Lom svetla v zbernej šošovke. Lom svetla v šošovkách
Lom svetla - zmena smeru šírenia optického žiarenia (svetla), keď prechádza rozhraním medzi dvoma médiami.
Zákony lomu svetla:
1) Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmo na bod dopadu na rozhranie medzi dvoma médiami ležia v rovnakej rovine .
2) Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre danú dvojicu médií. Táto konštanta sa nazýva index lomu n 21 druhého média vo vzťahu k prvému:
Index lomu média vo vzťahu k vákuu sa nazýva absolútny index lomu. Snell-Descartov zákon. Dopadajúci lúč, normálna čiara a lomený lúč sú v rovnakej rovine. Ak viete, že uhol dopadu je 30 ° a lom svetla je 22 °, použite tabuľku indexov lomu v tejto kapitole na určenie, o akú kvapalinu ide. Plný odraz a hraničný uhol. Potom analyzujeme, čo sa môže stať, keď sa svetlo pohybuje z viac lomného média do menej lomného média, ako je sklo a vzduch.
Relatívny index lomu dvoch médií sa rovná pomeru ich absolútnych indexov lomu n 21 \u003d n 2 / n 1
Absolútny index lomu média sa nazýva hodnota n, ktorá sa rovná pomeru rýchlosti z elektromagnetických vĺn vo vákuu k ich fázovej rýchlosti v v médiu n \u003d c / v
3) Svetelný lúč dopadajúci na rozhranie medzi dvoma médiami kolmými na povrch prechádza bez lomu do iného média.
Vidíme, že jedna časť svetla je reflexná a druhá je lámaná. Zvýšením uhla dopadu môže byť uhol lomu 90 °. V opísanej situácii sa uhol dopadu nazýva prahový uhol. Všetko padajúce svetelné vlny odráža. Určte index lomu tuhej látky vzhľadom na kvapalinu. Optické vlákno sa dá porovnať s medeným drôtom, ktorý prenáša elektrickú energiu, ale je vyrobené hlavne zo skla a prenáša svetelnú energiu. Optické vlákno sa skladá zo skleneného jadra s vysokým indexom lomu a zo skleneného plášťa s nízkym indexom lomu.
4) Dopadajúce a lomené lúče sú reverzibilné: ak je dopadajúci lúč nasmerovaný pozdĺž dráhy lomu lúča, potom bude lomený lúč sledovať cestu dopadajúceho lúča.
Totálna vnútorná reflexia - odraz svetla na rozhraní dvoch priehľadných látok, ktorý nie je sprevádzaný lomom. K úplnému vnútornému odrazu dochádza, keď svetelný lúč dopadá na povrch oddeľujúci toto médium od iného, \u200b\u200bopticky menej hustého média, keď je uhol dopadu väčší ako medzný uhol lomu.
Svetelný lúč vstupujúci do vlákna sa opakovane vystavuje úplné odrazy na deliacom povrchu dvoch druhov skla a šíri sa tak na veľké vzdialenosti s veľmi malými stratami energie. Optické vlákno má uplatnenie v telekomunikáciách, medicíne atď. v telekomunikáciách môže optické vlákno prenášať viac ako desaťtisíc simultánnych telefónnych hovorov, čo uľahčuje tento typ práce, ktorý je čoraz viac žiadaný svetovým výpočtovým zariadením. Prenos signálov medzi počítačmi a systémami pomocou telefónu je stále bežný.
Dráha lúčov v šošovke.
Objektív je priehľadné telo ohraničené dvoma sférickými povrchmi. Ak samotná hrúbka
šošovka je malá v porovnaní s polomermi zakrivenia sférických povrchov, potom sa šošovka zavolá tenký.
Objektívy sa zbiehajú a rozptyľujú. Zhromaždenie (pozitívne) šošovky sú šošovky, ktoré premieňajú zväzok rovnobežných lúčov na zbiehavé. Rozptyl (negatívne) šošovky sú šošovky, ktoré premieňajú lúč rovnobežných lúčov na odlišné. Šošovky s hrubšími stredmi ako hrany sa zhromažďujú a šošovky s hrubšími okrajmi sa rozptyľujú.
