Slika iza objektiva s dvostrukim fokusom. Stvarna slika
Pravila praćenja zraka za tanke leće formulirana u prethodnom odjeljku vode nas do najvažnije tvrdnje.
Teorem o slici. Ako postoji svjetlosna točka S ispred leće, onda nakon prelamanja leće, svi zrake7 (ili njihova proširenja) sijeku se u jednoj točki S0.
Točka S0 naziva se slika točke S.
Ako se u točki S0 lomljeni zraci sami sijeku, tada se slika naziva stvarnom. Može se dobiti na ekranu, budući da je energija svjetlosnih zraka koncentrirana u točki S0.
Ako se u točki S0 lomljeni zrake sami ne presijecaju, nego njihova produženja (to se događa kada se prelijevaju zrake odstupaju nakon leće), tada se slika naziva imaginarna. Ne može se dobiti na zaslonu, budući da se u točki S0 ne koncentrira energija. Zamišljena slika, prisjećamo se, nastaje zbog osobitosti našeg mozga da dovršimo divergentne zrake na njihovo imaginarno raskrižje i da vidimo svjetlosnu točku na tom raskrižju. Imaginarna slika postoji samo u našem umu.
Teorem slike služi kao osnova za konstruiranje slika u tankim lećama. Dokazat ćemo ovaj teorem kako za prikupljanje tako i za difuzornu leću.
4.6.1 Prikupljanje objektiva: slika stvarne točke
Prvo razmotrite sakupljajuću leću. Neka je udaljenost od točke S do leće, f je žarišna duljina leće. 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 svjetlosti S nalazi se dalje od leće od lijeve žarišne ravnine (sl. 4.39).
Sl. 4.39. Slučaj a\u003e f: stvarna slika točke S |
SO zraka koja prolazi kroz optičko središte se ne lomi. Uzmemo proizvoljnu zraku SX, konstruiramo točku S0 kod koje se lomljena zraka siječe s zrakom SO, a zatim pokažemo da položaj točke S0 ne ovisi o izboru zraka SX (drugim riječima, točka S0)
7 Ponovno podsjetite 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.
ista je za sve vrste SX zraka). Tako se ispostavilo da se sve zrake koje izlaze iz točke S, nakon prelamanja u leći, sijeku u točki S0, a teorem o slici će se dokazati za razmatrani slučaj a\u003e f.
Točku S0 nalazimo konstruiranjem daljnjeg tijeka snopa SX. To možemo učiniti: paralelno sa SX zrakom, vodimo incidentnu optičku osu OP na sjecište s fokalnom ravninom u
bočni fokus P, nakon čega slijedi prelamanje zrake XP na sjecište s zrakom SO u točki S0.
Sada ćemo tražiti udaljenost b od točke S0 do leće. Pokazujemo da se ta udaljenost izražava samo kroz a i f, to jest, određena je samo pozicijom izvora i svojstvima leće, te stoga ne ovisi o određenoj SX gredi.
Spuštamo okomice SA i S0 A0 na glavnu optičku os. Također ćemo provoditi SK paralelno s glavnom optičkom osi, tj. Okomito na leću. Dobivamo tri para sličnih trokuta:
SAO SO AO; | |
SXS0 OP S0; | |
Kao rezultat toga, imamo sljedeći lanac jednakosti (broj formule iznad znaka jednakosti označava iz kojeg je par sličnih trokuta dobivena ta jednakost).
AO (4.6) SO | (4.7) SX | (4.8) SK | |||||||||||||||||
Ali AO = SK = a, OA0 = b, OF = f, tako da se odnos (4.9) prepisuje kao:
Kao što vidimo, to stvarno ne ovisi o izboru SX zraka. Prema tome, bilo koja SX zraka nakon prelamanja u leći proći će kroz točku S0 koju smo konstruirali, a ova točka će biti stvarna slika izvora S.
U ovom je slučaju dokazan teorem o slici.
Ovo je praktični značaj teorema o slici. Ako se svi zraci izvora S presijecaju iza leće u jednoj točki njezine slike S0, onda je za izgradnju slike dovoljno uzeti dva najpogodnija zraka. Koji?
Ako izvor S ne leži na glavnoj optičkoj osi, onda su prikladne grede prikladne za sljedeće:
greda koja prolazi kroz optičko središte leće nije prelamana;
snop paralelan glavnoj optičkoj osi nakon prelamanja, prolazi kroz fokus. Konstrukcija slike korištenjem ovih zraka prikazana je na slici 3. 4.40.
Sl. 4.40. Izgradnja slike točke S, koja ne leži na glavnoj optičkoj osi |
Ako točka S leži na glavnoj optičkoj osi, tada prikladni snop ostaje samo jedan uzduž glavne optičke osi. Kao druga zraka, treba uzeti “nezgodno” (sl. 4.41).
Sl. 4.41. Izgradnja slike točke S koja leži na glavnoj optičkoj osi
Pogledajmo opet izraz (4.10). Može se pisati u nešto drugačijem obliku, više
slatka i nezaboravna. Prvo pomaknite jedinicu ulijevo: | ||||||||||||||
Sada dijelimo obje strane ove jednakosti na: | ||||||||||||||
Odnos (4.12) naziva se tanka formula (ili jednostavno formula leća). Do sada je dobivena formula leća za slučaj sakupljanja leće 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 teorem 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 točku M segmenta SA, slika će biti na istoj udaljenosti b od leće. Leži na segmentu S0 A0, na sjecištu segmenta S0 A0 s MO zrakom, koji prolazi kroz leću bez refrakcije. Posebno, slika točke A je točka A0.
Stoga smo ustanovili važnu činjenicu: slika segmenta SA je segment S0 A0. Od sada, izvorni segment, čija nas slika zanima, nazivamo objekt i u crtežima označavamo crvenu strelicu. Trebat ćemo smjer strelice kako bismo slijedili ravnu ili obrnutu sliku.
4.6.2 Skupljanje objektiva: stvarna slika stavke
Prijeđimo 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 s 2F). Iz formule leće slijedi da će u ovom slučaju b\u003e 2f biti (zašto?).
Sl. 4.42. f< a < 2f: изображение действительное, перевёрнутое, увеличенное |
Takva se situacija ostvaruje, na primjer, u grafoskopima i filmskim kamerama, ovi optički uređaji daju uvećanu sliku na zaslonu onoga što je na filmu. Ako ste ikada prikazali slajdove, tada znate da je slajd potrebno umetnuti u projektor naopako tako da slika na zaslonu izgleda ispravno, ali ne radi naopako.
Omjer veličine slike i veličine objekta naziva se linearno povećanje objektiva i označava se (to je glavni grčki "gama"):
A 0 B 0: AB
Iz sličnosti trokuta ABO i A0 B0 O dobivamo:
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 povećanje objektiva 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, poput pojave sjena i formiranja slika u optičkim uređajima. To vam omogućuje da relativno lako vidite prolaz svjetla kroz bilo koji optički sustav i daje
sposobnost rješavanja širokog raspona praktično važnih zadataka jednostavnim sredstvima.
