne ravni (slika 4.39).
Sl. 4.39. Slučaj a\u003e f: realna slika tačke S |
SO zraka koji prolazi kroz optički centar se ne lomi. Uzmemo proizvoljni ray SX, konstruišemo tačku S0 u kojoj se prelamani zrak siječe sa zrakom SO, a zatim pokažemo da položaj točke S0 ne ovisi o izboru zraka SX (drugim riječima, točka S0)
7 Podsjetite još jednom da se to ne odnosi na sve zrake, već samo na paraksijalne, tj. Na stvaranje malih kutova s glavnom optičkom osi. U prethodnom dijelu smo se složili da razmatramo samo paraksijalne zrake. Samo za njih rade naša pravila za tok zraka kroz tanke leće.
isti je za sve vrste SX zraka). Tako se ispostavlja da se sve zrake koje izlaze iz tačke S, nakon prelamanja u sočivu, sijeku u točki S0, a teorema o slici će se dokazati za razmatrani slučaj a\u003e f.
Točku S0 pronalazimo izgradnjom daljnjeg toka snopa SX. To možemo učiniti: paralelno sa SX snopom, vodimo incidentnu optičku osu OP na presek sa fokalnom ravninom u
bočni fokus P, nakon čega crtamo lomljeni zrak XP na sjecište sa zrakom SO u točki S0.
Sada ćemo tražiti udaljenost b od tačke S0 do sočiva. Pokazujemo da se ova udaljenost izražava samo kroz a i f, to jest, određena je samo pozicijom izvora i svojstvima leće, te stoga ne ovisi o određenom SX zraku.
Okomite SA i S0 A0 na glavnu optičku os. Takođe ćemo voditi SK paralelno sa glavnom optičkom osom, tj. Okomito na sočivo. Dobijamo tri para sličnih trokuta:
SAO S0 A0 O; | |
SXS0 OP S0; | |
Kao rezultat toga, imamo sledeći lanac jednakosti (broj formule iznad znaka jednakosti ukazuje na koji par sličnih trouglova je ova jednakost dobijena).
AO (4.6) SO | (4.7) SX | (4.8) SK | |||||||||||||||||
Ali AO = SK = a, OA0 = b, OF = f, tako da je odnos (4.9) prepisan kao:
Kao što vidimo, to stvarno ne zavisi od izbora SX snopa. Prema tome, bilo koji zrak SX nakon prelamanja u sočivu će proći kroz točku S0 koju smo konstruirali, a ova točka će biti stvarna slika izvora S. \\ t
U ovom slučaju dokazana je teorema slike.
Ovo je praktična važnost teoreme o slici. Ako se svi zraci izvora S presijecaju iza sočiva u jednoj tački njegove slike S0, onda za izgradnju slike, dovoljno je uzeti dva najpogodnija zraka. Koje?
Ako izvor S ne leži na glavnoj optičkoj osi, onda su kao prikladne grede prikladne sljedeće:
snop koji prolazi kroz optički centar sočiva se ne lomi;
snop paralelan glavnoj optičkoj osi nakon prelamanja, prolazi kroz fokus. Konstrukcija slike korištenjem ovih zraka prikazana je na sl. 4.40.
Sl. 4.40. Izgradnja slike tačke S, koja ne leži na glavnoj optičkoj osi |
Ako se točka S nalazi na glavnoj optičkoj osi, tada prikladni snop ostaje samo jedan koji ide duž glavne optičke osi. Kao drugi zrak, treba uzeti „nezgodno“ (Sl. 4.41).
Sl. 4.41. Izgradnja slike tačke S koja leži na glavnoj optičkoj osi
Pogledajmo ponovo izraz (4.10). Može se pisati u nešto drugačijoj formi, više
slatka i nezaboravna. Prvo pomerite jedinicu ulijevo: | ||||||||||||||
Sada podelimo obe strane ove jednakosti na: | ||||||||||||||
Odnos (4.12) se naziva formula za tanke leće (ili jednostavno formula objektiva). Do sada je dobivena formula objektiva za slučaj skupljačkih leća i za a\u003e f. U nastavku navodimo modifikacije ove formule za preostale slučajeve.
Sada se vraćamo na odnos (4.11). Njegova važnost nije ograničena na činjenicu da dokazuje teoremu o slici. Također vidimo da b ne ovisi o udaljenosti SA (sl. 4.39, 4.40) između izvora S i glavne optičke osi!
To znači da bez obzira na tačku M segmenta SA, slika će biti na istoj udaljenosti od objektiva b. Leži na segmentu S0 A0, odnosno na preseku segmenta S0 A0 sa MO snopom, koji prolazi kroz sočivo bez prelamanja. Posebno, slika točke A je točka A0.
Tako smo ustanovili važnu činjenicu: slika segmenta SA je segment S0 A0. Od sada, originalni segment, čija nas slika zanima, nazivamo objekat i na crtežima označavamo crvenu strelicu. Potreban nam je smer strelice da bi pratili pravu ili obrnutu sliku.
4.6.2 Sakupljajući objektiv: stvarna slika slike
Pređimo na razmatranje slika objekata. Podsjetimo se da smo za sada u okviru slučaja a\u003e f. Ovdje možemo razlikovati tri karakteristične situacije.
1. f< a < 2f. Изображение предмета является действительным, перевёрнутым, увеличенным (рис. 4.42; dvostruki fokus označen sa 2F). Iz formule leće sledi da će u ovom slučaju b\u003e 2f biti (zašto?).
Sl. 4.42. f< a < 2f: изображение действительное, перевёрнутое, увеличенное |
Takva situacija se ostvaruje, na primjer, u grafoskopima i filmskim kamerama, ovi optički uređaji daju uvećanu sliku na ekranu onoga što je na filmu. Ako ste ikada prikazali slajdove, onda znate da slajd treba da bude umetnut u projektor naopako tako da slika na ekranu izgleda ispravno, ali ne radi naopako.
Odnos veličine slike prema veličini objekta naziva se linearno uvećanje objektiva i označava se (ovo je glavni grčki "gama"):
A 0 B 0: AB
Iz sličnosti trokuta ABO i A0 B0 O dobijamo:
Formula (4.13) se koristi u mnogim problemima gdje se pojavljuje linearno povećanje leće.
2. a = 2f. Iz formule (4.11) nalazimo da je b = 2f. Linearno uvećanje sočiva prema (4.13) jednako je jednom, tj. Veličina slike je jednaka veličini objekta (Sl.4.43).
Sl. 4.43. a = 2f: veličina slike je jednaka veličini subjekta |
Geometrijska optika objašnjava mnoge jednostavne optičke pojave, kao što su pojavljivanje sjena i formiranje slika u optičkim uređajima. Omogućava vam da relativno lako vidite prolaz svetlosti kroz bilo koji optički sistem i daje
sposobnost da se jednostavnim sredstvima riješi širok spektar praktično važnih zadataka.
Međutim, da bi se rešila suptilnija pitanja, kao što je distribucija svetla u blizini fokusa ili rezolucija optičkih instrumenata, neophodno je da se ide dalje geometrijska optika i uzimajući u obzir valnu prirodu svjetlosti. Kao što je napomenuto u § 33, slika udaljene zvezde u žižnoj ravnini teleskopskog sočiva nije točka, već difrakcijska točka.
Geometrijska optika i valna svojstva svjetlosti. Prema konceptu geometrijske optike, slika tačke objekta je presek snopa zraka. Međutim, u blizini ove tačke preseka, zakrivljenost površine talasa postaje toliko značajna da se više ne može smatrati ravnom na udaljenostima reda talasne dužine. U blizini takvih tačaka očigledno nisu ispunjeni uslovi primenjivosti geometrijske optike: svetlosni tok se ne može sakupiti u jednu tačku, jer bi to dovelo do beskonačno velike osvetljenosti, koja se u stvari ne dešava.