Napríklad internet môže pripojiť počítače po celom svete k nespočetnému množstvu informácií obsiahnutých v každom z ostatných počítačov pripojených k webu. Ďalšou bežnou aplikáciou vláknovej optiky, ktorá sa v súčasnosti rozširuje, je prenos programov optickej káblovej televízie. Optické vlákno, ktoré sa tiež používa v medicíne, môže ľahko preniknúť do ľudského tela a prenášať optické signály, ktoré umožňujú rôzne typy chirurgických manipulácií a vyšetrení. Prečítajte si o rozptyle svetla vo farebných očareniach.
Priamka prechádzajúca stredmi zakrivenia O1 a O2 sférických povrchov sa nazýva hlavná optická os šošovky... V prípade tenkých šošoviek sa dá približne predpokladať, že hlavná optická os sa pretína s šošovkou v jednom bode, ktorý sa zvyčajne nazýva optický stred šošovky O... Svetelný lúč prechádza optickým stredom šošovky bez odchýlenia sa od pôvodného smeru. Všetky linky prechádzajúce optickým stredom sa nazývajú bočné optické osi.
Refrakcia atmosféry Zemská atmosféra je vo vysokých nadmorských výškach zriedkavá a v nízkych nadmorských výškach hustá. Vieme, že index lomu je tým väčší, čím vyššia je hustota; preto sa hviezdne svetlo videné na Zemi láme, keď prechádza vrstvami atmosféry, a preto sa vzďaľuje od svojho pôvodného smeru, kým nedosiahne pozorovateľa. Svetelný lúč vychádzajúci zo dna bazéna dosahuje rovný povrch vody, ako je to znázornené na obrázku do boku. Časť svetla sa odráža a časť sa láme vo vzduchu.
Vzhľadom na index lomu vody ako 1, 3 sa pýtame, v uvedenom poradí: môžu byť dva prijímače schopné prijímať signál? Na akej vlnovej dĺžke sa signál dostane k ponorke? Ktorá možnosť správne predstavuje cestu svetelného lúča cez kvapôčku? Aj keď nevedia, že index lomu vody je 1,33, zo skúsenosti svojej dennej adiyah vedia zákon lomu, a preto môžu vykonávať svoj rybolov. Obrázok vyššie je iba schematický. Toto je indiánska predstava o postavení rýb.
Ak je lúč lúčov rovnobežných s hlavnou optickou osou nasmerovaný na šošovku, potom sa po prechode šošovkou lúče (alebo ich pokračovanie) zhromaždia v jednom bode F, ktorý sa nazýva hlavné ohnisko šošovky. Mať tenká šošovka existujú dve hlavné zaostrenia umiestnené symetricky na hlavnej optickej osi vzhľadom na šošovku. Pri zbieraní šošoviek sú triky skutočné, pri rozptyľovaní imaginárne. Lúče lúčov rovnobežné s jednou zo sekundárnych optických osí sa po prechode šošovkou tiež zameriavajú na bod F ", ktorý sa nachádza v priesečníku sekundárnej osi s ohniskovou rovinou Ф, to znamená rovinou kolmou na hlavnú optickú os a prechádzajúcou cez hlavné zaostrenie. Vzdialenosť medzi optickým stredom šošovka O a hlavné ohnisko F sa nazýva ohnisková vzdialenosť. Označuje sa rovnakým písmenom F. Pre konvergujúcu šošovku F\u003e 0, pre rozptylovú šošovku F< 0.
Upozorňujeme, že ryba je v tejto polohe takmer v pokoji. Rybár na člne hľadí priamo do čistej a pokojnej vody. Vidí rybu, ktorá je 30 cm od voľnej hladiny vody. Ako hlboko sa ryby nachádzajú? 4. Dané: relatívny index lomu vody a vzduchu 3 Obrázok vľavo ukazuje lúč svetla dopadajúci na sklenenú stenu oddeľujúcu vzduch a vodu. Svetlo je vysielané optické vlákno do tela bez toho, aby ste opustili steny vlákna. Obrázok objektu vykreslený plochým zrkadlom bude mať vždy rovnakú veľkosť ako objekt.
Hodnota D, ktorá je prevrátenou hodnotou ohniskovej vzdialenosti, sa nazýva optická sila šošovky. Jednotkou SI optického výkonu je dioptria (dioptria).
Dráha lúča v šošovkách
Hlavnou vlastnosťou šošoviek je schopnosť dávať obrazy objektov. Obrázky môžu byť priame alebo obrátené, skutočné alebo imaginárne, zväčšené alebo zmenšené.
