Obraz bodov daný tenkou zbernou šošovkou. Skutočný obrázok
Optický obraz - obrázok získaný v dôsledku prechodu optickým systémom svetelných lúčov šírených z objektu a reprodukcie jeho obrysov a detailov.
V praxi často menia veľkosť obrazu objektov a premietajú ho na akýkoľvek povrch.
Zhoda s objektom sa dosiahne, ak každý jeho bod je reprezentovaný bodom, aspoň približne. V tomto prípade existujú dva prípady: skutočný obraz a imaginárny obraz.
- Skutočný obrázok vytvára sa, keď sa po všetkých reflexiach a lomoch lúče vychádzajúce z jedného bodu objektu zhromaždia do jedného bodu.
Skutočný obrázok sa nedá vidieť priamo, ale vidíte jeho premietanie jednoduchým umiestnením rozptýlenej obrazovky. Skutočné je vytvorené takými optickými systémami ako sú šošovky (napríklad filmový projektor alebo kamera) alebo jedna pozitívna šošovka.
- Imaginárny obraz - ten, ktorý sa dá vidieť s očami. Okrem toho každý bod objektu zodpovedá odchádzajúcemu optický systém lúč lúčov, ktorý by v prípade, že by ich pokračoval v spätných priamkach, by sa zjednotil v jednom bode; tam je vzhľad, že lúč pochádza odtiaľ. Virtuálny obraz je vytvorený takými optickými systémami ako sú ďalekohľady, mikroskop, negatívna alebo pozitívna šošovka (lupa) a ploché zrkadlo.
V každom skutočnom optickom systéme sa nevyhnutne vyskytujú odchýlky, v dôsledku čoho sa lúče (alebo ich pokračovanie) v jednom bode ideálne nepribližujú a navyše čo najbližšie sa v prípade potreby nerealizujú presne. Obraz je trochu rozmazaný a geometricky nie je úplne podobný predmetu; sú možné aj iné chyby.
Lúč lúčov, ktorý sa odchyľuje od jedného bodu alebo sa v ňom zbieha, sa nazýva homokentrický. Zodpovedá sférickej svetlá vlna, Úlohou väčšiny optických systémov je transformovať rozchádzajúce sa homokentrické lúče na homokentrické, čím sa vytvorí imaginárny alebo skutočný obraz, najčastejšie v inom rozsahu vo vzťahu k subjektu.
Stigmatický obraz (od staro-gréckeho στίγμα - injekcia, jazva) - optický obraz, z ktorých každý bod zodpovedá jednému bodu objektu zobrazenému optickým systémom.
Stigmatický obraz nie je nevyhnutne geometricky podobný zobrazenému objektu, ale ak je podobný, takýto obraz sa nazýva ideálny. Toto je možné len za podmienky, že všetky aberácie v optickom systéme chýbajú alebo sú vylúčené a že je možné zanedbať vlnové vlastnosti svetla. Optický systém, ktorý vytvára ideálny obraz, sa nazýva ideálny optický systém. Ideálne možno považovať za centrované systémy, v ktorých je obraz získaný pomocou monochromatických a paraxiálnych svetelných lúčov.
poznámky
literatúra
- Fyzická encyklopédia, T. II. M., "Soviet Encyclopedia", 1990. (Článok "Optický obraz".)
- Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Príručka fyziky. - M .: "Science", Ed. firma "Fiz.-mat. lit. ", 1996.
- Sivukhin D.V. Všeobecný kurz fyziky. Optika. M., "Science", 1985.
- Volosov D.S. Fotografická optika. M., "Art", 1971.
Pozri tiež
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo je "skutočný obrázok" v iných slovníkoch:
Pozri článok. Optický obraz ... Veľký encyklopedický slovník
- (pozri OPTICKÝ OBRAZ). Fyzický encyklopedický slovník. M .: Sovietská encyklopédia. Hlavný redaktor A. M. Prokhorov. 1983 ... Fyzická encyklopédia
Pozrite si článok Image Optical. * * * PLATNÝ IMAGE VALID IMAGE, pozri článok Optický obraz (pozri OPTICKÝ OBRAZ) ... Encyklopedický slovník
skutočný obraz - realusis vaizdas statusas Trista fizika atitikmenys: angl. skutočný obraz; true image vok. reelles bild, n; wirkliches Bild, n rus. skutočný obraz, n; pravý obraz, n pranc. image réelle, f ... Fizikos terminų žodynas
Pozrite si obrázok Optické ... Veľká sovietská encyklopédia
Pozri v čl. Optický obraz ...
Obraz získaný v dôsledku prechodu optického systému lúčmi, ktoré sa šíria z objektu a reprodukuje jeho obrysy a detaily. Keď je to praktické pomocou I. o. využite možnosť zväčšenia obrázkov objektov ... ... Fyzická encyklopédia
OPTICAL IMAGE, obraz objektu pomocou optického zariadenia. Skutočný obraz je tvorený sústavou bodov, v ktorých sa zbiehajú svetelné lúče, ktoré prechádzajú optickým zariadením. Prostredníctvom bodov tvoriacich imaginárny obraz ... ... Vedecký a technický encyklopedický slovník
Optický obraz Obraz získaný v dôsledku prechodu optickým systémom svetelných lúčov šírených z objektu a reprodukovaním jeho obrysov a detailov. V praxi sa často mení veľkosť obrazu objektov a ... ... Wikipedia
Obraz objektu získaný pôsobením optického. systém na svetelné lúče vyžarované alebo odrážané objektom. konať reprodukuje kontúry a detaily objektu s určitými deformáciami (aberácie optických systémov). Rozlišovať platné. a ... ... Prírodné vedy. Encyklopedický slovník
Pravidlá sledovania lúčov tenkých šošoviek formulované v predchádzajúcej časti nás vedú k najdôležitejšiemu vyhláseniu.
Image teorém. Ak je svetelný bod S pred objektívom, potom po lomu šošovky sa všetky lúče7 (alebo ich predĺženia) pretínajú v jednom bode S0.
Bod S0 sa nazýva obraz bodu S.
Ak sa v bode S0 pretínajú lúče lúča, potom sa obraz nazýva skutočný. Môže sa získať na obrazovke, pretože energia svetelných lúčov je koncentrovaná v bode S0.
Ak sa v bode S0 samotné lúčové lúče nepretínajú, ale ich rozšírenie (to sa stáva, keď sa lúče lúča líšia po šošovke), potom sa obraz nazýva imaginárny. Nemožno ho získať na obrazovke, pretože v bode S0 nie je koncentrovaná žiadna energia. Imaginárny obraz, ktorý si spomínam, vzniká v dôsledku zvláštností nášho mozgu, že dokončenie divergenčných lúčov na ich imaginárnu križovatku a vidieť svetelný bod v tejto križovatke. Imaginárny obraz existuje len v našej mysli.
Obrazová veta slúži ako základ pre vytváranie obrazov v tenkých šošovkách. Ukážeme túto teóriu ako pre zhromažďovanie, tak aj pre difúznu šošovku.
4.6.1 Zbieranie šošoviek: skutočný bodový obraz
Najprv zoberte zberacie šošovky. Nech je vzdialenosť od bodu S k objektívu, f ohniskovej vzdialenosti šošovka. Existujú dva zásadne odlišné prípady: a\u003e f a 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.
Prvý prípad: a\u003e f. Bodový zdroj svetla S je umiestnený ďalej od objektívu ako ľavá ohnisková rovina (obrázok 4.39).
Obr. 4.39. Prípad a\u003e f: skutočný obraz bodu S |
Svetelný lúč prechádzajúci optickým stredom nie je lomený. Prijímame ľubovoľný lúč SX, budeme vytvárať bod S0, v ktorom sa križovaný lúč pretína s lúčom SO a potom ukáže, že poloha bodu S0 nezávisí od voľby lúča SX (inými slovami, bod S0
7 Opäť si spomeňte, že sa to netýka všetkých lúčov, ale len paraxiálnych, to znamená, že tvoria malé uhly s hlavnou optickou osou. V predchádzajúcej časti sme súhlasili, že zvažujeme len paraxiálne lúče. Iba pre nich fungujú naše pravidlá pre priebeh lúčov cez tenké šošovky.
je rovnaký pre všetky druhy lúčov SX). Takto sa ukazuje, že všetky lúče vychádzajúce z bodu S po refrakcii v šošovke sa pretínajú v bode S0 a obrazová veta bude preukázaná pre daný prípad a\u003e f.