Camera obscura. Stepen u kojem talasna svojstva svjetla iskrivljuju predviđeno geometrijska optika Na slici možete videti primer najjednostavnijeg optičkog uređaja - kamera obscura.
Pinhole uređaj je shematski prikazan na sl. 233. To je kutija sa malom rupom u jednom od zidova. Djelovanje kamere obscure, kao i postojanje oštrih sjena od neprozirnih objekata s malim izvorom svjetla, su činjenice koje ukazuju na pravocrtno širenje svjetlosti u homogenom mediju.
Međutim, osnovni zakon geometrijske optike - pravocrtno širenje svetlosti - važi samo za široke, strogo govoreći, neograničene svetlosne zrake. Svako ograničenje širine svjetlosnog snopa, neizbježno u bilo kojem optičkom instrumentu, nužno dovodi do odstupanja od geometrijske optike i do manifestacija valnih svojstava svjetlosti.
Sl. 233. Dijagram kamere obscure
Izbor optimalnog prečnika rupe za dobivanje najoštrije slike udaljenih objekata na ekranu je potraga za određenim kompromisom između valne i geometrijske optike. Ako bi se svetlo zaista pokorilo zakonima geometrijske optike, onda bi zadatak bio trivijalan: što je rupa manja, to je slika oštrija. Zapravo, udaljeni objekat može biti mentalno podeljen na odvojene elemente i svaki element se može smatrati tačkastim izvorom. Rupa u prednjem zidu kamere odseca zrake zraka od izvora koji padaju na ekran. Snop zraka iz daljinskog
Ali je nemoguće ograničiti rupu neograničeno ne samo zato što to smanjuje svetlosni tok i, posledično, osvetljenje slike, već i zato što pre ili kasnije priroda vala svetla počinje da utiče. Difrakcija svetla na rupi dovodi do zamućenja slike. Ako smanjite otvor na veličinu uporedivu sa talasnom dužinom svetla, slika potpuno nestaje i ekran postaje skoro ravnomerno osvetljen.
Procijenimo veličinu difrakcijske tačke na ekranu, koja se može smatrati slikom izvora udaljene tačke, u onim slučajevima kada je potrebno koristiti valnu optiku. To se može uraditi na isti način kao u § 33, gde su procenjene dimenzije difrakcijske slike zvezde u teleskopu. Prema formuli (1) iz stava 33, za difrakcijski ugao 0, tj. Smer prema ivici centralne difrakcijske tačke, imamo
gdje je promjer pinhol kamere. Ovaj ugao određuje linearnu dimenziju difrakcijske tačke na ekranu kamere obscure. Ako je udaljenost od rupe do ekrana
Očigledno je da bi se veličina rupe trebala smanjiti samo do veličine difrakcijske točke jednake veličini slike dobivene aproksimacijom geometrijske optike. Dalja redukcija rupe će samo dovesti do zamućenja slike, tj. Do pogoršanja oštrine.
Dakle, najbolja oštrina slike postiže se jednakom promjerom otvora i veličinom difrakcijske točke a:
Kada je L = 25 cm za vidljivo svjetlo, optimalna veličina rupe je 0,5 mm.
Homocentrične i astigmatske zrake zraka. Pri prikazu objekata u optičkim uređajima prema pravilima geometrijske optike, treba imati na umu da se zamućenje i izobličenje javljaju ne samo zbog difrakcije. To je prvenstveno zbog kršenja homocentričnosti snopa zraka. Homocentrični se naziva snop zraka koji prolazi kroz jednu tačku (sl.
234). Sve zrake iz pojedinih tačaka objekta su homocentrične prije ulaska u optički sustav.
Kada se reflektuje u ravnom ogledalu, zrake mijenjaju smjer, ali se homocentričnost greda čuva. Posmatraču se čini da se zraci reflektuju od izlaza ogledala iz jedne tačke A, koja se nalazi simetrično iza ogledala u tački A.
Sl. 234. Divergentne (a) i konvergentne (6) homocentrične grede
Nakon prolaska kroz optički sistem, svojstvo homocentričnosti greda se u pravilu gubi. To se dešava čak i kada se svjetlo prelama na ravnom sučelju između dva medija. Kao rezultat, snop postaje astigmatičan. U astigmatskim snopovima (Sl. 235), zrake koje leže u dva međusobno okomita aksijalna odsjeka se sijeku na različitim mjestima - u dva segmenta koji se pomiču duž zrake na određenoj udaljenosti. Talasne površine koje su ortogonalne zrakama astigmatskog snopa imaju dvostruku zakrivljenost (različiti poluprečnici na slici 235), za razliku od homocentričnih greda sa površinama sfernih valova. Iako se, strogo govoreći, svojstvo homocentričnosti greda gubi pri prolasku kroz optički sistem, ono se približno očuva u važnom slučaju prakse paraksijalnih snopova snopa u centriranim optičkim sistemima, tj. Sistemima formiranim sferičnom refrakcijom i reflektirajućim površinama čiji centri leže na jednom pravac, nazvan optička osa. Zrake zraka se nazivaju paraksijalne ako zrake formiraju male kutove s optičkom osi i presijecaju površine na udaljenostima od osi koje su male u usporedbi s radijusima zakrivljenosti površina. Prolazeći kroz optički sistem, paraksijalni snopovi iz različitih tačaka objekta formiraju njegovu optičku sliku, tako da svaka točka objekta odgovara određenoj točki slike (Sl. 236).
Sl. 235. Astigmatski snop zraka
Sl. 236. Formiranje slike u optičkom sistemu
Sferno ogledalo. Paralelni snop zraka koji se pojavljuje na konkavnom sfernom ogledalu nakon refleksije sakupljen je u fokusu (Sl. 237a). Fokus je u sredini segmenta koji povezuje centar Na površini ogledala - optičkom centru - a vrh P ogledala je pol. Žižna daljina ogledala je radijus zakrivljenosti ogledala.
Za konstrukciju slike proizvoljne tačke A u sfernom ogledalu, pogodno je koristiti sljedeće zrake (Sl. 2376):
Sl. 237. Ukošeno ogledalo
1) snop prolazi kroz optički centar O; reflektovani snop ide uzduž istog ravno nazad;
2) snop prolazi kroz fokus reflektovanog snopa je paralelan optičkoj osi;
3) snop je paralelan sa optičkom osi; reflektovani zrak prolazi kroz fokus
4) snop koji pada na polu ogledala; reflektovani snop je simetričan na incident oko optičke osi
Udaljenost od objekta do ogledala i udaljenost od zrcala do slike odnose se na žižnu daljinu u odnosu
koja se zove sferna formula ogledala.
Kada se objekat nalazi na udaljenosti od «s do slike, slika je zapravo obrnuta. Slika objekta locirana bliže fokusu, imaginarni direktni magnit. Nalazi se iza ogledala (sl. 231 c). Formula (1) vrijedi iu ovom slučaju, ako se udaljenost do imaginarne slike u njoj smatra negativnom
Paralelni snop zraka koji pada na konveksno ogledalo odražava se kao da su svi zraci izvan fokusa (Sl. 238), koji se nalaze iza ogledala na udaljenosti
Sl. 238. Konveksno ogledalo
Na bilo kojoj lokaciji objekta, njena slika u konveksnom ogledalu je zamišljena direktna redukcija i nalazi se iza ogledala (bliže fokusu).
Za izradu slike koriste se zrake slične onima koje su navedene za konkavno zrcalo. Formula (1) vrijedi i za konveksno ogledalo, ako se njegova žarišna duljina smatra negativnom
Još jednom naglašavamo da formulisana pravila za konstruisanje slika važe samo za paraksijalne zrake. U širokom snopu, tri grede, koje međusobno formiraju značajne uglove, ne presijecaju se u jednoj točki.