Sférické zrkadlá s malou clonou s dopadajúcimi lúčmi blízko hlavnej osi a mierne naklonené vzhľadom na rovnakú os sú prakticky stigmatické systémy. Sférické šošovky Odraz svetla na sférickej hranici vedie k ostrým obrazom objektov, čo vedie k použitiu sférických zrkadiel. Lom na sférickej hranici vedie tiež k tvorbe obrazov, čo vedie k použitiu sférických šošoviek. Sférická šošovka je sada troch homogénnych a priehľadných médií oddelených dvoma nerovnými povrchmi.
Polohu obrazu a jeho charakter je možné určiť pomocou geometrických konštrukcií. K tomu použite vlastnosti niektorých štandardných lúčov (nádherné lúče), ktorých dráha je známa. Sú to lúče prechádzajúce optickým stredom alebo jedným z ohniskov šošovky, ako aj lúče rovnobežné s hlavnou alebo s jednou zo sekundárnych optických osí. Zobrazenie tenkých šošoviek:
Oddeľovacie povrchy šošoviek sa nazývajú hrany. Hranice šošovky sú buď sférické, alebo jedna je sférická a druhá je plochá. Objektívy sa používajú v mnohých optických prístrojoch, ako sú okuliare, okuliare, ďalekohľady, lupy a mikroskopy. Objekty, na ktoré sa tu pozeráme, sú tie, ktoré majú rovnaké krajné prostriedky a medzičlánok je jemnejší. Najbežnejšie sú sklenené šošovky ponorené do vzduchu. Hlavné geometrie šošovky sú zobrazené nižšie. Typy šošoviek Rozlišujeme dve skupiny šošoviek: zbiehajúce sa šošovky, ktoré sa zbiehajú na dopadajúcom svetelnom lúči rovnobežne s hlavnou osou, a rozchádzajúce sa šošovky, ktoré sa líšia od dopadajúceho lúča rovnobežne s hlavnou osou.
1. Lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou prechádza hlavným bodom zaostrenia.
2. Lúč rovnobežný so sekundárnou optickou osou prechádza sekundárnym ohniskom (bod na sekundárnej optickej osi).
3. Lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky sa nelomí.
4. Skutočný obraz je priesečník lúčov. Duchový obraz - priesečník rozšírenia lúčov
Nasledujú typy šošoviek rozdelené do skupín: bikonvexné konkávne-konvexné rovinné konvexné bikonvexné konvexné konkávne konkávne konkávne rovinné konkávne šošovky sa nazývajú tenké šošovky, ktorých hrúbka je oveľa menšia ako polomer zakrivenia okrajov. Iba tenké šošovky vytvárajú ostrý obraz; stigmatický. Tenký objektív reprezentujeme takto: tenký objektív, ktorý zbieha tenký objektív, sa rozchádza. Kapitola 14 Priesečník šošovky s hlavnou osou sa nazýva optický stred. Zaostrovanie tenkej sférickej šošovky.
Tento bod je ohniskovým obrazom objektívu. Vzdialenosť medzi zaostrením a objektívom je ohnisková vzdialenosť objektív. Ak umiestnime bodový zdroj svetla na hlavnú os konvergentnej šošovky, ktorej zdroj je v ohnisku šošovky, vznikne nám svetlo v lúči rovnobežnom s hlavnou osou šošovky. Zaostrovacím objektom je bod na druhej strane objektívu v rovnakej vzdialenosti od zaostrovacieho obrazu. V rozchádzajúcej sa šošovke sú ohniská virtuálne, pretože sú v priesečníku rozšírení svetelných lúčov.
Zberná šošovka
1. Ak sa objekt nachádza za dvojité zameranie.
Ak chcete vytvoriť obraz objektu, musíte natočiť dva lúče. Prvý lúč prechádza z vrchu objektu rovnobežne s hlavnou optickou osou. Na objektíve sa lúč láme a prechádza ohniskovým bodom. Druhý lúč musí byť nasmerovaný z vrchu objektu cez optický stred šošovky, prejde bez lomu. Na priesečníku dvoch lúčov dajte bod A '. Bude to obraz horného bodu objektu. Rovnakým spôsobom je konštruovaný aj obraz dolného bodu objektu. Výsledkom stavby je zmenšený, obrátený, skutočný obraz.