Bod S0 nájdeme vytvorením ďalšieho priebehu lúča SX. Môžeme to urobiť: paralelne s SX lúčom vedieme dopredu optickú os OP do priesečníka s ohniskovou rovinou v
bočný zaostrenie P, po ktorom nakreslíme lúč lúča XP na priesečník s lúčom SO v bode S0.
Teraz budeme hľadať vzdialenosť b od bodu S0 k objektívu. Ukazujeme, že táto vzdialenosť je vyjadrená iba prostredníctvom a a f, to znamená, že je určená len zdrojovou polohou a vlastnosťami šošovky a teda nezávisí na konkrétnom SX lúči.
Sme kolíky SA a S0 A0 na hlavnú optickú os. Rovnako budeme vedieť SK rovnobežne s hlavnou optickou osou, t.j. kolmo k šošovke. Dostávame tri páry podobných trojuholníkov:
SAO S0 A0 O; | |
SXS0 OP S0; | |
V dôsledku toho máme nasledujúci reťaz rovníc (číslo vzorca nad rovnomenným znamienkom označuje, ktorý pár podobných trojuholníkov získa táto rovnosť).
AO (4.6) SO | (4.7) SX | (4.8) SK | |||||||||||||||||
Ale AO = SK = a, OA0 = b, OF = f, takže vzťah (4.9) sa prepíše ako:
Ako vidíme, skutočne nezávisí na voľbe SX lúča. Preto akýkoľvek SX lúč po refrakcii v šošovke prejde cez bod S0, ktorý sme vytvorili a tento bod bude skutočným obrazom zdroja S.
V tomto prípade sa preukáže obrazová veta.
Praktický význam imageovej vety je to. Ak sa všetky lúče zdroja S pretínajú po šošovke v jednom bode jeho obrazu S0, potom na vytvorenie obrazu stačí vziať dva najpriaznivejšie lúče. Ktoré z nich?
Ak zdroj S nespočíva na hlavnej optickej osi, potom sú vhodné ako bežné nosníky:
lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky nie je lámavý;
lúč paralelný s hlavnou optickou osou po lomu, prechádza cez zaostrenie. Konštrukcia obrazu pomocou týchto lúčov je znázornená na obr. 4.40.
Obr. 4.40. Vytvára obraz bodu S, ktorý nie je umiestnený na hlavnej optickej osi |
Ak je bod S umiestnený na hlavnej optickej osi, potom vhodný zväzok zostáva iba jeden vedený pozdĺž hlavnej optickej osi. Ako druhý lúč musíme "nepohodlne" (obr.4.41).
Obr. 4.41. Vytvorenie obrazu bodu S ležiaceho na hlavnej optickej osi
Pozrime sa znova na výraz (4.10). Môže byť napísaný trochu inou formou, viac
roztomilé a nezabudnuteľné. Najskôr posuňte jednotku doľava: | ||||||||||||||
Teraz rozdeľujeme obe strany tejto rovnosti na: | ||||||||||||||
Vzťah (4.12) sa nazýva tenký vzorec objektívu (alebo len vzorec objektívu). Doteraz sa vzorka šošovky získala pre prípad zbernej šošovky a pre\u003e f. V nasledujúcich prípadoch odvodíme modifikácie tohto vzorca pre zvyšné prípady.
Teraz sa vrátime k vzťahu (4.11). Jeho význam nie je obmedzený na to, že dokazuje obrazovú vetu. Tiež vidíme, že b nezávisí od vzdialenosti SA (obr.4.39, 4.40) medzi zdrojom S a hlavnou optickou osou!
To znamená, že akýkoľvek bod M segmentu SA budeme mať, jeho obraz bude na rovnakej vzdialenosti b od objektívu. Bude ležať na segmente S0 A0, menovite na priesečníku segmentu S0 A0 s MO lúčom, ktorý prechádza cez šošovku bez lomu. Najmä obraz bodu A je bod A0.
Preto sme vytvorili dôležitý fakt: obraz segmentu SA je segment S0 A0. Odteraz pôvodný segment, ktorého obraz nás zaujíma, nazývame objekt a na obrázkoch označujeme červenú šípku. Budeme potrebovať smer šípky, aby sme sledovali priamy alebo obrátený obraz.
4.6.2 Zbieranie objektívu: skutočný obrázok položky
Pokračujme k úvahám o obrázkoch objektov. Pripomeňme si, že v súčasnosti sme v rámci prípadu a\u003e f. Tu môžeme rozlíšiť tri charakteristické situácie.
1. f< a < 2f. Изображение предмета является действительным, перевёрнутым, увеличенным (рис. 4.42 ; dvojité zaostrenie označené 2F). Zo vzorca objektívu vyplýva, že v tomto prípade b\u003e 2f bude (prečo?).
Obr. 4.42. F< a < 2f: изображение действительное, перевёрнутое, увеличенное |
Takáto situácia sa realizuje napríklad v spätných projektoch a filmových kamier, tieto optické zariadenia poskytujú zväčšený obraz na obrazovke toho, čo je na filme. Ak ste niekedy ukázali snímky, potom viete, že snímka musí byť vložená do projektora hore nohami tak, aby obrazovka na obrazovke vyzerala správne, ale nefunguje obrátene.
Pomer veľkosti obrazu k veľkosti objektu sa nazýva lineárne zväčšenie šošovky a je indikovaný (to je kapitál grécky "gamma"):
A 0 B 0: AB
Z podobnosti trojuholníkov ABO a A0 B0 O dostávame:
Vzorec (4.13) sa používa v mnohých problémoch, pri ktorých sa objavuje lineárne zvýšenie šošoviek.
2. a = 2f. Z vzorca (4.11) zisťujeme, že b = 2f. Lineárne zväčšenie šošovky podľa (4.13) sa rovná jednej, to znamená, že veľkosť obrazu sa rovná veľkosti objektu (obr.4.43).
Obr. 4.43. a = 2f: veľkosť záberu sa rovná veľkosti objektu |
Predpokladajme, že svetelný bod, ležiaci na hlavnej osi objektívu, sa z objektívu veľmi vyberie na dlhé vzdialenosti, V tomto prípade sa lúče, ktoré padajú na šošovku, budú stáť paralelné s jej hlavnou osou. V § 88 sme videli, že po lomu v šošovke sa tieto lúče zbierajú v ohnisku šošovky. Vo vzorci (89.6), keď je zdroj odstránený vo veľmi veľkej vzdialenosti, množstvo klesá na nulu a my dostaneme
to znamená, môžeme povedať, že zameraním je obraz "nekonečne vzdialeného" bodu.
Príkladom prakticky nekonečne vzdialeného zdroja je každé nebeské telo. V dôsledku toho budú obrazy hviezd, Slnka a pod. V centre pozornosti objektívu. Zemské zdroje svetla, ktoré sú dostatočne vzdialené od objektívu, tiež poskytujú obraz v jeho zaostrení.
Predpokladajme, že obraz určitého bodu je odstránený vo veľmi veľkej vzdialenosti, t.j. lúč svetelných lúčov vychádza z objektívu rovnobežne s hlavnou osou. V tomto prípade, ako sme videli v § 88, zdroj by mal byť v prednom zaostrení objektívu (obrázok 196). Tento záver vyplýva z vzorca (89.6). Skutočne, za predpokladu, že obraz je v nekonečno, dostaneme; pričom vzdialenosť zdroja od objektívu sa rovná ohniskovej dĺžke :.
Rôzne šošovky sa navzájom líšia pri usporiadaní stredov sférických povrchov, ktoré ich tvoria, ich polomerov a indexov lomu látky, z ktorej sú šošovky vyrobené. Na obr. 198 predstavuje šesť hlavných typov šošoviek.
Obr. 198. Rôzne typy šošoviek. Ak materiál šošoviek odráža silnejšie ako prostredie, potom zadajte a, b, c - zber; typy g, d, e - rozptyl.
Ak sa paralelné lúče po lomu v šošovke zbiehajú, skutočne sa pretínajú v určitom bode ležiaceho na druhej strane objektívu, potom sa objektív nazýva konvergujúci alebo pozitívny (obrázok 199a). Ak sa paralelné lúče po lomu v šošovke rozbiehajú (obrázok 199, b), objektív sa nazýva rozptyl alebo negatív. V prípade zaostrenia rozptýlenej šošovky nie sú pretínajúce lúče, ale ich imaginárne pokračovanie; v tomto prípade je zameranie na tej istej strane šošovky, z ktorej dopadá paralelný lúč lúčov na šošovku. Ohniská sa v tomto prípade nazývajú imaginárne (obrázky 199, 6).