Objektivi. Glavna optička osa sočiva naziva se pravac koji prolazi kroz centre zakrivljenosti sfernih površina koje graniče sa sočivom. Leće za prikupljanje u sredini su deblje nego na ivicama, raspršuju - naprotiv, tanje su u sredini (Sl. 239) kada je indeks prelamanja materijala leće veći od okolnog okruženja. Objektiv se naziva tanak kada je njegova debljina zanemariva u odnosu na radijuse zakrivljenosti njegovih površina i na udaljenost od objekta do sočiva. Istovremeno, tačke preseka sfernih površina sočiva sa optičkom osi (Sl. 240a) toliko su bliske da se uzimaju kao jedna tačka O, nazvana optičkim centrom leće.
Sl. 239. Prikupljanje (a) i difuzno (b) sočiva
Zrak snopa koji se pojavljuje na skupljačkoj leći paralelno sa optičkom osi se skuplja u fokusu sočiva (Sl. 240a). Žižna daljina leće zavisi od radijusa njegove zakrivljenosti
refraktivne površine i indeks refrakcije materijala leće. Za bikonveksne leće izračunava se po formuli
Pretpostavlja se da je sočivo u mediju sa indeksom prelamanja od jednog (vakuum, vazduh). Ako je jedna od površina ravna, njen radijus zakrivljenosti
Sl. 240. (vidi skeniranje)
Za konveksno-konkavne leće, radijus konkavne površine u formuli (2) treba smatrati negativnim.
žižna daljina, nazvana optička snaga objektiva:
Optička snaga se izražava u dioptriji (dioptri). Objektiv u 1 dioptriji ima žižnu daljinu od 1 m.
Ako je snop zraka paralelan optičkoj osi usmjeren na sočivo sa suprotne strane, on će se sakupiti na točki i biti na istoj udaljenosti od objektiva ako je isti medij na obje strane objektiva.
Za konstrukciju slike, pogodno je koristiti sljedeće zrake (Sl. 240b):
1) snop koji prolazi kroz optički centar sočiva bez prelamanja;
2) snop je paralelan sa optičkom osi; nakon prelamanja prolazi kroz fokus
3) snop prolaska kroz prednji fokus F nakon prelamanja snopa paralelan je s optičkom osi.
Paralelni snop zraka koji padaju na sočivo pod uglom u odnosu na optičku os je sakupljen u točki koja leži u žarišnoj ravnini leće (Sl. 240c).
Udaljenost od objekta do sočiva i udaljenost od objektiva do slike se odnose na žižnu daljinu istom formulom kao u slučaju sfernog ogledala:
Ovaj odnos se naziva formula objektiva.
Sl. 241. Difuzno sočivo
Ako je udaljenost do objekta veća od žižne daljine objektiva, tada je slika zapravo obrnuta i nalazi se na drugoj strani objektiva (Sl. 2406). Ako je udaljenost od objekta manja od žižne daljine, slika je izmišljena direktno uvećana i nalazi se na istoj strani objektiva kao objekt (slika 240g). Formula (3) vrijedi i za imaginarnu sliku, ako je udaljenost do nje negativna.
Zraka zraka paralelna s optičkom osi, upadna na raspršujuću leću, odstupa nakon prelamanja kao da zrake izlaze iz fokusa ispred objektiva (Sl. 241a).
Slika formirana od strane raspršujućeg sočiva, na bilo kojoj poziciji objekta, zamišljena direktna redukcija (Sl. 2416). Focal
udaljenost leće koja se divergira izračunava se po istoj formuli (2). Radijusi zakrivljenosti konkavnih površina umetnuti su u njega sa znakom minus, a dobiva se i optička snaga za objektiv raspršenja, koji je također negativan. Položaj slike je prema formuli (3). Kao što daje, tj., Imaginarna slika se nalazi na istoj strani objektiva kao i objekt.
Formiranje stvarne slike objekta objektivom za prikupljanje objašnjava princip uređaja i djelovanje mnogih optičkih uređaja, kao što su kamera, uređaj za projekciju itd.
Kamera Slika snimljenih objekata u fotoaparatu (stvarno obrnuta, obično smanjena) stvara objektiv (Sl. 242).
Sl. 242. Kamera
Jedno sočivo ima hromatske i sferne aberacije, astigmatizam i druge nedostatke; stoga je objektiv sistem s više leća u kojem su određene aberacije ispravljene. Površine sočiva su obložene antirefleksnim slojem koji smanjuje gubitak svjetlosti zbog refleksije. Djelovanje sloja temelji se na fenomenu interferencije svjetla.
Oštre slike objekata koji se nalaze na određenoj udaljenosti od kamere (točka A na slici 242) dobijaju se u filmskoj ravni. Fokusiranje se vrši pomeranjem objektiva. Slike točaka koje se ne nalaze u ravnini usvajanja (točka B na slici 242) dobivaju se kao krugovi raspršenja. Veličina ovih krugova se smanjuje kada je objektiv dijafragmiran, tj. Kada je relativni otvor smanjen, što dovodi do povećanja dubinske oštrine.
Međutim, kada dijafragma smanjuje svjetlosni tok uključen u formiranje slike, što zahtijeva povećanje vremena ekspozicije za normalno izlaganje filma. Najveći relativni otvor ATL / P (sa potpuno otvorenom dijafragmom) određuje odnos otvora objektiva. Otvor blende je jednak kvadratu odnosa
Projekcioni aparati. U aparatu za projekciju, objekat (slajd D) se nalazi na udaljenosti od zatvorenika u rasponu od
Pre objektiva, tako da na ekranu E nastaje stvarno uvećana obrnuta slika (Sl. 243). Linearno povećanje jednako odnosu veličine slike na veličinu objekta, a time i odnos pomoću objektiva formule (3) može se zapisati kao
Raste sa povećanjem udaljenosti od ekrana. Povećanje je veće, manja je žižna daljina objektiva.
Kondenzator K i ogledalo 3 služe za koncentriranje svjetlosnog toka od izvora do sočiva.
Sl. 243. Projekcioni aparati
Kondenzator se izračunava tako da se stvarna slika svjetlosnog tijela izvora koji je stvorio nalazi u rupi objektiva. Izvor se nalazi u centru zakrivljenosti sfernog ogledala.
Instrumenti za vizuelno posmatranje. Optički uređaji koji se koriste za vizuelno posmatranje imaju svoje karakteristike.
Prividna veličina ispitivanog subjekta određena je veličinom njene slike na mrežnjači, u zavisnosti od ugla pod kojim je subjekt vidljiv. Definicija kuta gledanja 0 je jasna sa sl. 244. Ugao gledanja ne može biti manji od određene minimalne vrijednosti, približno jednake 1, u protivnom oko ne može riješiti dvije točke, tj. Vidjeti ih odvojeno.
Ugao gledanja se može povećati približavanjem oka subjektu. For normalne oči ima smisla da se objekat približi ne više od 25 cm, tj. do udaljenosti najbolji pogled, najpogodniji za pregled detalja predmeta.
Na manjim udaljenostima, osoba sa normalan vid samo sa teškim prijemom vašeg oka. Ali ako postavite sočivo za sakupljanje (povećalo) ispred oka, onda predmetni predmet može biti značajno
Sl. 244. Kut gledanja
bliže oku i time povećati ugao gledanja. Omjer kuta gledanja pri promatranju objekta optički instrument do ugla gledanja, kada se posmatra golim okom na udaljenosti od najboljeg pogleda, naziva se povećanje instrumenta.
Magnifier Tok zraka kada se gleda objekt kroz lupu prikazan je na sl. 245. Objekt se nalazi ispred objektiva na udaljenosti manjoj od žižne daljine. Zrake iz bilo koje točke objekta nakon prelamanja u sočivu oblikuju snop divergentnih zraka, čiji se nastavak presijeca u jednoj točki, stvarajući virtualnu sliku. Ova slika se posmatra kao oko smješteno neposredno iza povećala.