Međutim, za rješavanje suptilnijih pitanja, poput raspodjele svjetla u blizini fokusa ili razlučivosti optičkih instrumenata, potrebno je ići dalje geometrijska optika i uzimajući u obzir valnu prirodu svjetla. Kao što je zabilježeno u § 33, slika udaljene zvijezde u žarišnoj ravnini leće teleskopa nije točka, već difrakcijska točka.
Geometrijska optika i valna svojstva svjetlosti. Prema konceptu geometrijske optike, slika točke objekta je sjecište snopa zraka. Međutim, u blizini ove točke presijecanja, zakrivljenost površine vala postaje toliko značajna da se više ne može smatrati ravnom na udaljenostima reda valne duljine. U blizini takvih točaka, uvjeti primjenjivosti geometrijske optike očito nisu ispunjeni: svjetlosni tok se ne može sakupiti u jednu točku, jer bi to dovelo do beskonačno velikog osvjetljenja, što se u stvari ne događa.
Kamera obscura. U kojoj mjeri valna svojstva svjetla iskrivljuju predviđeno geometrijska optika Na slici možete vidjeti primjer najjednostavnijeg optičkog uređaja - kamere obscure.
Uzorna naprava je shematski prikazana na slici. 233. To je kutija s malom rupom u jednom od zidova. Djelovanje kamere obscure, kao i postojanje oštrih sjena od neprozirnih objekata s malim izvorom svjetla, činjenice su koje ukazuju na pravocrtno širenje svjetla u homogenom mediju.
Međutim, osnovni zakon geometrijske optike - pravocrtno širenje svjetla - vrijedi samo za široke, strogo govoreći, nevezane svjetlosne 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 promjera rupe za dobivanje najoštrije slike udaljenih objekata na ekranu je potraga za određenim kompromisom između valne i geometrijske optike. Ako bi se svjetlo stvarno pokorilo zakonima geometrijske optike, onda bi zadatak bio trivijalan: što je rupa manja, to je slika oštrija. Zapravo, udaljeni objekt može se mentalno podijeliti na odvojene elemente i svaki se element može smatrati točkovnim izvorom. Rupa u prednjem zidu fotoaparata reže snop zraka od izvora koji pada na zaslon. Snop zraka iz daljinskog
Ali je nemoguće ograničiti rupu neograničeno ne samo zato što to smanjuje svjetlosni tok i, posljedično, osvjetljenje slike, već i zato što prije ili kasnije valna priroda svjetla počinje utjecati. Difrakcija svjetla na rupi dovodi do zamućenja slike. Ako smanjite otvor na veličinu usporedivu s valnom duljinom svjetla, slika će potpuno nestati i zaslon će postati gotovo ravnomjerno osvijetljen.
Procijenimo veličinu difrakcijske točke na zaslonu, koja se može smatrati slikom udaljenog točkastog izvora, u slučajevima kada je potrebno koristiti valnu optiku. To se može učiniti na isti način kao u § 33, gdje su procijenjene dimenzije difrakcijske slike zvijezde u teleskopu. Prema formuli (1) iz § 33, za difrakcijski kut 0, tj. Smjer prema rubu središnje difrakcijske točke, imamo
gdje je promjer pinhole kamere. Ovaj kut određuje linearnu dimenziju difrakcijske točke na zaslonu kamere obscure. Ako je udaljenost od rupe do zaslona
Očigledno je da bi se veličina rupe trebala smanjiti samo dok veličina difrakcijske točke ne bude jednaka veličini slike dobivene u aproksimaciji geometrijske optike. Daljnje smanjivanje otvora dovodi samo do zamućenja slike, tj. Do pogoršanja oštrine.
Tako se najbolja oštrina slike postiže jednakom promjerom rupe 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 događaju ne samo zbog difrakcije. To je prvenstveno zbog kršenja homocentričnosti zraka zraka. Homocentričan se naziva snop zraka koji prolazi kroz jednu točku (sl.
234). Sve zrake iz pojedinih točaka objekta su homocentrične prije ulaska u optički sustav.
Kad se reflektiraju u ravnom zrcalu, zrake mijenjaju smjer, ali se homocentričnost greda čuva. Promatraču se čini da se zrake reflektiraju od izlaza zrcala iz jedne točke A, koja je simetrično smještena iza zrcala u točku A.
Sl. 234. Divergentne (a) i konvergentne (6) homocentrične grede
Nakon prolaska kroz optički sustav, svojstvo homocentričnosti greda se u pravilu gubi. To se događa 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 presijecaju se na različitim mjestima - u dva segmenta koji se pomiču duž zrake na određenu udaljenost. Talasne površine koje su pravokutne zrakama astigmatske grede imaju dvostruku zakrivljenost (različiti radijusi na slici 235), za razliku od homocentričnih zraka s površinama sfernih valova. Premda se, strogo govoreći, pri prolasku kroz optički sustav gubi svojstvo homocentričnosti grede, ona se približno očuva u važnom za praksu paraxijalnim snopovima zraka u centriranim optičkim sustavima, tj. Sustavima oblikovanim sferičnom refrakcijom i reflektirajućim površinama čiji centri leže na jednom pravac, nazvan optička os. Zrake zraka nazivaju se paraksijalne ako zrake tvore male kutove s optičkom osi i presijecaju površine na udaljenostima od osi koje su male u usporedbi s polumjerima zakrivljenosti površina. Prolazeći kroz optički sustav, paraksijalne zrake iz različitih točaka objekta oblikuju 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 sustavu
Sferno ogledalo. Paralelni snop zraka koji se pojavio na konkavnom sfernom zrcalu nakon refleksije sakupljen je u fokusu (Sl. 237a). Fokus je na sredini segmenta koji povezuje centar Na površini zrcala - optičkom središtu - a vrh P ogledala je pol. Žarišna duljina zrcala gdje je polumjer zakrivljenosti ogledala.
Za konstruiranje slike proizvoljne točke A u sfernom zrcalu, prikladno je koristiti sljedeće zrake (Sl. 2376):
Sl. 237. Ukošeno zrcalo
1) snop koji prolazi kroz optičko središte O; reflektirana zraka ide uzduž istog ravno nazad;
2) snop prolazi kroz fokus reflektiranog snopa je paralelan s optičkom osi;
3) snop je paralelan s optičkom osi; reflektirana zraka prolazi kroz fokus
4) snop koji pada na stup ogledala; reflektirana zraka je simetrična incidentu oko optičke osi
Udaljenost od objekta do zrcala i udaljenost od zrcala do slike odnose se na žarišnu duljinu omjerom
koja se naziva sferna formula zrcala.
Kada se objekt nalazi na udaljenosti od «s do slike, slika je zapravo obrnuta. Slika objekta koja se nalazi bliže fokusu, imaginarni izravni povećan. Nalazi se iza zrcala (sl. 231 c). Formula (1) vrijedi iu ovom slučaju, ako se udaljenost do imaginarne slike u njoj smatra negativnom
Paralelni zrak zraka koji pada na konveksno zrcalo odražava se kao da su sve zrake izvan fokusa (Sl. 238), koje se nalaze iza zrcala na udaljenosti
Sl. 238. Konveksno ogledalo
Na bilo kojem mjestu objekta, njegova slika u konveksnom ogledalu je zamišljena izravna reducirana i nalazi se iza zrcala (bliže fokusu).