Obr. 199. Platné zameranie zberná šošovka (a) a pomyselné zaostrenie rozptýlenej šošovky (b)
Zvyčajne materiál šošoviek odráža silnejšie ako prostredie (napríklad sklenené šošovky vo vzduchu). Potom sú zberné šošovky šošovky, ktoré sa zahustia od okrajov do stredu - bikonvexné a plano-konvexné šošovky a pozitívny meniskus (konkávne konvexné šošovky, obr. 198, a-c). Rozptylovacie šošovky sú šošovky, ktoré sa stávajú tenšie smerom k stredu: bikonkave, ploché konkávne šošovky a negatívny meniskus (konvexná konkávna šošovka, 198, d - e). Ak materiál šošovky odráža slabšie ako prostredie, t.j. relatívny index lomu, naopak, rozptylové šošovky a, b, c (obrázok 198) a šošovky g, g, e sa zbierajú. Takéto šošovky je možné získať napríklad vytvorením vo vode dvoma hodinkami, nalepenými voskom, vzduchovou dutinou vhodnej formy (obrázok 200).
Obr. 200. Bikonvexné šošovky: a) sklo v zberu vzduchu; b) rozptyľovanie vzduchu vo vode
Prejdime do úvahy svetelných bodov umiestnených v konečnej vzdialenosti od objektívu. Vždy sa budeme zaoberať zdrojmi umiestnenými naľavo od objektívu. Pokiaľ ide o obrázky, v závislosti od typu objektívu a od polohy zdroja vzhľadom k tomu môže byť obraz buď vpravo, alebo vľavo od objektívu. Ak je obraz umiestnený vpravo od objektívu, potom to znamená, že je tvorený zbiehajúcim sa lúčom lúčov (obrázok 201, a), to znamená lúče, ktoré skutočne prechádzajú bodom. Obraz v tomto prípade sa nazýva platný. Môžete ho získať na obrazovke, fotografickej doske atď. Po obnovení priebehu lúčov, ktoré viedli k vytvoreniu obrazu, vždy nájdeme miesto zdroja, hoci v praxi to zvyčajne súvisí s určitými ťažkosťami.
Predpokladajme teraz, že obraz leží vľavo od objektívu, t.j. na tej istej strane ako zdroj. Znamená to, že lúč lúčov odchyľujúci sa od zdroja sa po refrakcii v šošovke ešte viac rozbieha a len imaginárne pokračovanie lúčov lúča sa pretína v bode (obrázok 201, b). Obraz v tomto prípade sa nazýva imaginárny.
Obr. 201. Zdroj a skutočný obraz ležia na rôznych stranách šošovky (a); imaginárny obraz je na tej istej strane objektívu ako zdroj (b)
Termín "imaginárny obraz" zakorenený v optike môže viesť k niektorým nedorozumeniam. V skutočnosti, samozrejme, nie je nič "imaginárneho", pretože rys imaginárnych obrázkov je, že sa nedajú získať priamo na obrazovke, fotografickú dosku atď. Napríklad, keď umiestnite veľmi malú obrazovku v bode (obrázok 201, b) Ak hlavná časť lúčov nezasahuje do objektívu, nedostaneme na ne svetelný bod. Avšak rozdielny lúč lúčov, ktorých imaginárne pokračovanie sa pretína v imaginárnom obraze, nemá nič samo o sebe "imaginárne". Tento zväzok môže byť premenený na konvergentný lúč, ak je správne zvolená zberná šošovka umiestnená na jeho dráhe. Potom na obrazovke alebo fotografickej doske budeme mať skutočný obraz svetelného bodu (obrázok 202), ktorý sa zároveň môže zobraziť ako obraz "imaginárneho bodu".
Úloha takej zbernej šošovky tiež spĺňa ľudské oko; na fotosenzitívnej škrupine oka - zhromažďujú sa lúče sietnice, ktoré sa odlišujú od svetelných zdrojov. Lúč rozdielnych lúčov, či už pochádzajú z reálneho bodového zdroja alebo z jeho imaginárneho obrazu, môže byť zhromaždený optickým systémom oka v jednom bode na sietnici. V každodennom živote nadobúda pozorovateľ zvyk automaticky obnoviť priebeh lúčov, ktoré dali obraz na sietnicu a určili miesto zdroja. Keď sa do oka vtiahne rozdielny lúč lúčov (s vrcholom at), ktorý je znázornený na obr. 202, potom "obnovením" miesta, odkiaľ tieto lúče pochádzajú, sme v zdrojovom a zdrojovom bode, aj keď v skutočnosti je v tomto bode zdrojom pet. Tento imaginárny zdroj je to, čo nazývame "imaginárny" obraz bodu.
Obr. 202. Transformácia rozbiehajúceho sa lúča lúčov do zbiehajúcej sa pomocou pomocných zberných šošoviek (napríklad oka)
Pri použití vzorca (89.6) je ľahké zistiť, ako sa mení pozícia obrazu pri pohybe zdroja pozdĺž hlavnej optickej osi (pozrite si časť Cvičenie 31, 32 na konci tejto kapitoly).
Imaginárny obraz
Optický obraz - obrázok získaný v dôsledku prechodu optickým systémom svetelných lúčov šírených z objektu a reprodukcie jeho obrysov a detailov.
V praxi často menia veľkosť obrazu objektov a premietajú ho na akýkoľvek povrch.
Zhoda s objektom sa dosiahne, ak každý jeho bod je reprezentovaný bodom, aspoň približne. V tomto prípade existujú dva prípady: skutočný obraz a imaginárny obraz.
- Skutočný obrázok vytvára sa, keď sa po všetkých reflexiach a lomoch lúče vychádzajúce z jedného bodu objektu zhromaždia do jedného bodu.
Skutočný obrázok sa nedá vidieť priamo, ale vidíte jeho premietanie jednoduchým umiestnením rozptýlenej obrazovky. Skutočné je vytvorené takými optickými systémami ako sú šošovky (napríklad filmový projektor alebo kamera) alebo jedna pozitívna šošovka.
- Imaginárny obraz - ten, ktorý sa dá vidieť s očami. Zároveň každý bod objektu zodpovedá lúču lúčov vychádzajúcich z optického systému, ktoré by v prípade, že by sa mali rozšíriť späť o priamku, zhromaždili v jednom bode; tam je vzhľad, že lúč pochádza odtiaľ. Virtuálny obraz je vytvorený takými optickými systémami ako sú ďalekohľady, mikroskop, negatívna alebo pozitívna šošovka (lupa) a ploché zrkadlo.
V každom skutočnom optickom systéme sa nevyhnutne vyskytujú odchýlky, v dôsledku čoho sa lúče (alebo ich pokračovanie) v jednom bode ideálne nepribližujú a navyše čo najbližšie sa v prípade potreby nerealizujú presne. Obraz je trochu rozmazaný a geometricky nie je úplne podobný predmetu; sú možné aj iné chyby.
Lúč lúčov, ktorý sa odchyľuje od jedného bodu alebo sa v ňom zbieha, sa nazýva homokentrický. Zodpovedá sférickej svetelnej vlne. Úlohou väčšiny optických systémov je transformovať rozchádzajúce sa homokentrické lúče na homokentrické, čím sa vytvorí imaginárny alebo skutočný obraz, najčastejšie v inom rozsahu vo vzťahu k subjektu.
Stigmatický obraz (od staro-gréckeho στίγμα - prick, jazva) - optický obraz, ktorého každý bod zodpovedá jednému bodu objektu zobrazenému optickým systémom.
Stigmatický obraz nie je nevyhnutne geometricky podobný zobrazenému objektu, ale ak je podobný, takýto obraz sa nazýva ideálny. Toto je možné len za podmienky, že všetky aberácie v optickom systéme chýbajú alebo sú vylúčené a že je možné zanedbať vlnové vlastnosti svetla. Optický systém, ktorý vytvára ideálny obraz, sa nazýva ideálny optický systém. Ideálne možno považovať za centrované systémy, v ktorých je obraz získaný pomocou monochromatických a paraxiálnych svetelných lúčov.
poznámky
literatúra
- Fyzická encyklopédia, T. II. M., "Soviet Encyclopedia", 1990. (Článok "Optický obraz".)
- Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Príručka fyziky. - M .: "Science", Ed. firma "Fiz.-mat. lit. ", 1996.
- Sivukhin D.V. Všeobecný kurz fyziky. Optika. M., "Science", 1985.
- Volosov D.S. Fotografická optika. M., "Art", 1971.