Sl. 245. Tok zraka u petlji
Sa laganim kretanjem objekta u blizini fokusa, položaj imaginarne slike se značajno menja, a kada je objekat poravnat sa fokusom, on se obično uklanja u beskonačnost. Međutim, kutna veličina je 0 slika, kao što se može vidjeti na slici. 245, gotovo bez ikakvih promjena. Prema tome, položaj objekta praktično ne utiče na uvećanje povećala, već utiče samo na smještaj oka prilikom gledanja imaginarne slike. Lako je uočiti da je uvećanje povećala jednako omjeru udaljenosti najbolje vizije od žarišne duljine.
Povećalo sa žižnom daljinom od 10 cm daje povećanje sa žižnom daljinom od 5 cm
Mikroskop Mikroskop se koristi za velika uvećanja. Optički sistem mikroskopa (Sl. 246) sastoji se od kompleksnog objektiva sa objektivom sa žižnom daljinom od nekoliko milimetara i okulara sa žižnom daljinom od nekoliko centimetara. Objektiv stvara pravu obrnutu uvećanu sliku objekta koji se nalazi neposredno ispred fokusa objektiva. Srednja slika se gleda kroz okular, poput povećala. Za to je okular postavljen tako da se slika nalazi u njegovoj žarišnoj ravnini (ili na udaljenosti manjoj od fokalne ravnine).
Uvećanje leće gde je dužina cevi mikroskopa, pošto je srednja slika unutar cevi ispred okulara.Uvećanje okulara je kao u lupi. Ukupno uvećanje mikroskopa
Da bi odgovarao optičkom sistemu mikroskopa s okom promatrača, žarišna duljina okulara (za dano žižna daljina leća) treba odabrati tako da je prečnik paralelnog snopa zraka koji prolazi iz određene tačke objekta koji izlazi iz okulara jednak promjeru zjenice oka (ili dva do četiri puta manji nego kod promatranja svijetlih objekata). Ovo stanje nameće ograničenje dozvoljenog uvećanja mikroskopa, pri velikim uvećanjima, a postaje manji od prečnika zenice i osvetljenje slike na mrežnici se smanjuje.
Minimalna veličina delova objekta koji se može razlikovati u mikroskopu je posledica talasne prirode svetlosti: slika svetleće tačke ima oblik difrakcionog kruga. Kao rezultat, tačke objekta se ne mogu razlučiti, pri čemu je udaljenost između kojih je redoslijed svjetlosne valne duljine. Upotreba uvećanja preko YuOOh dovodi samo do povećanja veličine posmatranih difrakcijskih krugova i ne otkriva nove detalje objekta.
Sl. 246. Mikroskop
Kada se koristi povećalo i mikroskop, povećanje vidnog polja postiže se približavanjem objekta optičkom sistemu. Ali ponekad je nemoguće prići predmetu.
To je slučaj, na primer, kada posmatramo nebeska tela. Zatim pomoću velikog objektiva, nazvanog sočivo, dobijate pravu sliku uklonjenog tijela. Ova slika je mnogo manja od samog objekta, ali možete joj približiti oko i time povećati ugao gledanja. Tako ispada teleskop sa jednim objektivom. Ako se ova slika gleda pomoću povećala (naziva se okular), možete približiti svoje oko stvarnoj slici udaljenog objekta i time dodatno povećati kut gledanja.
Tok zraka u najjednostavnijem teleskopu s dva objektiva prikazan je na sl. 247. Iz svake tačke udaljenog objekta dolazi praktično paralelni snop zraka, koji daje sliku ove tačke u žarišnoj ravni leće. Kako se oko ne bi opteretilo oko, fokusna ravnina lupe (okular) je obično poravnana sa žarišnom ravninom sočiva.
Sl. 247. Tok zraka u teleskopu
Zatim paralelni snop svetlosti koji pada na sočivo ostavlja okular isto tako paralelno.
Neka predmet bude vidljiv golim okom pod uglom c. Odnos ugla pod kojim je objekat vidljiv u teleskopu pod uglom naziva se uvećanje teleskopa. Od sl. 247 da je ovo uvećanje jednako odnosu fokalnih dužina sočiva i okulara
Za veliko uvećanje, potreban vam je objektiv dugog fokusa i okular kratkog fokusa. Smanjenjem žižne daljine okulara može se postići veće uvećanje sa ovim objektivom.
Teleskop za normalno uvećanje. Međutim, nije uvijek neophodno težiti samo da se postigne veliko povećanje. Ovo se preporučuje samo kada uzmemo u obzir svetli objekat koji emituje mnogo svetla. U slučaju slabo osvetljenih objekata, zahtjevi su različiti. Pretpostavimo da ne razmatramo tačkasta tela, kao što su zvezde, već proširene, kao što je površina planete. Potrebno je da osvetljenje slike dobijene na retini bude što je moguće veće.
Lako je biti siguran da osvetljenje slike proširenog objekta kada se gleda kroz teleskop ne može biti veće nego kada se posmatra golim okom. U stvari, ako je uvećanje teleskopa jednako then, onda je površina slike na mrežnjači nekoliko puta veća nego kada se posmatra bez teleskopa. Koliki je maksimalni svjetlosni tok koji može doći u oči s tim povećanjem? Prečnik paralelnog snopa koji ulazi u oko ne može biti veći od promjera zjenice oka, te se, kao što se može vidjeti iz slike br. Snop 248 koji ulazi u oko ispred teleskopa ne može imati veći promjer jer je svjetlosni tok proporcionalan kvadratu promjera snopa, kada se gleda kroz teleskop,
protok može da raste više od puta u poređenju sa opažanjem golim okom. Dakle, površina slike na mrežnjači i svjetlosni tok koji se inficira na ovom području raste za jedan faktor, a ako se gubitak svjetlosti tijekom refleksije i apsorpcije u lećama može zanemariti, tada se osvjetljenje slike ne mijenja.
Sl. 248. Definiciji svjetlosnog toka koji ulazi u oko posmatrača
Iz gore navedenog zaključka, jasno je da za dobijanje datog povećanja G, objektivni objektiv određenog prečnika koji prelazi prečnik zjenice oka treba koristiti G puta. Ako uzmete sočivo većeg promjera, onda dio svjetlosnog toka koji sakuplja, kao što se može vidjeti iz sl. 249, jednostavno neće ući u oči. Ako uzmemo sočivo manjeg promjera, a zatim istim povećanjem, svjetlosni tok koji ulazi u oko će se smanjiti i osvjetljenje slike će postati manje. Isto se može formulisati na drugačiji način: za objektiv određenog prečnika, bez obzira na žižnu daljinu, postoji određeno optimalno uvećanje, koje se naziva normalnim. Ovo je najveće uvećanje na kome se dobija slika maksimalno mogućeg osvetljenja.
Sl. 249. Do definicije normalnog povećanja
Tako teleskop i oko posmatrača formiraju jedinstven sistem, čiji svi elementi moraju biti međusobno usklađeni. To se uvijek uzima u obzir pri projektiranju optičkih uređaja. Na primer, ako želimo da se naočale sa desetostrukim povećanjem, onda prečnik objektiva mora biti 10 puta veći od prečnika zenice oka. Ako uzmemo prosječni promjer zenice jednak 5 mm, onda bi leća trebala biti promjera 5 cm.
Prečnik zjenice oka nije konstantan; On se kreće od 6-8 mm u ukupnom mraku do 2 mm pri jakom dnevnom svjetlu. Stoga, kada radite sa teleskopom koji ima određeni prečnik sočiva, na primer 200 mm, uvek treba uzeti u obzir situaciju koja određuje veličinu zenice oka. Ako se primeti slab objekat u tamnoj noći kada zenica ima prečnik od najmanje 6 mm, poželjno je da odaberete okular tako da je povećanje teleskopa jednako, ali kada se posmatra tokom dana kada je prečnik zenice oko 2 mm, preporučljivo je povećati.
tripling. Ako je žižna daljina a jednaka našem objektivu, onda je u prvom slučaju potreban okular sa žarišnom duljinom od cm, au drugom slučaju 3 cm.