Izraditi sliku koristeći zrake slične onima koje su navedene za konkavno zrcalo. Formula (1) vrijedi i za konveksno zrcalo, ako se njegova žarišna duljina smatra negativnom
Još jednom naglašavamo da formulirana pravila za konstruiranje slika vrijede samo za paraksijalne zrake. U širokom snopu, tri grede, koje međusobno tvore značajne kutove, ne presijecaju se u jednoj točki.
Leće. Glavna optička osa leće naziva se ravnom linijom koja prolazi kroz središta zakrivljenosti sfernih površina koje okružuju leću. Leće za prikupljanje u sredini su deblje nego na rubovima, raspršuju - naprotiv, tanje su u sredini (Sl. 239) kada je indeks loma materijala leće veći od okolnog okruženja. Leća se naziva tankom kada je njena debljina zanemariva u usporedbi s polumjerima zakrivljenosti njegovih površina i razmakom od objekta do leće. Istovremeno, sjecišta sfernih površina leće s optičkom osi (sl. 240a) toliko su blizu da se uzimaju kao jedna točka O, koja se naziva optičkim središtem leće.
Sl. 239. Skupljanje (a) i širenje (b) leća
Snop zraka zrake upadne na leću za skupljanje paralelno s optičkom osi skupljen je u fokusu leće (Sl. 240a). Žarišna duljina leće ovisi o radijusima njegove zakrivljenosti
refrakcijske površine i indeks loma materijala leće. Za bikonveksne leće izračunava se pomoću formule
Pretpostavlja se da je leća u mediju s indeksom loma jedne (vakuum, zrak). Ako je jedna od površina ravna, njezin radijus zakrivljenosti
Sl. 240. (vidi skeniranje)
Za konveksno-konkavne leće, polumjer konkavne površine u formuli (2) treba smatrati negativnom.
žarišna duljina, nazvana optička snaga objektiva:
Optička snaga izražava se u dioptriji (dioptriji). Objektiv u 1 dioptriji ima žarišnu duljinu od 1 m.
Ako je snop zraka paralelan s optičkom osi usmjeren na objektiv s suprotne strane, on će se skupiti na točki i biti na istoj udaljenosti od leće ako je isti medij na obje strane objektiva.
Za izradu slike, prikladno je koristiti sljedeće zrake (Sl. 240b):
1) snop koji prolazi kroz optičko središte leće bez refrakcije;
2) snop je paralelan s optičkom osi; nakon prelamanja prolazi kroz fokus
3) snop zraka koji prolazi kroz prednji fokus F nakon prelamanja snopa paralelan je s optičkom osi.
Paralelni snop zraka koji padaju na leću pod kutom prema optičkoj osi skupljen je u točki koja leži u žarišnoj ravnini leće (Sl. 240c).
Razmak od objekta do leće i udaljenost od objektiva do slike odnose se na žarišnu duljinu istom formulom kao u slučaju sfernog zrcala:
Taj se omjer naziva formula objektiva.
Sl. 241. Difuzno sočivo
Ako je udaljenost do objekta veća od žarišne duljine leće, tada je slika zapravo obrnuta i nalazi se na drugoj strani leće (Sl. 2406). Ako je udaljenost do objekta manja od žarišne duljine, slika je izravna uvećana i nalazi se na istoj strani objektiva kao i objekt (slika 240g). Formula (3) vrijedi i za imaginarnu sliku, ako je udaljenost do nje negativna.
Zraka zraka paralelna s optičkom osi, zahvaćajući raspršujuću leću, diže se nakon prelamanja kao da zrake izlaze iz fokusa ispred objektiva (Sl. 241a).
Slika koju oblikuje raspršujuća leća, na bilo kojem položaju objekta, zamišljena izravna reducirana (slika 2416). žarišni
udaljenost leće za divergiranje izračunava se pomoću iste formule (2). Polumjeri zakrivljenosti konkavnih površina umetnuti su u znak minus, a za difuzornu leću dobiva se i optička snaga, a također je negativna. Položaj slike je prema formuli (3). Kao što daje, tj., Imaginarna slika se nalazi na istoj strani leće kao objekt.
Formiranje stvarne slike objekta skupljačkom lećom objašnjava princip uređaja i djelovanje mnogih optičkih uređaja, kao što su kamera, uređaj za projekciju itd.
Kamere. Slika snimljenih objekata u fotoaparatu (stvarno obrnuta, obično smanjena) stvara objektiv (Sl. 242).
Sl. 242. Kamera
Jedna leća ima kromatske i sferne aberacije, astigmatizam i druge nedostatke; stoga je leća sustav s više leća u kojem su određene aberacije ispravljene. Površine leća obložene su antirefleksnim slojem koji smanjuje gubitak svjetla 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) dobivaju se u ravnini filma. Fokusiranje se vrši pomicanjem objektiva. Slike točaka koje nisu u ravnini podizanja (točka B na slici 242) dobivaju se kao krugovi raspršenja. Veličina tih krugova se smanjuje kada se leća dijafragmira, tj. Kada se relativni otvor smanji, 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 (s potpuno otvorenom dijafragmom) određuje omjer otvora objektiva. Otvor je jednak kvadratu odnosa
Projekcijski uređaji. U aparatu za projiciranje, predmet (slajd D) se nalazi na udaljenosti od zatvorenika, u rasponu od
Prije objektiva, tako da na zaslonu E stvara stvarno povećanu obrnutu sliku (Sl. 243). Linearno povećanje jednako omjeru veličine slike prema veličini objekta, a time i omjeru korištenjem leće formule (3) može se zapisati kao
Raste s povećanjem udaljenosti od zaslona. Povećanje je veće, što je manja žarišna duljina leće.
Kondenzator K i zrcalo 3 koriste se za koncentriranje svjetlosnog toka iz izvora u leću.
Sl. 243. Projekcijski uređaji
Kondenzator se izračunava tako da se stvarna slika svjetlosnog tijela izvora koji je stvorio nalazi u rupici leće. Izvor se nalazi u središtu zakrivljenosti sfernog zrcala.
Instrumenti za vizualno promatranje. Optički uređaji koji se koriste za vizualna promatranja imaju svoje osobine.
Prividna veličina ispitivanog subjekta određena je veličinom njegove slike na mrežnici, ovisno o kutu pod kojim je subjekt vidljiv. Definicija kuta gledanja 0 je jasna sa Sl. 244. Kut gledanja ne može biti manji od određene minimalne vrijednosti, približno jednake 1, u protivnom oko ne može riješiti dvije točke, tj. Vidjeti ih odvojeno.
Kut gledanja može se povećati dovođenjem oka bliže subjektu. za normalne oči ima smisla približiti objekt ne više od 25 cm, tj. do udaljenosti najbolji pogled, najpogodniji za pregled detalja subjekta.
Na manjim udaljenostima, osoba s normalan vid samo s teškoćama prilagodite svoje oči. Ali ako stavite leću za skupljanje (povećalo) ispred oka, predmetni predmet može biti značajno
Sl. 244. Kut gledanja
bliže oku i time povećati kut gledanja. Omjer kuta gledanja pri promatranju objekta optički instrument prema kutu gledanja, kada se promatra golim okom na udaljenosti od najboljeg pogleda, naziva se povećanje instrumenta.