Pozri tiež
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo "imaginárny obraz" v iných slovníkoch:
- (pozri OPTICKÝ OBRAZ). Fyzický encyklopedický slovník. M .: Sovietská encyklopédia. Hlavný redaktor A. M. Prokhorov. 1983. IMPRESSIVE IMAGE ... Fyzická encyklopédia
Veľký encyklopedický slovník
ZOBRAZENÝ OBRAZ - pozri ... Veľká polytechnická encyklopédia
Pozrite si obrázok Optické. * * * IMAGINABLE IMAGE IMAGINABLE IMAGE, pozri obrázok optický (pozri OPTICKÝ OBRAZ) ... Encyklopedický slovník
imaginárny obraz - Menamasis vaizdas statusas Trista fizika atitikmenys: angl. zjavný obraz; virtuálny obrázok vok. scheinbares Bild, n; virtuelles Bild, n rus. imaginárny obraz, n pranc. image virtuelle, f ... Fizikos terminų žodynas
Objekt (vnímaný oko ako objekt) je tvorený priesečníkmi geometrických pokračovaní svetelných lúčov prechádzajúcich cez optický systém v smeroch opačnom k aktuálnemu priebehu týchto lúčov. Podrobnosti nájdete v časti Obrázok ... ... Veľká sovietská encyklopédia
Pozrite si obrázok Optické ...
OPTICAL IMAGE, obraz objektu pomocou optického zariadenia. Skutočný obraz je tvorený sústavou bodov, v ktorých sa zbiehajú svetelné lúče, ktoré prechádzajú optickým zariadením. Prostredníctvom bodov tvoriacich imaginárny obraz ... ... Vedecký a technický encyklopedický slovník
Obraz objektu získaný pôsobením optického. systém na svetelné lúče vyžarované alebo odrážané objektom. konať reprodukuje kontúry a detaily objektu s určitými deformáciami (aberácie optických systémov). Rozlišovať platné. a ... ... Prírodné vedy. Encyklopedický slovník
Optický obraz Obraz získaný v dôsledku prechodu optickým systémom svetelných lúčov šírených z objektu a reprodukovaním jeho obrysov a detailov. V praxi sa často mení veľkosť obrazu objektov a ... ... Wikipedia
Geometrická optika vysvetľuje veľa jednoduchých optických javov, ako je vzhľad stínov a tvorba obrazov v optických zariadeniach. Umožňuje pomerne ľahko vidieť prechod svetla cez ktorýkoľvek optický systém a dáva
schopnosť riešiť celý rad prakticky dôležitých úloh jednoduchými prostriedkami.
Na riešenie jemnejších otázok, ako je rozloženie svetla v blízkosti zaostrenia alebo rozlíšenia optických nástrojov, je však nevyhnutné ísť ďalej geometrickú optiku a pri zohľadnení vlnovej povahy svetla. Ako je uvedené v § 33, obraz vzdialenej hviezdy v ohniskovej rovine teleskopickej šošovky nie je bodom, ale difrakčným bodom.
Geometrická optika a vlnové vlastnosti svetla. Podľa pojmov geometrickej optiky je obrazom bodu objektu priesečník lúča lúčov. Avšak v blízkosti tohto priesečníka sa krivosť povrchu vlny stáva taká významná, že už nemôže byť považovaná za plochá na vzdialenosti rádovo vlnovej dĺžky. V blízkosti takýchto bodov podmienky použiteľnosti geometrickej optiky zjavne nie sú splnené: svetelný tok nie je možné zozbierať do jedného bodu, pretože by to viedlo k nekonečne veľkému osvetleniu, čo sa v skutočnosti nestane.
Fotoaparát obscura. Rozsah, v akom vlnové vlastnosti svetla narúšajú predpokladané hodnoty geometrickú optiku obrázok, môžete vidieť príklad najjednoduchšieho optického zariadenia - kamery obscura.
Dierkové zariadenie je schematicky znázornené na obr. 233. Je to krabica s malým otvorom v jednej zo stien. Činnosť kamery obscura, ako aj existencia ostrých tieni z nepriehľadných objektov s malým zdrojom svetla, sú fakty, ktoré naznačujú priamočiaru šírenie svetla v homogénnom prostredí.
Základný zákon geometrickej optiky - priamočiare šírenie svetla - je však platný len pre široké, striktne vymedzené, neobmedzené svetelné lúče. Akékoľvek obmedzenie šírky svetelného lúča, nevyhnutné v každom optickom prístroji, nevyhnutne vedie k odchýlkam od geometrickej optiky a prejavom vlnových vlastností svetla.
Obr. 233. Diagram kamery obscura
Výber optimálneho priemeru otvoru pre získanie najostrejšieho obrazu vzdialených objektov na obrazovke je hľadanie určitého kompromisu medzi vlnou a geometrickou optikou. Ak svetlo naozaj poslúchlo zákony geometrickej optiky, potom by úloha bola triviálna: čím menší je otvor, tým ostrejší je obraz. V skutočnosti môže byť vzdialený objekt mentálne rozdelený na samostatné prvky a každý prvok môže byť považovaný za bodový zdroj. Otvor na prednej stene fotoaparátu odreže lúč lúčov zo zdroja, ktorý padá na obrazovku. Lúč lúčov z diaľkového ovládania
Nie je však možné obmedziť dieru nekonečne nielen preto, že to znižuje svetelný tok a následne aj osvetlenie obrazu, ale aj preto, že skôr či neskôr začne ovplyvňovať vlnová povaha svetla. Difrakcia svetla na dieru vedie k rozmazaniu obrazu. Ak zmenšíte otvor na veľkosť porovnateľnú s vlnovou dĺžkou svetla, obraz úplne zmizne a obrazovka sa takmer rovnomerne rozsvieti.
Odhadnite veľkosť difrakčného bodu na obrazovke, ktorý možno považovať za obraz vzdialeného bodového zdroja, v prípadoch, keď je potrebné použiť vlnovú optiku. Môže sa to urobiť rovnakým spôsobom ako v § 33, kde boli odhadnuté rozmery difrakčného obrazu hviezdy v teleskopu. Podľa vzorca (1) § 33 pre difrakčný uhol 0, t.j. smer k okraju centrálnej difrakčnej škvrny, máme
kde je priemer dierkovej kamery. Tento uhol určuje lineárny rozmer difrakčného bodu na obrazovke kamery. Ak je vzdialenosť od otvoru k obrazovke
Je zrejmé, že veľkosť otvoru by sa mala znížiť len dovtedy, kým sa veľkosť difrakčného bodu nebude rovnať veľkosti obrazu získanej pri aproximácii geometrickej optiky. Ďalšie zníženie otvoru spôsobí len rozmazanie obrazu, t.j. zhoršenie ostrosti.
Takže najlepšia ostrosť obrazu sa dosiahne s rovnoprávnosťou priemeru otvoru a veľkosťou difrakčného bodu a:
Keď L = 25 cm pre viditeľné svetlo, optimálna veľkosť otvoru je 0,5 mm.
Homokentrické a astigmatické lúče lúčov. Pri zobrazovaní objektov v optických zariadeniach podľa pravidiel geometrickej optiky je potrebné mať na pamäti, že rozmazanie a skreslenie sa vyskytujú nielen kvôli difrakcii. To je primárne spôsobené porušením homocentricity lúča lúčov. Homocentric sa nazýva lúč lúčov prechádzajúcich cez jeden bod (obr.
234). Všetky lúče vychádzajúce z jednotlivých bodov objektu sú pred vstupom do optického systému homokentrické.
Keď sa odrazí v plochom zrkadle, lúče zmenia smer, ale zachová sa homocentricita lúčov. Zdá sa pozorovateľovi, že lúče sa odrážajú od výstupu zrkadla z jedného bodu A, ktorý je umiestnený za zrkadlom symetricky k bodu A.