Prilikom posmatranja proširenih objekata kroz teleskop, treba nastojati da se osigura da sva svjetlost iz objekta koji ulazi u sočivo pod različitim uglovima padne u zenicu oka. Za to oko treba biti na određenoj udaljenosti od okulara. U stvari, okular kao sakupljač objektiva daje stvarnu sliku oboda sočiva teleskopa. Budući da je u teleskopu uvijek ova slika P smještena gotovo u žarišnoj ravnini okulara (sl. 250). Očigledno je da će zrake koje padaju u sočivo pod različitim uglovima, proći unutar te slike. Ako se zadovolje stanje podudaranja teleskopa i oka, dovoljno je da se zjenica oka smjesti na mjesto gdje je P slika oboda tako da svi zraci padaju u oko.
Budući da je takva slika držača objektiva daleko iza okulara, gotovo je nezgodno koristiti ovu preporuku. Da bi se eliminisao ovaj nedostatak, u optički sistem teleskopa je uključena još jedna kolekcija objektiva, nazvana kolektiv. Nalazi se između objektiva i okulara u blizini srednje realne slike objekta. Bez promene uglovnog uvećanja celog sistema, ovaj objektiv dovodi sliku P nosača objektiva na okular i tako vam omogućava da postavite oko direktno iza okulara.
Sl. 250. Kada se posmatra kroz teleskop, oči treba postaviti blizu slike oboda P
Uloga takvog dodatnog sočiva svodi se na povećanje vidnog polja i u tom smislu je slično kondenzatoru aparata za projekciju. Strukturno, tim se obično postavlja u isti okvir s okulara.
Astronomski teleskopi daju obrnutu sliku. Zemaljski teleskopi su u osnovi slični astronomskim teleskopima, osim što moraju imati ispravnu sliku. Da biste okrenuli sliku, možete koristiti ili prizmu, kao u polju dvogled, ili dodatne leće.
Iskrivljenje perspektive i volumena slike. Prilikom posmatranja prostora u teleskopu sa velikim uvećanjem
postoji jaka distorzija perspektive: vidljive udaljenosti izgleda da su znatno smanjene u dubini. Objekti koji se nalaze na različitim udaljenostima izgledaju kao da su na istoj udaljenosti, a glomazni predmeti izgleda da su jako spljošteni. Iste distorzije su svojstvene fotografijama snimljenim objektivom dugog fokusa (telefoto objektiv).
Smisao trodimenzionalne prostorne scene uveliko se povećava kada se posmatra sa dva oka. To je zbog paralakse: jedno oko vidi objekte sa malo drugačije tačke od drugog. Dakle, u dvogledu na terenu, optičke osi dvije optičke cijevi koje ga formiraju pokušavaju se što je moguće više razbiti, „razbijajući“ ove osi uz pomoć prizmi. full reflection. Još veći efekat povećanja zapremine postiže se u stereo cevima, koje su u osnovi upareni periskopi.
Ograničenje normalnog uvećanja i difrakcije. Zbog talasne prirode svjetlosti, slika udaljene tačke u žarišnoj ravnini teleskopskog sočiva, kao što je već prikazano, ima oblik difrakcijske točke. Slike dve tačke u žarišnoj ravni leće mogu da se razreše ako ugao rastojanje između njih, kao što sledi iz formule (3) § 33, nije manje od onoga što treba da odaberete da povećate teleskop da biste u potpunosti iskoristili rezoluciju svog sočiva?
Neka je ugao rastojanje između dve udaljene tačke jednako graničnoj vrednosti koju objektiv teleskopa još uvek može rešiti. U teleskopu sa povećanjem G, ove tačke će biti vidljive pod uglom, da bi se ove tačke videle kao odvojene, ovaj ugao ne bi trebalo da bude manji od ugla koji oko može da reši. Dakle, odakle
Znak jednakosti u ovom izrazu odgovara normalnom uvećanju, pri čemu se najefikasnije koristi svjetlosni tok koji ulazi u objektiv teleskopa. Kod uvećanja manjeg od normalnog, kao što smo vidjeli, koristi se samo dio leće, što dovodi do smanjenja rezolucije. Upotreba uvećanja koja je veća od normalne je nepraktična jer se rezolucija cijelog sustava, određena granicom rezolucije objektiva, ne povećava, a osvjetljenje slike na mrežnici oka, kao što je prikazano gore, se smanjuje.
Ugaone veličine gotovo svih zvijezda su mnogo manje od razlučivih kutnih veličina čak i najvećih teleskopa. Dakle, slika zvijezde u žarišnoj ravnini teleskopskog sočiva se ne razlikuje od slike točkastog izvora svjetlosti i predstavlja difrakcijski krug. Međutim, prečnik ovog kruga je toliko mali da kada se koristi normalno uvećanje, on, kao i
zvezda, koja se ne razlikuje od tačkastog izvora svetlosti: veličina difrakcijske tačke na mrežnjači ne zavisi od toga da li se zvezda posmatra kroz teleskop ili direktno. Ako teleskop ne razlikuje zvezdu od tačkastog izvora, kakva je njegova prednost kada posmatra zvezde u poređenju sa golim okom?
Činjenica je da u teleskopu možete videti veoma slabe zvezde, uglavnom nevidljive golim okom. Pošto se veličina difrakcijske slike zvijezde na mrežnjači ne mijenja pri korištenju teleskopa, osvjetljenje ove slike je proporcionalno svjetlosnom toku koji ulazi u oko. Ali kada se koristi teleskop, ovaj potok je toliko puta veći od svjetlosnog toka koji prolazi kroz zenicu golim okom, koliko puta je površina otvora leće veća od područja zenice oka.
O rješavanju problema. U vezi sa širenjem svetlosnih zraka u različitim uslovima i formiranjem slika u optičkim sistemima, postoji mnogo različitih zadataka. Bez razmišljanja o ovom pitanju samo napominjemo da se njihovo rješenje u okviru geometrijske optike svodi na primjenu zakona refleksije i loma svjetlosti, na geometrijske konstrukcije putanje zraka, kao i na korištenje gore navedenih formula sfernog zrcala i tanke leće. U stvari, rešavanje takvih problema, po pravilu, ograničeno je na doslednu primenu određenih informacija iz geometrije. U nekim slučajevima opći fizički principi, kao što su razmatranja simetrije, reverzibilnost putanje zraka, Fermatov princip, itd., Mogu pomoći u njihovom rješavanju.
Osnove fotometrije. Iznad, bez detaljnog objašnjenja, više puta smo koristili energetske karakteristike svjetlosnog zračenja, kao što je osvjetljenje, svjetlosni tok. Njihova studija je predmet fotometrije.
Sl. 251. Efikasnost spektralne svetlosti (kriva vidljivosti)
Osnovni koncept ovde je fluks zračenja, tj. Ukupna snaga koju nosi elektromagnetno zračenje. Osetljivost oka nije ista na zračenje različitih talasnih dužina: ona je maksimalna u zelenom području spektra i postepeno se smanjuje na nulu kada se kreće na infracrveno (nm) i ultraljubičasto (nm) zračenje (Sl. 251). Snaga optičkog zračenja, procijenjena vizualnom senzacijom, naziva se svjetlosni tok F.