Povećalo. Tijek zraka pri pregledu predmeta kroz povećalo prikazan je na slici. 245. Objekt se nalazi ispred objektiva na udaljenosti manjoj od žarišne duljine. Zrake iz bilo koje točke objekta nakon prelamanja u leći oblikuju snop divergentnih zraka, čiji se nastavak presijeca u jednoj točki, stvarajući virtualnu sliku. Ova slika se promatra kao oko smješteno izravno iza povećala.
Sl. 245. Tijek zraka u petlji
Uz lagano pomicanje objekta u blizini fokusa, položaj imaginarne slike se značajno mijenja, a kada je objekt poravnat s fokusom, on se općenito uklanja u beskonačnost. Međutim, kutna veličina je 0 slika, kao što se može vidjeti na slici. 245, gotovo bez promjene. Dakle, položaj objekta praktički ne utječe na povećanje povećala, već utječe samo na smještaj oka pri gledanju imaginarne slike. Lako je vidjeti da je povećanje povećala jednako omjeru udaljenosti najbolje vizije od žarišne duljine
Povećalo s žarišnom duljinom od 10 cm povećava s povećanjem žarišne duljine od 5 cm
Mikroskop. Mikroskop se koristi za velika povećanja. Optički sustav mikroskopa (Sl. 246) sastoji se od kompleksnog objektiva s objektivom s žarišnom duljinom od nekoliko milimetara i okulara s žarišnom duljinom od nekoliko centimetara. Objektiv stvara pravu, obrnutu uvećanu sliku objekta koji se nalazi neposredno ispred fokusa objektiva. Središnja slika gleda se kroz okular, poput povećala. Za to je okular postavljen tako da je slika u svojoj žarišnoj ravnini (ili na udaljenosti nešto manjoj od fokalne ravnine).
Povećanje leće gdje je duljina cijevi mikroskopa, budući da je srednja slika unutar cijevi ispred okulara.Uvećanje okulara je kao u povećalom. Ukupno povećanje mikroskopa
Za usklađivanje optičkog sustava mikroskopa s okom promatrača, žarišna duljina okulara (za dano žarišne duljine leća) treba odabrati tako da je promjer paralelnog snopa zraka koji izlazi iz određene točke predmeta koji izlazi iz okulara jednak promjeru zjenice oka (ili dva do četiri puta manji nego kod promatranja svijetlih objekata). Ovo stanje nameće ograničenje dopuštenog povećanja mikroskopa, pri velikim povećanjima, a postaje manji od promjera zjenice i smanjuje se osvjetljenje slike na mrežnici.
Minimalna veličina dijelova predmeta koji se mogu razlikovati u mikroskopu posljedica je valne prirode svjetla: slika svjetlosne točke ima oblik difrakcijskog kruga. Kao rezultat, točke objekta se ne mogu riješiti, a udaljenost između kojih je reda svjetlosne valne duljine. Korištenje povećanja iznad YuOOh dovodi samo do povećanja veličine promatranih difrakcijskih krugova i ne otkriva nikakve nove detalje objekta.
Sl. 246. Mikroskop
Kada se koristi povećalo i mikroskop, povećanje vidnog kuta postiže se približavanjem objekta optičkom sustavu. Ali ponekad je nemoguće prići subjektu.
To je slučaj, na primjer, kada promatramo nebeska tijela. Zatim pomoću velike leće, nazvane leća, dobivate pravu sliku uklonjenog tijela. Ova slika je mnogo manja od samog objekta, ali možete joj približiti oko i time povećati kut gledanja. Tako ispada teleskop s jednim objektivom. Ako se ova slika gleda pomoću povećala (naziva se okular), možete približiti svoje oči stvarnoj slici udaljenog objekta i time dodatno povećati kut gledanja.
Tijek zraka u najjednostavnijem teleskopu s dva objektiva prikazan je na slici. 247. Iz svake točke udaljenog objekta dolazi praktički paralelni zrak zraka koji daje sliku te točke u žarišnoj ravnini leće. Kako se oko ne bi naprezalo tijekom promatranja, žarišna ravnina povećala (okular) je obično poravnana s žarišnom ravninom leće.
Sl. 247. Tijek zraka u teleskopu
Zatim paralelni snop svjetlosti koji pada na leću ostavlja okular također paralelan.
Neka predmet bude vidljiv golim okom pod kutom c. Omjer kuta pod kojim je objekt vidljiv u teleskopu prema kutu naziva se povećanjem teleskopa. Od sl. 247 da je ovo povećanje jednako omjeru žarišne duljine leće i okulara
Za veliko uvećanje potreban je objektiv s dugim fokusom i okular kratkog fokusa. Smanjenjem žarišne duljine okulara s ovim objektivom može se postići veće povećanje.
Teleskop normalnog uvećanja. Međutim, nije uvijek nužno nastojati postići samo veliko povećanje. To se preporučuje samo kada uzmemo u obzir svijetli objekt koji emitira puno svjetla. U slučaju slabo osvijetljenih objekata zahtjevi su različiti. Pretpostavimo da ne uzimamo točke tijela, kao što su zvijezde, već one proširene, kao što je površina planeta. Potrebno je da je osvjetljenje slike dobivene na mrežnici što je moguće veće.
Lako je osigurati da osvjetljenje slike proširenog objekta kada se gleda kroz teleskop ne može biti veće nego kada se promatra golim okom. Zapravo, ako je povećanje teleskopa jednako Γ, tada je područje slike na mrežnici nekoliko puta veće nego kada se promatra bez teleskopa. Što je maksimalni svjetlosni tok koji može doći u oko s tim povećanjem? Promjer paralelnog snopa koji ulazi u oko ne može biti veći od promjera zjenice oka, stoga, kao što se može vidjeti na sl. Zraka 248 koja 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 rasti više od puta u usporedbi s promatranjem golim okom. Dakle, područje slike na mrežnici, i svjetlosni tok koji se pojavljuje na tom 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 promatrača
Iz gornjeg zaključka, jasno je da za dobivanje određenog povećanja G, objektivni objektiv određenog promjera koji prelazi promjer zjenice oka treba koristiti G puta. Ako uzmete leću većeg promjera, tada dio svjetlosnog toka koji skuplja, kao što se može vidjeti na sl. 249, jednostavno neće ući u oči. Ako uzmemo objektiv manjeg promjera, a zatim istim povećanjem, svjetlosni tok koji ulazi u oko će se smanjiti i osvjetljenje slike će postati manje. Isto se može formulirati drugačije: za leću određenog promjera, bez obzira na žarišnu duljinu, postoji određeno optimalno povećanje, koje se naziva normalnim. To je najveće uvećanje na kojem se dobiva slika maksimalno mogućeg osvjetljenja.
Sl. 249. Do definicije normalnog povećanja
Tako teleskop i oko promatrača tvore jedinstveni sustav, čiji se elementi moraju međusobno uskladiti. To se uvijek uzima u obzir pri projektiranju optičkih uređaja. Na primjer, ako želimo imati terenske naočale s desetostrukim povećanjem, tada promjer leće objektiva mora biti 10 puta veći od promjera zjenice oka. Ako uzmemo prosječni promjer zjenice jednak 5 mm, onda bi leća trebala biti promjera 5 cm.