Obr. 234. Rozdielne (a) a konvergentné (6) homokentrické lúče
Po prechode optickým systémom sa stratí vlastnosť homokentricity lúčov. Stane sa to aj vtedy, keď sa svetlo prelína na ploché rozhranie medzi dvomi médiami. V dôsledku toho sa lúč stáva astigmatickým. V astigmatických lúčoch (obrázok 235) sa lúče ležiace vo dvoch vzájomne kolmých axiálnych úsekoch pretínajú na rôznych miestach - v dvoch segmentoch, ktoré sú posunuté pozdĺž lúča do určitej vzdialenosti. Plochy vlny kolmé na lúče astigmatického lúča majú dvojité zakrivenie (rôzne polomery na obrázku 235), na rozdiel od homokentrických lúčov so sférickými vlnovými povrchmi. Napriek tomu, že pri prechode cez optický systém sa stratela vlastnosť homocentricity lúča, je približne zachovaná v prakticky dôležitom prípade paraxiálnych nosníkov v stredových optických systémoch, t.j. systémov vytvorených sférickými refrakternými a odraznými povrchmi, ktorých stredy ležia na jednom priamka, nazývaná optická os. Lúče lúčov sa nazývajú paraxiálne, ak lúče vytvárajú malé uhly s optickou osou a pretínajú povrchy na vzdialenosti od osi, ktoré sú malé v porovnaní s polomermi zakrivenia povrchov. Prechádzajúc optickým systémom paraxiálne lúče z rôznych častí objektu tvoria svoj optický obraz, takže každý bod objektu zodpovedá určitému bodu obrazu (obrázok 236).
Obr. 235. Astigmatický lúč lúčov
Obr. 236. Tvorba obrazu v optickom systéme
Sférické zrkadlo. Paralelný lúč lúčov dopadajúcich na konkávne guľové zrkadlo po odrazení sa zhromažďuje zaostrením (obrázok 237a). Ohnisko sa nachádza v strede segmentu, ktorý spája stred. Na povrchu zrkadla - optické centrum - a vrchol P zrkadla je tyč. Ohnisková vzdialenosť zrkadla, kde je polomer zakrivenia zrkadla.
Ak chcete vytvoriť obraz ľubovoľného bodu A v sférickom zrkadle, je vhodné použiť nasledovné lúče (obrázok 2376):
Obr. 237. Konkávne zrkadlo
1) lúč prechádzajúci optickým stredom O; odrazený lúč ide pozdĺž rovnakej rovnej chrbtovej časti;
2) lúč prechádzajúci zaostrením odrazeného lúča je rovnobežný s optickou osou;
3) lúč je rovnobežný s optickou osou; odrazený lúč prejde zaostrením
4) lúč dopadajúci na tyč zrkadla; odrazený lúč je symetrický s incidentom okolo optickej osi
Vzdialenosť od objektu k zrkadlu a vzdialenosť od zrkadla k obrazu súvisí s ohniskovou vzdialenosťou pomerom
ktorý sa nazýva vzorec sférického zrkadla.
Keď je objekt umiestnený na vzdialenosti od "s" k obrázku, obraz je skutočne obrátený. Obraz objektu umiestneného bližšie k zaostreniu, imaginárny priamy zväčšený. Nachádza sa za zrkadlom (obrázok 231c). Vzorec (1) platí aj v tomto prípade, ak je vzdialenosť od imaginárneho obrazu v ňom považovaná za negatívnu
Paralelný lúč lúčov spadajúcich na konvexné zrkadlo sa odráža, ako keby všetky lúče boli zaostrené (obrázok 238), ktoré sa nachádzali za zrkadlom vo vzdialenosti
Obr. 238. Konvexné zrkadlo
V ktoromkoľvek mieste objektu je jeho obraz v konvexnom zrkadle imaginárny priamy redukovaný a nachádza sa za zrkadlom (bližšie k zaostreniu).
Vytvoriť obraz pomocou lúčov podobných tým, ktoré sú uvedené pre konkávne zrkadlo. Vzorec (1) platí aj pre konvexné zrkadlo, ak je jeho ohnisková vzdialenosť považovaná za negatívnu
Opäť zdôrazňujeme, že formulované pravidlá pre vytváranie obrazov sú platné len pre paraxiálne lúče. V širokom lúči sa tromi lúčmi, ktoré tvoria významné uhly navzájom, nepretínajú v jednom bode.
Lens. Hlavná optická os objektívu sa nazýva priamka prechádzajúca stredmi zakrivenia sférických povrchov ohraničujúcich šošovku. Zberacie šošovky v strede sú hrubšie ako na okrajoch, rozptyl - naopak tenší v strede (obrázok 239), keď je index lomu materiálu šošovky väčší ako okolité prostredie. Objektív sa nazýva tenký, ak je jeho hrúbka zanedbateľná v porovnaní s polomerom zakrivenia jeho plôch a vzdialenosťou od objektu k šošovke. Súčasne sú priesečníky sférických povrchov šošovky s optickou osou (obrázok 240a) tak blízko, že sú vzaté ako jediný bod O, ktorý sa nazýva optický stred šošovky.
Obr. 239. Zberanie (a) a rozptýlenie (b) šošoviek
Na ohnisku šošovky sa zhromažďuje lúč lúčov dopadajúcich na zbernú šošovku paralelne s optickou osou (obrázok 240a). Ohnisková vzdialenosť šošovky závisí od polomeru zakrivenia jej šošovky
refraktívne povrchy a index lomu materiálu šošovky. Pre bikonvexnú šošovku sa vypočíta vzorka
Predpokladá sa, že šošovka je v médiu s indexom lomu jedného (vákuum, vzduch). Ak je jeden povrch plochý, jeho polomer zakrivenia
Obr. 240. (pozrite si skenovanie) Zbieranie šošoviek
Pre konvexné konkávne šošovky by mal byť polomer konkávneho povrchu vo vzorci (2) považovaný za negatívny.
ohnisková vzdialenosť, nazývaná optická sila objektívu:
Optická energia je vyjadrená ako dioptrie (dioptrie). Objektív v jednej dioptrickej jednotke má ohniskovú vzdialenosť 1 m.
Ak je lúč lúča rovnobežný s optickou osou nasmerovaný na objektív z opačnej strany, zhromaždí sa v bode a bude v rovnakej vzdialenosti od šošovky, ak je rovnaké médium na oboch stranách šošovky.
Na vytvorenie obrazu je vhodné použiť nasledujúce lúče (obrázok 240b):
1) lúč prechádzajúci cez optický stred rozptylového skla bez lomu;
2) lúč je rovnobežný s optickou osou; po lomu prechádza fokusom
3) lúč prechádzajúci predným zaostrením F po refrakcii lúča je rovnobežný s optickou osou.
Paralelný lúč lúčov dopadajúcich na rozptylové sklo pod uhlom optickej osi sa zhromažďuje v bode nachádzajúcom sa v ohniskovej rovine šošovky (obrázok 240c).
Vzdialenosť objektu od objektívu a vzdialenosť od objektívu k obrázku súvisia s ohniskovou vzdialenosťou rovnakým vzorecom ako v prípade guľového zrkadla:
Tento pomer sa nazýva vzorec objektívu.
Obr. 241. Difúzne šošovky
Ak je vzdialenosť od objektu väčšia ako ohnisková vzdialenosť objektívu, potom je obraz skutočne obrátený a nachádza sa na druhej strane objektívu (obrázok 2406). Ak je vzdialenosť od objektu menšia ako ohnisková vzdialenosť, obrázok je pomyselne zväčšený a je umiestnený na tej istej strane objektívu ako objekt (obrázok 240g). Vzorec (3) platí aj pre imaginárny obraz, ak sa predpokladá, že jeho vzdialenosť je negatívna.
Svetelný lúč paralelný s optickou osou dopadajúcou na rozptýlenú šošovku sa rozkladá po refrakcii, ako keby lúče vychádzali z ohniska ležiaceho pred objektívom (obrázok 241a).
Obraz vytvorený rozptylovacou šošovkou v akejkoľvek polohe objektu, imaginárne priamo redukovaný (obrázok 2416). ohniskový
vzdialenosť rozbiehajúcej sa šošovky sa vypočíta podľa rovnakého vzorca (2). Polomery zakrivenia konkávnych povrchov sú do neho vložené znamienkom mínusu a optická sila sa tiež získa pre difúznu šošovku, je tiež negatívna. Pozícia obrazu je podľa vzorca (3). Ako to dáva, t. J. Imaginárny obraz je umiestnený na tej istej strane objektívu ako objekt.
Vytvorenie skutočného obrazu objektu pomocou zberného šošovky vysvetľuje princíp zariadenia a činnosti mnohých optické prístrojeako napríklad fotoaparát, projektor atď.
Fotoaparát. Obraz fotografovaných objektov vo fotoaparáte (skutočný obrátený, zvyčajne zmenšený) vytvára objektív (obrázok 242).
Obr. 242. Kamera
Jediná šošovka má chromatické a sférické aberácie, astigmatizmus a iné nedokonalosti; preto je šošovka systémom s viacerými šošovkami, v ktorom sú korigované určité odchýlky. Povrchy šošoviek sú potiahnuté antireflexnou vrstvou, ktorá znižuje stratu svetla v dôsledku odrazov. Účinok vrstvy je založený na fenoméne svetelnej interferencie.