Izvor svetlosti se smatra tačkom ako šalje svetlost ravnomerno u svim pravcima i njene dimenzije su mnogo manje.
razdaljine na kojima se procenjuje njen efekat. Svjetlosni intenzitet izvora I mjeri se svjetlosnim fluksom koji se širi od izvora unutar čvrstog kuta jednog steradiana: Ukupni svjetlosni tok koji se širi u svim smjerovima (tj. U čvrstom kutu se odnosi na intenzitet svjetlosti)
Osnovna jedinica svetlosnih (fotometrijskih) vrednosti je jedinica intenziteta svetlosti kandele, to je intenzitet svetlosti određenog izvora, koji se uzima kao standard prema međunarodnom sporazumu. Jedinica lumena svjetlosnog toka je svjetlosni tok iz izvora jačine svjetlosti od 1 kandela, koji se širi u čvrstom kutu od 1 steradian.
Sl. 252. Osvjetljavanje površine stvoreno točkovnim izvorom
Osvjetljenje E površine je odnos svjetlosnog toka Φ, koji pada na određenu površinu, na površinu ovog područja: Jedinica osvjetljenja je lux. Osvetljenje je jednako jednom luksu, ako postoji jedan fluks lumena po kvadratnom metru ravnomerno osvetljene površine. Osvjetljenje površine koja se nalazi okomito na zrake od izvora (točka A na slici 252) obrnuto je proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora:
Osvjetljenje površine s kosim učinkom zraka (točka B na slici 252) ovisi o kutu upadanja a:
Ovdje a je udaljenost od izvora do točke promatranja - visina izvora iznad osvijetljene ravne površine. U slučaju nekoliko nezavisnih (nekoherentnih) izvora, osvjetljenje površine jednako je zbroju iluminacija koje stvara svaki izvor zasebno.
Za merenje osvetljenja koriste se specijalni uređaji - fotometri, čija se radnja može zasnivati na različitim fizičkim principima. Jedna od varijanti fotometra je fotoeksponometar, koji se koristi za određivanje ekspozicije prilikom fotografisanja.
Koja ograničenja valna priroda svetlosti nameće primenljivosti geometrijske optike?
Zašto se oštrina slike prvo povećava, a zatim počinje da se smanjuje do potpunog zamućenja i dobijanja ravnomerno osvetljenog ekrana u kameri obscura sa smanjenom veličinom rupe?
Na koji će prečnik otvora kamere oštrina slike biti najveća?
Dokazati da snop zraka koji izlazi iz jedne tačke nakon prelamanja na ravnoj granici više nije homocentričan.
Pod kojim uslovima se zrake koje prolaze kroz optički sistem mogu smatrati paraksijalnim?
Dokazati da je žarišna duljina konkavnog sfernog zrcala pola radijusa zakrivljenosti.
Objasnite zašto vidimo različite slike objekata u proizvoljnim zakrivljenim ogledalima (zapamtite “sobu smeha”), mada očigledno da ovdje nisu uključene paraksijalne zrake zraka. Šta je u ovom slučaju izazvalo geometrijsku distorziju slika?
Napravite kreiranje slika kreiranog objekta tanke lećeza različite položaje objekta u odnosu na sočivo i pobrinite se da izjave date u tekstu ovog paragrafa važe bez dokaza.
Objasnite zašto se pri dijafragmi objektiva kamere povećava dubina oštro prikazanog prostora?
Šta određuje maksimalno ostvarivo uvećanje optičkog mikroskopa?
Šta je normalan teleskop? Zašto, kada posmatramo proširene objekte, nepraktično je primenjivati povećanja više od normalnih?
Objasnite zašto je korišćenje optičkog sistema u osnovi nemoguće postići povećanje osvetljenosti posmatrane slike objekta.
Objasnite analogiju između kondenzatora projekcijskog aparata i kolektora teleskopskih leća.
Zašto se dubina polja smanjuje kada se gleda povećalom ili mikroskopom, tj. Objekti koji su skoro na istoj udaljenosti jasno su vidljivi u isto vrijeme? Zašto je u teleskopu ili dvogledu uočen suprotan efekat?
Zašto je perspektiva iskrivljena kada gledate kroz dvogled? Opišite i objasnite efekat "obrnutog" dvogleda kada ga gledate sa suprotne strane.
Zašto možete da vidite svetle zvezde u teleskopu čak i tokom dana? Razgovarajte o ovom pitanju sa stanovišta osvijetljenosti slike zvijezde i pozadine (plavo nebo).
Pokažite da formule (10) i (11) za površinsko osvjetljenje direktno slijede definicije osvjetljenja, svjetlosnog toka i intenziteta svjetlosti.
Pretpostavimo da je svetlosna tačka koja leži na glavnoj osi sočiva veoma udaljena od sočiva long distance. U ovom slučaju, zrake koje padaju na sočivo imaju tendenciju da postanu paralelne sa njegovom glavnom osi. Videli smo u § 88 da će nakon prelamanja leće ove zrake biti sakupljene u fokusu sočiva. U formuli (89.6), kada je izvor uklonjen na velikoj udaljenosti, količina teži nuli, a mi dobijamo
to jest, možemo reći da je fokus slika “beskonačno udaljene” tačke.
Primjer gotovo beskonačno udaljenog izvora je bilo koje nebesko tijelo. Shodno tome, slike zvijezda, Sunca, itd. Će biti u fokusu objektiva. Zemljani izvori svjetlosti dovoljno daleko od sočiva također daju sliku u fokusu.
Pretpostavimo sada da je slika određene tačke uklonjena na veoma velikoj udaljenosti, tj. Snop svetlosnih zraka izlazi iz sočiva, paralelno sa glavnom osi. U ovom slučaju, kao što smo vidjeli u § 88, izvor bi trebao biti u prednjem fokusu objektiva (Sl. 196). Ovaj zaključak slijedi iz formule (89.6). Zaista, uz pretpostavku da je slika u beskonačnosti, dobijamo; dok je udaljenost izvora od objektiva jednaka žižnoj daljini:.
Različiti objektivi se međusobno razlikuju po rasporedu središta sferičnih površina koje ih formiraju, njihovih radijusa i indeksa prelamanja supstance iz koje su izrađene leće. Na sl. 198 predstavlja šest glavnih tipova objektiva.
Sl. 198. Različite vrste objektiva. Ako se materijal leće lomi jače od okoline, onda se tipovi a, b, c - sakupljaju; tipovi g, d, e - raspršenje.
Ako se paralelni zraci nakon prelamanja u objektivu konvergiraju, stvarno se sijeku u nekoj točki koja leži na drugoj strani sočiva, onda se leća naziva konvergirajuća ili pozitivna (Sl. 199 a). Ako paralelni zraci nakon prelamanja u leći postanu divergentni (Sl. 199, b), onda se leća naziva rasipanje ili negativno. U slučaju difuznog sočiva u fokusu, ne prelaze se prelomljeni zraci, već njihovi imaginarni nastavci; u ovom slučaju fokus leži na istoj strani sočiva, odakle paralelni zrak zraka pada na sočivo. U ovom slučaju žarišta se nazivaju imaginarnim (Sl. 199, 6).
Sl. 199. Stvarni fokus sabirne leće (a) i imaginarni fokus difuznog objektiva (b)
Tipično, materijal objektiva se lomi jače od okoline (na primjer, staklena sočiva u zraku). Zatim su sakupljave leće koje se od ruba do sredine zgusnu - bikonveksne i plano-konveksne leće i pozitivni meniskus (konkavno-konveksni objektiv; sl. 198, a-c). Rasprskavajuća sočiva su leće koje postaju tanje prema sredini: bikonkave, ravne konkavne i negativne meniskus (konveksno-konkavne leće; 198, d - e). Ako se materijal leće lomi slabije od okoline, tj. Relativnog indeksa prelamanja, onda će, suprotno, leće a, b, c (slika 198) biti raspršene, a leće g, g, e će se sakupiti. Takva sočiva se mogu dobiti, na primer, formiranjem u vodi sa dva satna stakla, zalivena voskom, vazdušnom šupljinom odgovarajućeg oblika (Sl. 200).