Promjer zjenice oka nije konstantan; Ona se kreće od 6-8 mm u ukupnoj tami do 2 mm pri svijetlom dnevnom svjetlu. Stoga, kada radite s teleskopom koji ima određeni promjer leće, na primjer 200 mm, uvijek treba uzeti u obzir situaciju koja određuje veličinu zjenice oka. Ako se promatra slab objekt u tamnoj noći kada zjenica ima promjer od najmanje 6 mm, poželjno je odabrati okular tako da je povećanje teleskopa jednako Ali, ako se promatra tijekom dana kada je promjer zjenice oko 2 mm, preporučljivo je povećati.
utrostručio. Ako je žarišna duljina a jednaka našem objektivu, tada je u prvom slučaju potreban okular s žarišnom duljinom od cm, au drugom slučaju 3 cm.
Kada promatramo proširene objekte kroz teleskop, treba nastojati osigurati da sva svjetlost iz objekta koji ulazi u leću pod različitim kutovima padne u zjenicu oka. Za to oko treba biti smješteno na određenoj udaljenosti od okulara. Zapravo, okular kao sakupljačka leća daje stvarnu sliku ruba leće teleskopa. Budući da je u teleskopu uvijek ova slika P smještena gotovo u žarišnoj ravnini okulara (sl. 250). Očito je da će zrake koje padaju u leću pod različitim kutovima proći unutar te slike. Ako je zadovoljeno podudaranje 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 neprikladno koristiti ovu preporuku. Kako bi se uklonio ovaj nedostatak, u optički sustav teleskopa uključena je još jedna kolekcija leća, nazvana kolektiv. Nalazi se između leće i okulara u blizini srednje stvarne slike objekta. Bez mijenjanja kutnog povećanja cijelog sustava, ovaj objektiv dovodi sliku P nosača objektiva na okular i tako vam omogućuje da postavite oko izravno iza okulara.
Sl. 250. Kada se promatra kroz teleskop, oči bi trebale biti postavljene blizu slike ruba leće P
Uloga takvog dodatnog sočiva svodi se na povećanje vidnog polja te je u tom pogledu slično kondenzatoru uređaja 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 prizmu, kao u daljinskom polju, ili dodatne leće.
Iskrivljenje perspektive i volumena slike. Prilikom promatranja prostora u teleskopu s velikim povećanjem
postoji jaka distorzija perspektive: čini se da su vidljive udaljenosti uvelike smanjene. Objekti koji se nalaze na različitim udaljenostima izgledaju kao da su na istoj udaljenosti, a glomazni predmeti izgleda da su vrlo spljošteni. Iste su izobličenja svojstvene fotografijama snimljenim objektivom s dugim fokusom (telefoto objektiv).
Osjećaj trodimenzionalne prostorne scene uvelike se povećava kada se promatra s dva oka. To je zbog paralakse: jedno oko vidi predmete s malo drugačije točke od drugog. Stoga, u dvogledu na polju, optičke osi dvije optičke cijevi koje ga tvore pokušavaju se razbiti što je više moguće, "razbijajući" te osi uz pomoć prizmi. puna refleksija, Još veći učinak povećanja volumena postiže se u stereo cijevi, koja je u biti upareni periskop.
Normalna granica povećanja i difrakcije. Zbog valne prirode svjetlosti, slika udaljene točke u žarišnoj ravnini leće teleskopa, kao što je već prikazano, ima oblik difrakcijske točke. Slike dviju točaka u žarišnoj ravnini leće mogu se riješiti ako kutna udaljenost između njih, kao što slijedi iz formule (3) § 33, nije manja od Što trebate odabrati povećati teleskop kako bi se u potpunosti iskoristila rezolucija leće?
Neka je kutna udaljenost između dvije udaljene točke jednaka graničnoj vrijednosti koju objektiv teleskopa može riješiti. U teleskopu s povećanjem G, te točke će biti vidljive pod kutom, da bi se te točke vidjele kao odvojene, ovaj kut ne bi trebao biti manji od kuta koji oko može riješiti. Stoga, odakle
Znak jednakosti u ovom izrazu odgovara uobičajenom povećanju, pri čemu se najdjelotvornije koristi svjetlosni tok koji ulazi u leću teleskopa. Kod povećanja manjeg od normalnog, kao što smo vidjeli, koristi se samo dio leće, što dovodi do smanjenja razlučivosti. Upotreba povećanja koja je veća od normalne je nepraktična jer se rezolucija cijelog sustava, određena granicom rezolucije leće, ne povećava, a osvjetljenje slike na mrežnici oka, kao što je prikazano gore, se smanjuje.
Kutne veličine gotovo svih zvijezda mnogo su manje od razlučivih kutnih veličina čak i najvećih teleskopa. Stoga se slika zvijezde u žarišnoj ravnini leće teleskopa ne razlikuje od slike točkastog izvora svjetlosti i predstavlja difrakcijski krug. Međutim, promjer tog kruga je toliko mali da se pri normalnom povećanju, kao i kod
zvijezda, ne razlikuje se od točkastog izvora svjetlosti: veličina difrakcijske točke na mrežnici oka ne ovisi o tome je li zvijezda promatrana kroz teleskop ili izravno. Ako teleskop ne razlikuje zvijezdu od točkastog izvora, što je onda njegova prednost kada promatra zvijezde u usporedbi s golim okom?
Činjenica je da u teleskopu možete vidjeti vrlo slabe zvijezde, uglavnom nevidljive golim okom. Budući da se veličina difrakcijske slike zvijezde na mrežnici ne mijenja kada se koristi teleskop, osvjetljenje ove slike je proporcionalno svjetlosnom toku koji ulazi u oko. No, kada se koristi teleskop, ovaj je tok toliko puta veći od svjetlosnog toka koji prolazi kroz zjenicu golim okom, koliko je puta otvor leće veći od područja zjenice oka.
O rješavanju problema. U vezi s širenjem svjetlosnih zraka u različitim uvjetima i formiranjem slika u optičkim sustavima, postoji mnogo različitih zadataka. Bez obraćanja na ovo pitanje samo napominjemo da je njihovo rješenje u okviru geometrijske optike svedeno na primjenu zakona refleksije i loma svjetlosti, na geometrijske konstrukcije putanje zraka, kao i na uporabu gore navedenih formula sfernog zrcala i tanke leće. Zapravo, rješavanje takvih problema, u pravilu, ograničeno je na dosljednu primjenu određenih informacija iz geometrije. U nekim slučajevima, opća fizička načela, 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. Spektralna učinkovitost svjetlosti (krivulja vidljivosti)
Osnovni koncept ovdje je tok zračenja, tj. Ukupna snaga koju nosi elektromagnetsko zračenje. Osjetljivost oka nije ista na zračenje različitih valnih duljina: ona je maksimalna u zelenom području spektra i postupno se smanjuje na nulu pri prelasku na infracrveno (nm) i ultraljubičasto (nm) zračenje (Sl. 251). Snaga optičkog zračenja, procijenjena vizualnim osjećajem, naziva se svjetlosni tok F.