Ostré snímky objektov umiestnené v určitej vzdialenosti od kamery (bod A na obrázku 242) sa získajú v rovine fólie. Zaostrenie sa vykonáva pohybom objektívu. Obrazy bodov, ktoré nie sú v rovine vyzdvihnutia (bod B na obrázku 242), sa získajú ako rozptyľovacie kruhy. Veľkosť týchto kruhov sa znižuje, keď je šošovka membrána, to znamená, keď je relatívna clona zmenšená, čo vedie k zvýšeniu hĺbky ostrosti.
Keď však membrána znižuje svetelný tok, ktorý sa týka tvorby obrazu, čo si vyžaduje zvýšenie času expozície pre normálnu expozíciu filmu. Najväčšia relatívna apertúra ATL / P (s úplne otvorenou membránou) určuje pomer clony šošovky. Clona sa rovná štvorcu vzťahu
Projekčné prístroje. V projekčnom prístroji je objekt (snímka D) umiestnený vo vzdialenosti od väzňa od
Pred objektívom, aby sa na obrazovke E vytvoril skutočne zväčšený obrátený obraz (obrázok 243). Lineárny nárast, ktorý sa rovná pomeru veľkosti obrazu k veľkosti objektu a teda pomeru pomocou vzorca šošovky (3), môže byť napísaný ako
Rastú s rastúcou vzdialenosťou od obrazovky. Zvýšenie je väčšie, čím je ohnisková vzdialenosť šošovky menšia.
Kondenzor K a zrkadlo 3 sa používajú na sústredenie svetelného toku zo zdroja na objektív.
Obr. 243. Projekčné prístroje
Kondenzátor sa vypočíta tak, že skutočný obraz svetelného tela zdroja, ktorý vytvoril, je v otvore objektívu. Zdroj je umiestnený v strede zakrivenia sférického zrkadla.
Nástroje na vizuálne pozorovanie. Optické zariadenia používané na vizuálne pozorovania majú svoje vlastné charakteristiky.
Zdanlivá veľkosť predmetného subjektu závisí od veľkosti jeho obrazu na sietnici, v závislosti od uhla, v ktorom je subjekt viditeľný. Definícia uhla pohľadu 0 je jasná z obr. 244. Uhol pohľadu nesmie byť menší ako určitá minimálna hodnota, približne rovná 1, inak oko nemôže vyriešiť dva body, to znamená, že ich vidí oddelene.
Zorný uhol sa môže zväčšiť tým, že oko priblížite k objektu. pre normálne oči má zmysel priblížiť objekt k nie viac ako 25 cm, t.j. k vzdialenosti najlepšie zobrazenie, čo je najvhodnejšie na prezeranie podrobností o danej téme.
Na menších vzdialenostiach, osoba s normálne videnie len s ťažkosťami prispôsobiť vaše oko. Ak však umiestnite zberné šošovky (lupy) pred oko, potom predmetný objekt môže byť významne
Obr. 244. Zorný uhol
bližšie k oku a tým zväčšiť uhol pohľadu. Pomer zorného uhla pri pozorovaní objektu cez optické zariadenie do uhla pohľadu pri pozorovaní voľným okom vo vzdialenosti najlepšieho videnia sa nazýva zväčšenie prístroja.
Lupou. Priebeh lúčov pri prezeraní objektu pomocou lupy je znázornený na obr. 245. Objekt je umiestnený pred objektívom vo vzdialenosti o niečo menšej ako je ohnisková vzdialenosť. Lúče z ľubovoľného bodu objektu po refrakcii v šošovke tvoria lúč rozchádzajúcich lúčov, ktorých pokračovanie sa pretína v jednom bode a vytvára virtuálny obraz. Tento obrázok je zobrazený ako oko umiestnené priamo za lupou.
Obr. 245. Priebeh lúčov v slučke
Pri miernom pohybe objektu v blízkosti zaostrenia sa pozícia imaginárneho obrazu významne mení a keď je objekt zarovnaný s ohniskom, je všeobecne odstránený do nekonečna. Úhlová veľkosť je však 0 obrázkov, ako je zrejmé z obr. 245, s takmer žiadnou zmenou. Preto poloha objektu prakticky neovplyvňuje zväčšenie zväčšovacieho skla, ale ovplyvňuje iba umiestnenie oka pri pohľade na imaginárny obraz. Je zrejmé, že zväčšenie lupy sa rovná pomeru vzdialenosti najlepšieho videnia k ohniskovej vzdialenosti
Zväčšovacie sklo s ohniskovou vzdialenosťou 10 cm dáva zvýšenie s ohniskovou vzdialenosťou 5 cm - zvýšenie
Mikroskop. Pre vysoké zväčšenie sa používa mikroskop. Optický systém mikroskopu (obrázok 246) pozostáva z komplexného objektívu s viacerými objektívmi s ohniskovou vzdialenosťou niekoľkých milimetrov a okulára s ohniskovou vzdialenosťou niekoľkých centimetrov. Objektív vytvára skutočný obrátený zväčšený obraz objektu umiestneného priamo pred zaostrením objektívu. Stredný obraz sa pozerá cez okulár, ako lupu. Za týmto účelom je okulár umiestnený tak, aby bol obraz v ohniskovej rovine (alebo vo vzdialenosti o niečo menšej ako ohnisková rovina).
Zväčšenie šošovky tam, kde je dĺžka mikroskopickej trubice, pretože medziprodukt je vo vnútri trubice pred okulárom. Zväčšenie okulára je podobné ako pri lupine. Celkové zväčšenie mikroskopu
Aby sa optický systém mikroskopu zhodoval s očkom pozorovateľa, musí byť ohnisková vzdialenosť okulára (pri danej ohniskovej vzdialenosti šošovky) zvolená tak, aby priemer a paralelný lúč lúčov vychádzajúcich z okulára z určitého bodu predmetu zodpovedali priemeru očnej zornice (alebo štyrikrát menej pri pozorovaní jasných objektov). Tento stav ukladá obmedzenie prípustného zväčšenia mikroskopu a pri veľkých zväčšeniach sa zmenší priemer žiaka a osvetlenie obrazu na sietnici sa zníži.
Minimálna veľkosť častí objektu rozoznateľného v mikroskopu je spôsobená vlnovitou povahou svetla: obraz svetelného bodu má tvar difrakčného kruhu. V dôsledku toho nemôžu byť body objektu, ktorých vzdialenosť je od rádu vlnovej dĺžky svetla, vyriešené. Použitie zväčšení na YuOOh vedie iba k zvýšeniu veľkosti pozorovaných difrakčných kruhov a neodhaľuje žiadne nové detaily predmetu.
Obr. 246. Mikroskop
Pri použití lupy a mikroskopu sa zväčšenie uhla pozornosti dosiahne priblížením objektu k optickému systému. Ale niekedy sa blíži k predmetu je nemožné.
Tak je tomu napríklad pri pozorovaní nebeských telies. Potom pomocou veľkého objektívu, nazývaného objektívom, získate skutočný obraz odobratého telesa. Tento obrázok je oveľa menší ako samotný objekt, ale môžete priblížiť oko a tým zvýšiť uhol pohľadu. Tak sa ukazuje ako ďalekohľad s jediným objektívom. Ak sa tento obrázok zobrazuje pomocou lupy (nazývaného okulár), môžete priblížiť svoje oko k aktuálnemu obrazu vzdialeného objektu a tým ešte viac zväčšiť uhol pohľadu.
Priebeh lúčov v najjednoduchšom teleskopu s dvoma šošovkami je znázornený na obr. 247. Z každého bodu vzdialeného objektu prichádza prakticky paralelný lúč lúčov, ktorý dáva obraz tohto bodu v ohniskovej rovine šošovky. Aby sa pri pozorovaní nezaťažovalo oko, ohnisková rovina lupy (okulár) je zvyčajne zarovnaná s ohniskovou rovinou šošovky.
Obr. 247. Priebeh lúčov v teleskopu
Potom paralelný lúč svetla dopadajúceho na šošovku opustí okulár aj rovnobežne.
Nech je objekt viditeľný voľným okom v uhle c. Pomer uhla, ktorým je objekt viditeľný v teleskopu, sa nazýva zväčšenie teleskopu. Z obr. 247, že toto zväčšenie zodpovedá pomeru ohniskových vzdialeností šošovky a okulára
Pri vysokom zväčšení potrebujete objektív s dlhým zaostrením a okulár s krátkym zaostrením. Zmenšením ohniskovej vzdialenosti okulára môžete dosiahnuť väčšie zväčšenie s touto šošovkou.