Sl. 200. Biconvex leće: a) staklo u vazduhu - sakupljanje; b) zrak u vodi - rasipanje
Pređimo na razmatranje svetlosnih tačaka koje se nalaze na konačnoj udaljenosti od sočiva. Uvijek ćemo razmotriti izvore koji se nalaze s lijeve strane objektiva. Što se tiče slika, ovisno o vrsti objektiva i položaju izvora u odnosu na njega, slika može biti na desnoj ili lijevoj strani objektiva. Ako slika leži desno od sočiva, to znači da je formirana konvergentnim snopom zraka (Sl. 201, a), tj. Zrake koje zapravo prolaze kroz tačku. Slika se u ovom slučaju zove validna. Može se dobiti na ekranu, fotografskoj ploči, itd. Nakon što smo obnovili tok zraka koji su doveli do formiranja slike, uvijek možemo pronaći lokaciju izvora, iako je to u praksi obično povezano s nekim poteškoćama.
Pretpostavimo sada da slika leži levo od sočiva, tj. Na istoj strani kao i izvor. To znači da se snop zraka koji se diže od izvora, nakon prelamanja u sočivu, još više divergentan, i samo se imaginarni nastavci lomljenih zraka sijeku u točki (Sl. 201, b). Slika se u ovom slučaju naziva imaginarna.
Sl. 201. Izvor i stvarna slika leže na različitim stranama objektiva (a); imaginarna slika je na istoj strani objektiva kao izvor (b)
Termin "imaginarna slika" ukorijenjen u optici može dovesti do nekih nesporazuma. U stvarnosti, naravno, ne postoji ništa "imaginarno". Značajka imaginarnih slika je da se ne mogu dobiti direktno na ekranu, fotografskoj ploči, itd. Na primjer, ako postavite vrlo mali ekran u tačku (Sl. 201, b) Ako glavni dio zraka ne ometa objektiv, onda nećemo dobiti svjetlosnu točku na njemu. Međutim, divergirajući zrak zraka, čiji se imaginarni nastavci sijeku u imaginarnoj slici, nema ništa „imaginarno“ u sebi. Ovaj snop se može pretvoriti u konvergentni zrak ako se pravilno postavljena sakupljačka leća postavi na putanju. Tada ćemo na ekranu ili fotografskoj ploči imati pravu sliku svjetlosne točke (Sl. 202), koja se istovremeno može promatrati kao slika „imaginarne točke“.
Uloga takvog sočiva za prikupljanje također ispunjava ljudsko oko; na fotosenzitivnoj ljusci oka - sakupljaju se retine - zrake koje se razlikuju od izvora svetlosti. Snop divergentnih zraka, bilo da dolaze iz pravog tačkastog izvora ili iz njegove imaginarne slike, može se sakupiti optičkim sistemom oka u jednoj tački mrežnice. U svakodnevnom životu, posmatrač stiče naviku da automatski obnavlja tok zraka koji je dao sliku na mrežnici i određuje lokaciju izvora. Kada se divergirajući zrak zraka (sa apeksom) uvlači u oko, prikazan na sl. 202, onda, „obnavljajući“ mesto odakle potiču ovi zraci, nalazimo se u izvoru i izvoru, iako je u stvarnosti u ovom trenutku izvor kućni ljubimac. Ovaj imaginarni izvor je ono što nazivamo "imaginarnom" slikom točke.
Sl. 202. Transformacija divergirajućeg snopa zraka u konvergentni uz pomoć pomoćnog sakupljačkog leća (na primjer, oko)
Pomoću formule (89.6) lako je vidjeti kako se položaj slike mijenja kako se izvor kreće duž glavne optičke osi (vidi vježbe 31, 32 na kraju ovog poglavlja).
Slike u objektivu karakteriziraju tri parametra:
Povećano imaginary
direktna slika
- Veličina:
- Reduced slika objekta u sočivu se dobija kada su njene linearne dimenzije manje od dimenzija izvora;
- Povećano slika objekta u objektivu se dobija kada su njene linearne dimenzije veće od dimenzija izvora;
- Slika realne veličine dobiva se u slučaju kada se njena veličina poklapa s veličinom izvora svjetlosti
Slika u objektivu za prikupljanje je smanjena samo kada je izvor na udaljenosti većoj od dvostruke žižne daljine. Zato, ako pogledate “okolnu stvarnost” kroz povećalo, ova stvarnost će se pojaviti naopako i smanjiti.
Dakle, d> 2f njegova slika će se smanjiti (važeći i obrnuti).
Ako donesemo predmet kolektivna lećatada će njegova slika postepeno rasti i u tom trenutku kada izvor postane dvostruka žižna daljina, slika će postati jednaka veličini samom izvoru.
Sa daljom aproksimacijom izvora, njegova slika će biti uvećana i postaje sve više i više dok subjekt ne padne u fokalnu ravan. U teoriji, slika u ovom trenutku postaje beskrajno velika i beskrajno je daleko.
Dakle, kada je subjekat na udaljenosti f Ako je njegova slika uvećana (stvarni i obrnuti).
Daljim približavanjem objekta objektivu - nakon njegovog prolaska kroz fokalnu ravan - slika više ne može rasti, jer je tako beskrajno velika i počinje da se smanjuje. Istovremeno, stvarna postaje imaginarna, ali i dalje proširena. Tek kada objekt dosegne glavnu optičku ravninu (ravninu sočiva), slika se uspoređuje s veličinom objekta.
Dakle, kada je subjekat na udaljenosti d f, njegova slika je uvećana (imaginarni i direktni).
- Orijentacija:
- Direct Slika objekta se dobija kada je njena orijentacija sačuvana (vrh ostaje naviše, desno, desno). Prilikom izgradnje slike na ravnini, objekat i njegova slika moraju biti na jednoj strani glavne optičke osi;
- Inverted; slika objekta se dobija kada se promijeni njegova orijentacija (vrh postaje dno, desno - lijevo). Kada se gradi na ravnini, objekat i njegova slika moraju biti locirani na različitim stranama od glavne optičke osi sočiva.
Reduced valid
naopako image
Direktna slika u objektivu za prikupljanje je slika koja se može opaziti, na primjer, pomoću povećala. Takva slika se dobija ako se objekat nalazi između ravnine sočiva (glavne optičke ravnine) i fokusa (žarišne ravnine). Istovremeno, slika se povećava. Zapravo, leća za sakupljanje čestica se često naziva povećalo.
I tako: Direktna slika tačke u objektivu za prikupljanje se dobija kada je točka na udaljenosti d f - između glavnih optičkih i žarišnih ravnina - između objektiva i fokusa. Istovremeno, ona je proširena i imaginarna.
Ako se objekat ukloni sa sočiva na udaljenosti većoj od žižne daljine, tada se slika obrće i, prema tome, postaje invertirana.
Dakle, slika na udaljenosti d > f naopako (i važeće). Može se smanjiti ili povećati (vidi gore).
Povećano real
flipped image
- "Stvarnost":
- Valid slika se dobija u sočivu, ako se nalazi na preseku zraka koje izlaze iz izvora svetlosti;
- Imaginary ispada u objektivu, kada se ne sijeku same zrake (linije po kojima se širi energija zračenja), ali se zrake nastavljaju;
Real image - Ovo je, na primjer, slika filma na filmskom platnu. Svaka tačka filma je tačkasti izvor svetlosti, slika sa koje je presek izlaznih zraka od izvora. Pri prolasku kroz sakupljajuću leću stvarna slika se dobija kada je subjekat na udaljenosti većoj od fokusa: d > f
. U isto vrijeme, uvijek je invertiran i može biti veći ili manji (vidi gore).
Zamišljena slika se dobija ako se izvor nalazi bliže objektivu nego fokus: d f. U ovom slučaju, zrake koje izlaze iz bilo koje točke ne mogu se presijecati pri prolasku kroz sočivo, ali se njihova proširenja sijeku.