Izvor svjetlosti smatra se točkom ako šalje svjetlo ravnomjerno u svim smjerovima i njegove dimenzije su mnogo manje.
udaljenosti na kojoj se procjenjuje njezin učinak. 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 pomoću
Osnovna jedinica svjetlosnih (fotometrijskih) vrijednosti je jedinica intenziteta svjetlosti kandele, a to je intenzitet svjetlosti određenog izvora, uzet kao standard prema međunarodnom sporazumu. Jedinica lumena svjetlosnog toka je svjetlosni tok iz izvora jakosti svjetlosti od 1 kandele, koji se širi u čvrstom kutu od 1 steradiana.
Sl. 252. Osvjetljenje površine stvoreno točkovnim izvorom
Osvjetljenje E površine je omjer svjetlosnog toka Φ, koji pada na određenu površinu, na područje ovog područja: Jedinica osvjetljenja je lux. Osvjetljenje je jednako jednom luksu, ako postoji jedan fluks lumena po kvadratnom metru ravnomjerno osvijetljene površine. Osvjetljenje površine koja se nalazi okomito na zrake 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 je a udaljenost od izvora do točke promatranja - visina izvora iznad osvijetljene ravne površine. U slučaju nekoliko neovisnih (nekoherentnih) izvora, osvjetljenje površine jednako je zbroju iluminacija koje stvara svaki izvor zasebno.
Za mjerenje osvjetljenja koriste se posebni uređaji - fotometri, čije se djelovanje može temeljiti na različitim fizičkim načelima. Jedna od varijanti fotometra je fotoeksponometar koji se koristi za određivanje izloženosti prilikom fotografiranja.
Koja ograničenja valna priroda svjetlosti nameće primjenjivosti geometrijske optike?
Zašto se oštrina slike najprije povećava, a zatim počinje smanjivati do potpunog zamućenja i dobivanja ravnomjerno osvijetljenog zaslona u fotoaparatu s manjim brojem rupa?
Na kojem će promjeru rupe oštrine slike fotoaparata biti najveća?
Dokazati da snop zraka koji izlazi iz jedne točke nakon prelamanja na ravnoj granici više nije homocentrična.
Pod kojim uvjetima se zrake koje prolaze kroz optički sustav mogu smatrati paraksijalnim?
Dokazati da je žarišna duljina konkavnog sfernog zrcala pola radijusa zakrivljenosti.
Objasnite zašto vidimo različite slike objekata u proizvoljnim zakrivljenim zrcalima (sjetite se "sobe smijeha"), iako ovdje očigledno nisu uključene paraksijalne zrake zraka. Što je u ovom slučaju uzrokovalo geometrijsko izobličenje slika?
Napravite stvaranje slika stvorenog objekta tanke lećeza različite položaje predmeta u odnosu na leću i uvjerite se da su tvrdnje dane u tekstu ovog stavka valjane bez dokaza.
Objasnite zašto se pri dijafragmi objektiva fotoaparata povećava dubina oštro prikazanog prostora?
Što određuje maksimalno ostvarivo povećanje optičkog mikroskopa?
Što je normalni teleskop povećanja? Zašto, kada promatramo proširene objekte, nepraktično je primijeniti povećanja više od normalnih?
Objasnite zašto je korištenje optičkog sustava u osnovi nemoguće postići povećanje osvjetljenja promatrane slike objekta.
Objasnite analogiju između kondenzatora aparata za projekciju i kolektora leće teleskopa.
Zašto se, kada se promatra u povećalom ili mikroskopu, dubina polja smanjuje, tj. Objekti koji su gotovo na istoj udaljenosti jasno su vidljivi u isto vrijeme? Zašto se u teleskopu ili dvogledu uočava suprotan učinak?
Zašto je perspektiva iskrivljena kada gledate kroz dvogled? Opišite i objasnite učinak "obrnutog" dvogleda kada ga gledate s suprotne strane.
Zašto možete vidjeti svijetle zvijezde u teleskopu čak i tijekom dana? Razgovarajte o ovom pitanju sa stajališta osvijetljenosti slike zvijezde i pozadine (plavo nebo).
Pokažite da formule (10) i (11) za površinsko osvjetljenje izravno slijede definicije osvjetljenja, svjetlosnog toka i intenziteta svjetlosti.
Pretpostavimo da je svjetlosna točka koja leži na glavnoj osi leće izvađena iz leće na jako na velike udaljenosti, U tom slučaju, zrake koje padaju na leću imaju tendenciju da postanu paralelne s njegovom glavnom osi. Vidjeli smo u članku 88 da će nakon prelamanja leće te zrake biti sakupljene u fokusu leće. U formuli (89.6), kada je izvor uklonjen na velikoj udaljenosti, količina teži na nulu, a mi dobivamo
to jest, možemo reći da je fokus slika "beskonačno udaljene" točke.
Primjer gotovo beskrajno udaljenog izvora je bilo koje nebesko tijelo. Stoga će slike zvijezda, Sunca, itd. Biti u fokusu objektiva. Zemljani izvori svjetlosti dovoljno daleko od leće također daju sliku u fokusu.
Pretpostavimo sada da je slika određene točke uklonjena na velikoj udaljenosti, tj. Snop svjetlosnih zraka dolazi iz leće, paralelno s glavnom osi. U ovom slučaju, kao što smo vidjeli u članku 88, izvor bi trebao biti u prednjem fokusu leće (Sl. 196). Ovaj zaključak slijedi iz formule (89.6). Doista, uz pretpostavku da je slika u beskonačnosti, dobivamo; dok je udaljenost izvora od leće jednaka žarišnoj duljini:.
Različite leće međusobno se razlikuju u rasporedu središta sferičnih površina koje ih tvore, njihovih radijusa i indeksa loma tvari iz koje su izrađene leće. Na sl. 198 predstavlja šest glavnih tipova leća.
Sl. 198. Različite vrste leća. Ako se materijal leća lomi jače od okoline, tada se tipovi a, b, c - prikupljaju; tipovi g, d, e - raspršenje.
Ako se paralelni zraci nakon prelamanja u leći konvergiraju, stvarno se sijeku na nekoj točki koja leži na drugoj strani leće, onda se leća naziva konvergirajuća ili pozitivna (sl. 199 a). Ako paralelne zrake nakon prelamanja leće postanu divergentne (Sl. 199, b), leća se naziva raspršivanje ili negativno. U slučaju difuznog objektiva u fokusu, ne prelaze se lomljeni zrake, nego njihovi imaginarni nastavci; u tom slučaju fokus leži na istoj strani leće, iz koje pada paralelna zraka zraka na objektiv. U ovom slučaju žarišta se nazivaju imaginarnim (Sl. 199, 6).
Sl. 199. Stvarni fokus sabirne leće (a) i imaginarni fokus difuzne leće (b)
Tipično, materijal leće se lomi jače od okoline (na primjer, staklena leća u zraku). Zatim su leće koje se skupljaju leće koje se od ruba do sredine zgusnu - bikonveksne i plano-konveksne leće i pozitivni meniskus (konkavno-konveksna leća; sl. 198, a-c). Raspršujuće leće su leće koje su tanje prema sredini: bikonkave, ravne konkavne leće i negativni meniskus (konveksno udubljena leća; 198, d - e). Ako se materijal leće lomi slabije od okoline, tj. Relativnog indeksa loma, onda će, suprotno tome, leće a, b, c (slika 198) biti raspršene, a leće g, g, e će se sakupiti. Takve se leće mogu dobiti, na primjer, formiranjem u vodi s dva satna stakla, zalijepljena s voskom, zračne šupljine odgovarajućeg oblika (Sl. 200).