Teleskop s normálnym zväčšením. Avšak nie vždy je potrebné usilovať sa len o dosiahnutie veľkého nárastu. Toto sa odporúča len vtedy, keď zvážime jasný objekt, ktorý vyžaruje veľa svetla. V prípade slabo osvetlených objektov sú požiadavky odlišné. Predpokladajme, že nepovažujeme bodové telesá, ako sú hviezdy, ale rozšírené, ako napríklad povrch planéty. Je nevyhnutné, aby osvetlenie obrazu získaného na sietnici bolo čo najväčšie.
Je ľahké sa uistiť, že osvetlenie záberu rozšíreného objektu pri pohľade teleskopom nemôže byť väčšie ako pri pozorovaní voľným okom. V skutočnosti, ak je zväčšenie teleskopu rovnaké ako Γ, potom je oblasť obrazu na sietnici niekoľkonásobne väčšia ako pri pozorovaní bez ďalekohľadu. Aký maximálny svetelný tok sa môže dostať do oka s týmto zvýšením? Priemer paralelného lúča, ktorý vstupuje do oka, nesmie presiahnuť priemer pupočníka oka. Ako je teda zrejmé z obr. 248 lúč, ktorý vstupuje do oka pred teleskopom, nemôže mať väčší priemer, pretože svetelný tok je úmerný štvorcu priemeru lúča pri pohľade teleskopom,
prietok nemôže rásť viac ako ohyb v porovnaní s pozorovaním voľným okom. Obrazová oblasť na sietnici a svetelný tok dopadajúci na túto oblasť narastajú o faktor 1 a ak sa môže zanedbať strata svetla počas odrazu a absorpcie v šošovkách, potom sa osvetlenie obrazu nemení.
Obr. 248. Definícia svetelného toku vstupujúceho do oka pozorovateľa
Z vyššie uvedených úvah je zrejmé, že na získanie daného zvýšenia G by mal byť G-krát použitý objektív s určitým priemerom presahujúcim priemer pupienka oka. Ak vezmeme šošovku s väčším priemerom, potom časť svetelného toku, ktorá sa zhromažďuje, ako je zrejmé z obr. 249, jednoducho sa nedostane do oka. Ak vezmeme šošovku s menším priemerom, potom pri rovnakom zväčšení sa svetelný tok vstupujúci do oka zníži a osvetlenie obrazu sa zníži. To isté môže byť formulované inak: pre šošovku s daným priemerom, bez ohľadu na jej ohniskovú vzdialenosť, existuje určité optimálne zväčšenie, ktoré sa nazýva normálne. Toto je najväčšie zväčšenie, pri ktorom sa získa obraz maximálneho možného osvetlenia.
Obr. 249. K definícii normálneho nárastu
Dalekohled a oko pozorovateľa teda tvoria jediný systém, ktorého všetky prvky musia byť navzájom koordinované. Toto sa vždy berie do úvahy pri navrhovaní optických zariadení. Napríklad, ak chceme mať poľné okuliare s desaťnásobným nárastom, potom priemer objektívu musí byť 10-násobok priemeru žiarenia oka. Ak vezmeme priemerný priemer žiaka rovnajúci sa 5 mm, potom by šošovka mala mať priemer 5 cm.
Priemer pupočníka oka nie je konštantný; V rozmedzí od 6 - 8 mm v celkovej tme sa mení na 2 mm pri jasnom dennom svetle. Preto pri práci s ďalekohľadom, ktorý má špecifický priemer šošovky, napríklad 200 mm, by ste mali vždy brať do úvahy situáciu, ktorá určuje veľkosť žiaka oka. Ak sa pozoruje slabý predmet v tmavej noci, keď má žiak priemer najmenej 6 mm, odporúča sa vybrať okulár tak, aby sa zväčšenie teleskopu rovnalo. Ale keď sa pozoruje počas dňa, keď je priemer pupienka asi 2 mm, odporúča sa zvýšiť
strojnásobenie. Ak sa ohnisková vzdialenosť a rovná našim objektívom, v prvom prípade je potrebný okulár s ohniskovou vzdialenosťou cm a v druhom prípade 3 cm.
Pri pozorovaní rozšírených objektov teleskopom by sa malo dbať na to, aby všetko svetlo z objektu, ktorý vstupuje do šošoviek v rôznych uhloch, padá do žiaka oka. Toto oko by malo byť umiestnené v určitej vzdialenosti od okulára. V skutočnosti okulár ako zberná šošovka poskytuje skutočný obraz okraja šošovky teleskopu. Keďže v teleskopu je vždy tento obraz P umiestnený takmer v ohniskovej rovine okulára (obrázok 250). Je zrejmé, že lúče, ktoré padajú do šošoviek v rôznych uhloch, prejdú vnútri tohto obrazu. Ak je splnená zodpovedajúca podmienka teleskopu a oka, stačí umiestniť oko žiaka na miesto, kde je umiestnený obraz P obruče, takže všetky lúče padajú do oka.
Keďže takýto obraz držiaka objektívu je dosť ďaleko za okulárom, je to takmer nepohodlné použiť toto odporúčanie. Aby sa eliminovala táto nevýhoda, ďalšia zberná šošovka, nazývaná kolektívna, je zahrnutá v teleskopickom optickom systéme. Je umiestnená medzi objektívom a okuliarom v blízkosti stredného reálneho obrazu objektu. Bez zmeny uhlového zväčšenia celého systému tento objektív prináša obrázok P držiaka objektívu do okulára, a tak vám umožní umiestniť oko priamo za okulár.
Obr. 250. Pri pozorovaní teleskopom by mali byť oči umiestnené v blízkosti okraja okuliarov P
Úloha takejto ďalšej šošovky sa znižuje na zvýšenie zorného poľa a v tomto ohľade je podobná kondenzátoru projekčného zariadenia. Štrukturálne, tím je zvyčajne umiestnený v rovnakom ráme s okulárom.
Astronomické ďalekohľady poskytujú obrátený obraz. Pozemné teleskopy sú v podstate podobné astronomickým ďalekohľadom, s výnimkou toho, že musia mať správny obraz. Ak chcete obrázok otočiť, môžete použiť buď hranol, ako aj ďalekohľad ďalekohľadu alebo ďalšie šošovky.
Skreslenie perspektívy a objemu obrazu. Pri pozorovaní priestoru v teleskopu s veľkým zväčšením
existuje silné narušenie perspektívy: zdá sa, že viditeľné vzdialenosti sú značne znížené. Objekty umiestnené na rôznych vzdialenostiach sa zdajú byť v rovnakej vzdialenosti a objemné objekty sa zdajú byť veľmi ploché. Rovnaké skreslenia sú neodmysliteľné pri fotografovaní s objektívom s dlhým zaostrením (teleobjektív).
Pocit trojrozmernej priestorovej scény je značne zvýšený, keď sa pozoruje s dvomi očami. To je spôsobené paralaxou: jedno oko vidí objekty z trochu iného bodu ako druhý. Preto v poli ďalekohľadoch sa optické osi dvoch optických trubíc, ktoré ju tvoria, pokúšajú čo najviac rozbiť, "roztrhnutie" týchto osí pomocou hranolov plné reflexie, Ešte väčší účinok zvyšovania objemu je dosiahnutý v stereo trubici, ktorá je v podstate spárovaná periskopy.
Normálny rozsah zväčšenia a difrakcie. V dôsledku vlnovej povahy svetla má obraz vzdialeného bodu v ohniskovej rovine teleskopickej šošovky, ako už bolo uvedené, tvar difrakčného bodu. Obrazy dvoch bodov v ohniskovej rovine šošovky môžu byť vyriešené, ak uholová vzdialenosť medzi nimi, ako vyplýva z vzorca (3) § 33, nie je menšia ako Čo by ste mali zvoliť na zväčšenie teleskopu, aby ste mohli plne využívať rozlíšenie jeho objektívu?