Prilikom prolaska kroz sočivo, zrake se mogu lomiti na različite načine i ovisno o tome gdje se izvor svjetla nalazi, njegova slika se može razlikovati. Na primer, slika objekta koji je između glavnog fokusa i glavne optičke ravni leće za prikupljanje biće ravna, imaginarna i uvećana. Istovremeno se ne mogu dobiti neke kombinacije slika. Na primjer, u objektivu za prikupljanje, stvarna slika je uvijek obrnuta, a imaginarna slika se nikada ne smanjuje.
Sposobnost određivanja tipova slika dobijenih u objektivima različitih tipova - jedna od vještina testiranih na ispitu
Zadatak:
Interaktivna vježba se sastoji od 8 dijelova u kojima je potrebno:- Sposobnost položaja tačkastog izvora svetla da odredi gde se nalazi slika;
- Odredite tip slike dobijene u objektivu sa pozitivnom optičkom snagom.
Da biste dovršili zadatak, morate kliknuti na dva odgovarajuća elementa slike ili tablice.
Preuzimanje vježbe
Autori interaktivnih vježbi, označeni znakom © CC-BY-SA, su osobe naznačene na sajtu. Interaktivne vježbe se distribuiraju pod licencom Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0
Attribution-ShareAlike (po-sa) - Licenca "Sa atribucijom - Copileft." Ova licenca dopušta drugima da recikliraju, koriguju i razvijaju rad, čak iu komercijalne svrhe, podložno atribuciji i licenciranju izvedenih radova pod sličnim uslovima. Ova licenca je licencirana za kopiranje. Svi novi radovi zasnovani na licenciranoj licenci će imati sličnu licencu, tako da će se svi derivati moći mijenjati i koristiti u komercijalne svrhe. Prilikom reprodukcije radova distribuiranih na osnovu ove licence, link na stranicu je obavezan!
Vježba ažurirana 19.06.2013
Pitanja za samokontrolu:
- Koje vrste slika može dati objektiv za prikupljanje?
- U veličini
- Po orijentaciji,
- Prema "stvarnosti"?
- Pod kojim uslovima će se slika subjekta proširiti?
- Može li povećalo dati smanjenu sliku?
- U kom slučaju je slika i njen izvor iste veličine?
- Kada nedostaje slika u objektivu za prikupljanje i zašto?
- Koja je razlika između stvarne i imaginarne slike objekta u optičkom instrumentu?
- Da li je moguće dobiti imaginarnu i obrnutu sliku sa jednim objektivom?
Imaginarna slika
Optička slika - slika dobijena kao rezultat prolaska kroz optički sistem svjetlosnih zraka koje se šire od objekta i reproducira njegove konture i detalje.
U praksi često menjaju razmeru slike objekata i projektuju ih na bilo kojoj površini.
Usklađenost sa nekim objektom se postiže kada je svaka njena točka predstavljena tačkom, barem približno. U ovom slučaju postoje dva slučaja: realna slika i imaginarna slika.
- Real image stvoren je kada se, nakon svih refleksija i refrakcija, zrake koje izlaze iz jedne tačke objekta skupljaju u jednu tačku.
Stvarna slika se ne može videti direktno, ali možete videti njenu projekciju tako što ćete jednostavno postaviti difuzni ekran. Stvarno se stvara takvim optičkim sistemima kao što je objektiv (na primjer, filmski projektor ili kamera) ili jedan pozitivni objektiv.
- Imaginarna slika - onaj koji se može videti okom. Istovremeno, svaka tačka objekta odgovara snopu zraka koji izlaze iz optičkog sistema, koji bi, ako bi se nastavili natrag pravim linijama, konvergirali u jednoj točki; pojavljuje se izgled da greda dolazi odatle. Virtuelnu sliku stvaraju takvi optički sistemi kao što su dvogled, mikroskop, negativna ili pozitivna sočiva (povećalo) i ravno ogledalo.
U svakom realnom optičkom sistemu, aberacije su neminovno prisutne, zbog čega se zraci (ili njihovi nastavci) idealno ne konvergiraju u jednoj tački, štaviše, što je moguće bliže ne odgovaraju tačno tamo gde je to potrebno. Slika je pomalo mutna i geometrijski nije potpuno slična subjektu; mogući su i drugi nedostaci.
Snop zraka koji se divergira iz jedne tačke ili konvergira u njemu naziva se homocentričan. Odgovara sfernom light wave. Zadatak većine optičkih sistema je da transformišu divergentne homocentrične zrake u homocentrične, stvarajući na taj način imaginarnu ili realnu sliku, najčešće na različitoj skali u odnosu na subjekt.
Stigmatska slika (od starogrčkog στίγμα - ubod, ožiljak) - optička slika, čija točka odgovara jednoj tački objekta prikazanog optičkim sistemom.
Stigmatska slika nije nužno geometrijski slična predmetu koji se prikazuje, ali ako je sličan, takva se slika naziva idealnom. To je moguće samo pod uslovom da su sve aberacije odsutne ili eliminisane u optičkom sistemu, te da je moguće zanemariti valna svojstva svjetlosti. Optički sistem koji stvara idealnu sliku naziva se idealnim optičkim sistemom. Idealno se može približno smatrati centriranim sistemima u kojima se slika dobija monohromatskim i paraksijalnim snopom svjetlosti.
Napomene
Literatura
- Fizička enciklopedija, T. II. M., "Sovjetska enciklopedija", 1990. (članak "Optička slika".)
- Yavorsky B. M., Detlaf A. Handbook of physics. - M: "Nauka", Ed. firma "Fiz.-mat. lit. ”, 1996.
- Sivukhin D.V. Opšti kurs fizike. Optika M., "Science", 1985.
- Volosov D.S. Fotografska optika. M., "Umjetnost", 1971.
Vidi takođe
Wikimedia Foundation. 2010
Pogledajte šta je "imaginarna slika" u drugim rječnicima:
- (vidi OPTIČKO SLIKA). Fizički enciklopedijski rječnik. M: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983. IMPRESSIVE IMAGE ... Physical Encyclopedia
Veliki enciklopedijski rječnik
IMAGINABLE IMAGE - vidi ... Velika Politehnička Enciklopedija
Pogledajte Optička slika. * * * IMAGINABLE IMAGE IMAGINABLE IMAGE, pogledajte. Slika optički (vidi OPTIČKA SLIKA) ... Enciklopedijski rečnik
imaginarna slika - menamasis vaizdas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. prividna slika; virtualna slika vok. scheinbares Bild, n; virtuelles Bild, n rus. imaginarna slika, n pranc. image virtuelle, f ... Fizikos terminų žodynas
Objekat (percipiran okom kao objekt) formira se presjecima geometrijskih nastavaka svjetlosnih zraka koji prolaze kroz optički sustav u smjerovima suprotnim stvarnom tijeku tih zraka. Za detalje pogledajte sliku ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Pogledajte optičku sliku ...
OPTIČKA SLIKA, slika objekta pomoću optičkog uređaja. Stvarna slika se formira skupom tačaka na kojima konvergiraju zrake svjetlosti koje prolaze kroz optički uređaj. Kroz tačke koje formiraju imaginarnu sliku, ... ... Naučni i tehnički enciklopedijski rečnik
Slika objekta dobijenog djelovanjem optičkog. sistem na svetlosnim zracima emitovanim ili reflektovanim od objekta. Acting reproducira konture i detalje objekta sa određenim distorzijama (aberacije optičkih sistema). Razlikujte valjane. i ... ... Prirodne nauke. Enciklopedijski rečnik
Optička slika Slika dobijena kao rezultat prolaska kroz optički sistem svjetlosnih zraka koje se šire od objekta i reproduciraju njegove konture i detalje. U praksi često mijenjaju razmjere slike objekata i ... ... Wikipedia