Sl. 200. Biconvex leće: a) staklo u zraku - sakupljanje; b) zrak u vodi - rasipanje
Nastavimo s razmatranjem svjetlosnih točaka smještenih na konačnoj udaljenosti od leće. 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 leće, to znači da je formirana konvergentnim zrakom zraka (Sl. 201, a), tj. Zrake koje zapravo prolaze kroz točku. Slika se u ovom slučaju naziva valjana. Može se dobiti na ekranu, fotografskoj ploči itd. Nakon što smo obnovili tijek zraka koji su doveli do stvaranja slike, uvijek možemo pronaći mjesto izvora, iako je to u praksi obično povezano s nekim poteškoćama.
Pretpostavimo sada da slika leži lijevo od leće, tj. Na istoj strani kao i izvor. To znači da se zrake zraka koje odstupaju od izvora, nakon loma u leći postaju još divergentnije, i samo se imaginarni nastavci lomljenih zraka sijeku na točki (Sl. 201, b). Slika se u ovom slučaju naziva imaginarna.
Sl. 201. Izvor i stvarna slika leže na različitim stranama leće (a); imaginarna slika je na istoj strani leće kao izvor (b)
Izraz "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 izravno na ekranu, fotografskoj ploči, itd. Na primjer, ako postavite vrlo mali ekran u točku (Sl. 201, b) Ako glavni dio zraka ne ometa objektiv, na njemu nećemo dobiti svjetlosnu točku. Međutim, divergirajući zrak zraka, čiji se imaginarni nastavci sijeku u imaginarnoj slici, u sebi nema ništa "imaginarno". Ova se greda može pretvoriti u konvergentnu zraku ako se ispravno odabrana leća za skupljanje stavi 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 sakupljača također ispunjava ljudsko oko; na fotosenzitivnoj ljusci oka - sakupljaju se zrake mrežnice koje se razlikuju od izvora svjetlosti. Snop divergentnih zraka, bilo da dolaze iz stvarnog točkastog izvora ili iz njegove imaginarne slike, može se sakupiti optičkim sustavom oka u jednoj točki mrežnice. U svakodnevnom životu promatrač stiče naviku da automatski obnavlja tijek zraka koji je dao sliku na mrežnici i određuje mjesto izvora. Kada se divergirajuća zraka zraka (s apeksom na) povuče u oko, prikazano na sl. 202, dakle, "obnavljajući" mjesto odakle potječu te zrake, nalazimo se u izvoru i izvoru, iako je u stvarnosti u ovom trenutku izvor kućni ljubimac. Taj imaginarni izvor je ono što nazivamo "imaginarnom" slikom točke.
Sl. 202. Transformacija divergirajuće zrake zraka u konvergentu uz pomoć pomoćne leće (npr. 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:
povećan imaginaran
izravna slika
- veličina:
- smanjen slika objekta u leći dobiva se kada su njene linearne dimenzije manje od dimenzija izvora;
- povećan slika objekta u leći dobiva se kada su njezine linearne dimenzije veće od dimenzija izvora;
- Slika stvarne veličine dobiva se u slučaju kada se njezina veličina podudara s veličinom izvora svjetlosti
Slika u leći za prikupljanje je smanjena samo kada je izvor na udaljenosti većoj od dvostruke žarišne duljine. Zato, ako pogledate “okolnu stvarnost” kroz povećalo, ova stvarnost će se pojaviti naopako i smanjiti.
Dakle, d> 2f njegova će se slika smanjiti (valjano i invertirano).
Ako donesemo predmet kolektivna lećatada će njegova slika postupno rasti i u tom trenutku kada izvor postane dvostruka žarišna duljina, slika će postati jednaka veličini samom izvoru.
S daljnjom aproksimacijom izvora, njezina će slika biti povećana i postajat će sve više i više dok subjekt ne padne u žarišnu ravninu. U teoriji, u ovom trenutku slika postaje beskrajno velika i beskrajno je daleko.
Dakle, kada je subjekt udaljen f Ako je njegova slika uvećana (stvarni i obrnuti).
Daljnjim približavanjem objekta objektivu - nakon prolaska kroz žarišnu ravninu - slika više ne može rasti, jer je tako beskrajno velika i počinje se smanjivati. Istovremeno, stvarna postaje imaginarna, ali i dalje proširena. Samo kada objekt dosegne glavnu optičku ravninu (ravninu leće), slika se uspoređuje s veličinom objekta.
Dakle, kada je subjekt udaljen d f, njegova slika je povećana (imaginarni i izravni).
- orijentacija:
- direktan Slika objekta dobiva se kada se njena orijentacija sačuva (vrh ostaje prema gore, desno, desno). Kada se gradi slika na ravnini, objekt i njegova slika moraju biti na jednoj strani glavne optičke osi;
- preokrenut; slika objekta se dobiva kada se promijeni njegova orijentacija (vrh postaje dno, desno - lijevo). Kada se gradi na ravnini, objekt i njegova slika moraju se nalaziti na različitim stranama od glavne optičke osi leće.
Smanjena valjanost
naopako slika
Izravna slika u objektivu za prikupljanje je slika koja se može promatrati, na primjer, pomoću povećala. Takva se slika dobiva ako je objekt između ravnine leće (glavne optičke ravnine) i fokusa (žarišne ravnine). Istovremeno, slika se povećava. Zapravo, sakupljač leća često se naziva povećalo.
I tako: Izravna slika točke u leći za skupljanje se dobiva kada je točka na udaljenosti d f - između glavnih optičkih i žarišnih ravnina - između objektiva i fokusa. Istodobno je proširena i zamišljena.
Ako je objekt uklonjen s leće na udaljenosti većoj od žarišne duljine, tada je slika obrnuta i prema tome postaje obrnuta.
Dakle, na udaljenosti d > f naopako (i valjano). Može se smanjiti ili povećati (vidi gore).
povećan pravi
okrenuta slika
- „Stvarnost”:
- pravi slika se dobiva u leći ako se nalazi na sjecištu zraka koje dolaze iz izvora svjetlosti;
- imaginaran ispada u objektivu kada se ne sijeku same zrake (linije uz koje se širi energija zračenja), već se zrake nastavljaju;
Stvarna slika - Ovo je, na primjer, slika filma na filmskom platnu. Svaka točka filma je točkasti izvor svjetla, slika od koje je točka presijecanja izlaznih zraka od izvora. Pri prolasku kroz sabirnu leću stvarna slika se dobiva kada je subjekt na udaljenosti većoj od fokusa: d > f
, Istodobno je uvijek invertiran i može biti veći ili manji (vidi gore).
Zamišljena slika se dobiva ako se izvor nalazi bliže objektivu nego njegov fokus: d f, U ovom slučaju, zrake koje zrače iz bilo koje točke ne mogu se presijecati pri prolasku kroz objektiv, ali se njihova proširenja sijeku.