Nech je uhlovú vzdialenosť medzi dvoma vzdialenými bodmi rovnajúcu sa hraničnej hodnote, ktorú šošovka teleskopu ešte môže vyriešiť. V ďalekohľade s nárastom G budú tieto body viditeľné pod uhlom, aby tieto body boli vnímané oko ako oddelené, tento uhol by nemal byť menší ako uhol, ktorý oko môže vyriešiť. Preto odkiaľ
Rovnaký znak v tomto vyjadrení zodpovedá normálnemu zväčšeniu, pri ktorom sa svetelný tok vstupujúci do teleskopickej šošovky použije najefektívnejšie. Pri zväčšeniach menších ako normálne, ako sme videli, používa sa iba časť šošoviek, čo vedie k zníženiu rozlíšenia. Použitie väčších zväčšení ako je normálne je nepraktické, pretože rozlíšenie celého systému, stanovené hranicou rozlíšenia šošovky, sa nezvyšuje a osvetlenie obrazu na očnej sietnici, ako je uvedené vyššie, klesá.
Uhlové veľkosti takmer všetkých hviezd sú oveľa menšie ako rozlíšiteľné uhlové veľkosti dokonca aj najväčších ďalekohľadov. Preto je obraz hviezdy v ohniskovej rovine teleskopickej šošovky nerozlíšiteľný od obrazu bodového zdroja svetla a je to difrakčný kruh. Avšak priemer tohto kruhu je taký malý, že pri použití normálneho zväčšenia, to je ako
hviezda, nerozoznateľná od bodového zdroja svetla: veľkosť difrakčného bodu na očnej sietnici nezávisí od toho, či je hviezda pozorovaná cez ďalekohľad alebo priamo. Ak ďalekohľad nerozlišuje hviezdu od bodového zdroja, aká je jej výhoda pri pozorovaní hviezd v porovnaní s voľným okom?
Faktom je, že v ďalekohľade vidíte veľmi slabé hviezdy, všeobecne neviditeľné voľným okom. Keďže veľkosť difrakčného obrazu hviezdy na sietnici sa pri používaní ďalekohľadu nezmení, jas tohto obrazu je úmerný svetelnému toku vstupujúcemu do oka. Ale pri použití teleskopu je tento tok toľkokrát väčší ako svetelný tok prechádzajúci žiakom voľného oka, koľkokrát je plocha šošovkového otvoru väčšia ako plocha žiaka oka.
Informácie o riešení problémov. V súvislosti s šírením svetelných lúčov v rôznych podmienkach as tvorbou obrazu v optických systémoch existuje veľa rôznych úloh. Bez toho, aby sme sa zaoberali touto otázkou, poznamenávame len to, že ich riešenie v rámci geometrickej optiky sa obmedzuje na aplikáciu zákonov reflexie a lomu svetla, na geometrické konštrukcie dráhy lúča, ako aj na použitie vyššie uvedených foriem sférického zrkadla a tenkej šošovky. V skutočnosti je riešenie takýchto problémov spravidla obmedzené na konzistentné uplatňovanie určitých informácií z geometrie. V niektorých prípadoch môžu pomôcť pri riešení všeobecných fyzikálnych princípov, ako sú úvahy o symetrii, reverzibilita dráhy lúčov, princíp Fermat atď.
Základy fotometrie. Vyššie, bez podrobného vysvetlenia, sme opakovane používali energetické charakteristiky svetelného žiarenia, ako je napríklad osvetlenie, svetelný tok. Ich štúdium je predmetom fotometrie.
Obr. 251. Účinnosť spektrálneho svetla (krivka viditeľnosti)
Základným pojmom je tok žiarenia, t.j. celkový výkon prenášaný elektromagnetickým žiarením. Citlivosť oka nie je rovnaká ako ožiarenie rôznych vlnových dĺžok: je to maximálne v zelenej oblasti spektra a postupne klesá na nulu pri prechode na infračervené (nm) a ultrafialové žiarenie (obr. 251). Sila optického žiarenia, odhadnutá vizuálnym pocitom, sa nazýva svetelný tok F.
Zdroj svetla sa považuje za bod, ak vysiela svetlo rovnomerne vo všetkých smeroch a jeho rozmery sú oveľa menšie.
vzdialenosti, pri ktorých sa vyhodnocuje jeho účinok. Svetelná intenzita zdroja I sa meria svetelným tokom šíreným zo zdroja v pevnom uhle jedného steradiánu: Celkový svetelný tok šírený vo všetkých smeroch (t.j. v tuhom uhle súvisí so svietivou intenzitou
Základná jednotka svetelných (fotometrických) hodnôt je jednotkou intenzity svetla sviečky. Ide o svetelnú intenzitu určitého zdroja, ktorý sa považuje za štandard podľa medzinárodnej dohody. Jednotkou lumenu svetelného toku je svetelný tok zo zdroja intenzity svetla 1 kandela, ktorý sa šíri v pevnom uhle 1 steradiánu.
Obr. 252. Osvetlenie povrchu vytvorené bodovým zdrojom
Osvetlenie E povrchu je pomer svetelného toku Φ, ktorý klesá na určitú plochu, na plochu tejto oblasti: Jednotka osvetlenia je lux. Osvetlenie sa rovná jednému luxu, ak existuje jeden svetelný tok na štvorcový meter rovnomerne osvetleného povrchu. Osvetlenie plochy umiestnenej kolmo na lúče zo zdroja (bod A na obrázku 252) je nepriamo úmerné štvorcu vzdialenosti od zdroja:
Osvetlenie povrchu so skoseným výskytom lúčov (bod B na obrázku 252) závisí od uhla dopadu a:
Tu a je vzdialenosť od zdroja k pozorovaciemu bodu - výška zdroja nad osvetleným plochým povrchom. V prípade niekoľkých nezávislých (nekoherentných) zdrojov sa osvetlenie plochy rovná súčtu iluminácií vytvorených každým zdrojom samostatne.
Na meranie osvetlenia sú špeciálne zariadenia - fotometre, ktorých činnosť môže byť založená na rôznych fyzikálnych princípoch. Jednou z odrôd fotometra je fotoexponometer, ktorý sa používa na určenie expozície pri fotografovaní.
Aké obmedzenia kladie vlnová povaha svetla na použiteľnosť geometrickej optiky?
Prečo sa najprv zvýši ostrosť obrazu a potom začne klesať až na úplné rozmazanie a dosiahnutie rovnomerne osvetlenej obrazovky v zrkadle fotoaparátu s klesajúcou veľkosťou otvoru?
Na akom priemere otvoru kamery bude obscura ostrosť obrazu najväčšia?
Dokážte, že zväzok lúčov vychádzajúcich z jedného bodu po lomu na plochom okraji už nie je homokentrický.
Za akých podmienok môžu byť lúče prechádzajúce optickým systémom považované za paraxiálne?
Preukázať, že ohnisková vzdialenosť konkávneho guľového zrkadla je polovičnému polomeru zakrivenia.
Vysvetlite, prečo vidíme rôzne obrazy objektov v ľubovoľných zakrivených zrkadlách (pamätajte na "miestnosť smiechu"), aj keď tu nie sú jednoznačne paraxiálne lúče lúčov. Čo v tomto prípade spôsobilo geometrické skreslenie obrázkov?
Vytvárajú sa obrázky vytvoreného objektu tenké šošovky, pre rôzne polohy objektu vzhľadom na šošovku a uistite sa, že vyhlásenia uvedené v texte tohto odseku sú platné bez dôkazu.
Vysvetlite, prečo pri diafragme objektívu fotoaparátu dôjde k zvýšeniu hĺbky ostrej oblasti?
Čo určuje maximálne dosiahnuteľné zväčšenie optického mikroskopu?
Čo je teleskop s normálnym zväčšením? Prečo pri pozorovaní rozšírených objektov je nepraktické uplatniť zvýšenia vyššie než je normálne?
Vysvetlite, prečo je použitie optického systému v podstate nemožné dosiahnuť zvýšenie osvetlenia pozorovaného obrazu objektu.
Vysvetlite analógiu medzi kondenzátorom projekčného prístroja a kolektívom teleskopických šošoviek.
Prečo sa hĺbka ostrosti znižuje pri pohľade lupou alebo mikroskopom, to znamená, že objekty, ktoré sú takmer na rovnakej vzdialenosti, sú jasne viditeľné súčasne? Prečo sa pozoruje opačný účinok v teleskopu alebo ďalekohľadoch?
Prečo je perspektíva skreslená pri sledovaní ďalekohľadom? Popíšte a vysvetlite účinok "obrátených" ďalekohľadov pri pohľade na to z opačnej strany.
Prečo vidíte jasné hviezdy v teleskopu aj počas dňa? Diskutujte o tejto otázke z hľadiska osvetlenia hviezdneho obrazu a pozadia (modrá obloha).
Ukážte, že vzorce (10) a (11) pre povrchové osvetlenie vyplývajú priamo z definícií osvetlenia, svetelného toku a intenzity svietivosti.