Prilikom prolaska kroz objektiv zrake se mogu lomiti na različite načine i ovisno o tome gdje se izvor svjetla nalazi, njegova se slika može razlikovati. Primjerice, slika objekta koji se nalazi između glavnog fokusa i glavne optičke ravnine skupljačkih leća bit će ravna, imaginarna i povećana. Istodobno se neke kombinacije slika ne mogu dobiti. Na primjer, u skupljačkoj leći, stvarna slika je uvijek obrnuta, a imaginarna slika se nikada ne smanjuje.
Sposobnost određivanja vrste slika dobivenih u objektivima različitih tipova - jedna od vještina testiranih na ispitu
zadatak:
Interaktivna vježba sastoji se od 8 dijelova u kojima trebate:- Sposobnost položaja točkastog izvora svjetlosti da odredi gdje se nalazi slika;
- Odredite vrstu slike dobivene u leći s pozitivnom optičkom snagom.
Da biste dovršili zadatak, morate kliknuti uzastopce na dva podudarna elementa slike ili tablice.
Preuzimanje vježbe
Autori interaktivnih vježbi, označeni znakom © CC-BY-SA, označene su na stranici. Interaktivne vježbe se distribuiraju pod licencom Creative Commons Imenovanje-Dijeli pod istim uvjetima 3.0
Attribution-ShareAlike (po-sa) - Licenca "S atribucijom - Copileft." Ova licenca dopušta drugima da recikliraju, korigiraju i razvijaju rad, čak iu komercijalne svrhe, podložno dodjeljivanju i licenciranju izvedenih djela u sličnim uvjetima. Ova licenca je licencirana za copyleft. Svi novi radovi na temelju licenciranih pod licencom imat će sličnu licencu, tako da će se svi derivati moći mijenjati i koristiti u komercijalne svrhe. Prilikom reprodukcije radova distribuiranih na temelju 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
- Prema orijentaciji,
- Prema "stvarnosti"?
- Pod kojim će se uvjetima slika subjekta povećati?
- Može li povećalo dati smanjenu sliku?
- U kojem slučaju je slika i njezin izvor iste veličine?
- Kada nedostaje slika u leće za prikupljanje i zašto?
- Koja je razlika između stvarne i imaginarne slike objekta u optičkom instrumentu?
- Je li moguće dobiti imaginarnu i obrnutu sliku s jednim objektivom?
Imaginarna slika
Optička slika - slika dobivena kao rezultat prolaska kroz optički sustav svjetlosnih zraka koji se šire od objekta i reproducira njegove konture i detalje.
U praksi često mijenjaju ljestvicu slike objekata i projiciraju je na bilo koju površinu.
Usklađenost s objektom postiže se kada je svaka njezina točka predstavljena točkom, barem približno. U ovom slučaju postoje dva slučaja: stvarna slika i imaginarna slika.
- Stvarna slika stvoren je kada se, nakon svih refleksija i lomova, zrake koje izlaze iz jedne točke objekta skupljaju u jednu točku.
Stvarna slika se ne može vidjeti izravno, ali njezinu projekciju možete vidjeti jednostavnim postavljanjem zaslona za difuziju. Stvarni su stvoreni takvim optičkim sustavima kao što su leća (npr. Filmski projektor ili kamera) ili jedan pozitivni objektiv.
- Imaginarna slika - onaj koji se može vidjeti oko. U isto vrijeme, svaka točka objekta odgovara snopu zraka koji izlaze iz optičkog sustava, koji bi, ako bi se nastavili natrag ravnim crtama, konvergirali u jednoj točki; postoji pojava da greda dolazi odatle. Virtualnu sliku stvaraju optički sustavi kao što su dvogledi, mikroskopi, negativne ili pozitivne leće (povećala) i ravna ogledala.
U bilo kojem stvarnom optičkom sustavu, aberacije su neizbježno prisutne, zbog čega zrake (ili njihovi nastavci) ne ide u idealnom smjeru u jednoj točki, a štoviše, što je moguće bliže ne zadovoljavaju točno gdje 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 točke ili konvergira u njemu naziva se homocentričan. Odgovara sfernom svjetlosni val, Zadaća većine optičkih sustava je transformirati divergentne homocentrične zrake u homocentrične, stvarajući tako imaginarnu ili stvarnu sliku, najčešće na različitoj skali u odnosu na subjekt.
Stigmatska slika (od antičko-grčkog στίγμα - ubod, ožiljak) - optička slika, svaka točka koja odgovara jednoj točki objekta prikazanog optičkim sustavom.
Stigmatska slika nije nužno geometrijski slična predmetu koji se opisuje, ali ako je sličan, takva se slika naziva idealnom. To je moguće samo pod uvjetom da su sve aberacije odsutne ili eliminirane u optičkom sustavu, te da je moguće zanemariti valna svojstva svjetlosti. Optički sustav koji stvara idealnu sliku naziva se idealnim optičkim sustavom. Idealno se može približno smatrati centriranim sustavima u kojima se slika dobiva monokromatskim i paraksijalnim svjetlosnim zrakama.
bilješke
književnost
- Physical Encyclopedia, T. II. M., "Sovjetska enciklopedija", 1990. (Članak "Optička slika".)
- Yavorsky B. M., Detlaf A.A. Priručnik za fiziku. - M.: "Znanost", Ed. firma "Fiz.-mat. lit. ", 1996.
- Sivukhin D.V. Opći tijek fizike. Optika. M., "Science", 1985.
- Volosov D.S. Fotografska optika. M., "Umjetnost", 1971.
Vidi također
Zaklada Wikimedia. 2010.
Pogledajte što je "imaginarna slika" u drugim rječnicima:
- (vidi OPTIČKA SLIKA). Fizički enciklopedijski rječnik. M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983. IMPRESIVNA SLIKA ... Fizička enciklopedija
Veliki enciklopedijski rječnik
Zamišljena slika - vidi ... Velika Politehnička Enciklopedija
Pogledajte Optička slika. * * * IMAGINABLE IMAGINABLE IMAGE, pogledajte. Slika optička (vidi OPTIČKA SLIKA) ... Enciklopedijski rječnik
imaginarna slika - menamasis vaizdas statusas Tritis fizika atitikmenys: angl. prividna slika; virtualna slika vok. scheinbares Bild, n; virtuelles Bild, rus. imaginarna slika, n pranc. image virtuelle, f ... Fizikos terminų žodynas
Objekt (koji percipira oko 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 točaka u kojima konvergiraju zrake svjetlosti koje prolaze kroz optički uređaj. Kroz točke koje tvore imaginarnu sliku, ... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik
Slika objekta dobivenog djelovanjem optičkog. sustava na svjetlosnim zrakama koje emitira ili reflektira objekt. djelujući reproducira konture i pojedinosti objekta s određenim distorzijama (aberacije optičkih sustava). Razlikovati valjane. i ... ... Prirodne znanosti. Enciklopedijski rječnik
Optička slika Slika dobivena kao rezultat prolaska kroz optički sustav svjetlosnih zraka koji se šire od objekta i reproduciraju njegove konture i detalje. U praksi često mijenjaju ljestvicu slike objekata i ... ... Wikipedije