Súhlasím s tým, že u konvergentných objektívov so skutočnými ohniskami je ohnisková vzdialenosť pozitívna; pre divergentné šošovky, ktoré majú virtuálne ohniská, je ohnisková vzdialenosť negatívna. 227 Kapitola 14 V prípade zbiehavej alebo rozbiehajúcej sa šošovky bude svetelný lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky vychýlený. Ak je jedna z predložených šošoviek ponorená do tenšieho média, ako je médium, ktoré ju tvorí, dôjde k obráteniu optického správania šošovky. Pre konvergujúce objektívy je pozitívna pozitivita, napríklad ohnisková vzdialenosť; pre divergentné šošovky je výchylka záporná.
2. Ak je objekt v bode dvojitého zaostrenia.
Na stavbu je potrebné použiť dva trámy. Prvý lúč prechádza z vrchu objektu rovnobežne s hlavnou optickou osou. Na objektíve sa lúč láme a prechádza ohniskovým bodom. Druhý lúč musí byť nasmerovaný z vrchu objektu cez optický stred šošovky, bude prechádzať šošovkou bez lomu. Na priesečníku dvoch lúčov sa nastaví bod A1. Bude to obraz horného bodu objektu. Rovnakým spôsobom je konštruovaný aj obraz dolného bodu objektu. V dôsledku konštrukcie sa získa obraz, ktorého výška sa zhoduje s výškou objektu. Obrázok je obrátený a platný
Expanzia svetelných lúčov sa pretína v bode 20 cm od optického stredu šošovky. Určte ohniskovú vzdialenosť a vzdialenosť objektívu. Riešenie Ohnisková vzdialenosť šošovky sa rovná modulu pružnosti vzdialenosti oddeľujúcej bod od hlavnej osi, kde výstupky svetelných lúčov prechádzajú do optického stredu šošovky. S vedomím, že šošovka je ponorená do vzduchu, ktorého index lomu je 1, 0 a index lomu šošovky je 1, 5, určte ohniskovú vzdialenosť a blízkosť šošovky. Medzi nimi je vhodne umiestnený svetelný zdroj malých rozmerov tak, aby výsledný lúč pozostával výlučne z lúčov rovnobežných s hlavnou osou.
3. Ak sa objekt nachádza v priestore medzi zaostrením a dvojitým zaostrením
Na stavbu musíte použiť dva trámy. Prvý lúč prechádza z vrchu objektu rovnobežne s hlavnou optickou osou. Na objektíve sa lúč láme a prechádza ohniskovým bodom. Druhý lúč musí byť nasmerovaný z hornej časti objektu cez optický stred šošovky. Objektívom prechádza bez lomu. Na priesečníku dvoch lúčov dajte bod A '. Bude to obraz horného bodu objektu. Rovnakým spôsobom je konštruovaný aj obraz dolného bodu objektu. Výsledkom stavby je zväčšený, obrátený, skutočný obraz
Podľa polohy situácie určte polohu medzi šošovkou a zrkadlom, kde by sa mal nachádzať bodový zdroj. Pomocou diagramu zobrazte vzdialenosť medzi hornou časťou zrkadla a optickým stredom šošovky. Geometricky určujúce obrázky objektívu Obrázok nasnímaný tenkou sférickou šošovkou je určený svetlom, ktoré opúšťa objekt pred tvárou a prechádza objektívom. K tomu postačuje uvažovať so svetelným lúčom rovnobežným s hlavnou osou, ktorý je lomený v smere zaostrenia a so svetelným lúčom v smere optického stredu.
Difúzna šošovka
Objekt je umiestnený pred rozptyľujúcou šošovkou.
Na stavbu musíte použiť dva trámy. Prvý lúč prechádza z vrchu objektu rovnobežne s hlavnou optickou osou. Na šošovke sa lúč láme tak, že pokračovanie tohto lúča zaostrí. A druhý lúč, ktorý prechádza optickým stredom, pretína pokračovanie prvého lúča v bode A '- bude to obraz horného bodu objektu. Rovnakým spôsobom je zostavený obraz spodného bodu objektu. Výsledkom je priamy, zmenšený, virtuálny obraz. Keď sa objektom pohybuje vo vzťahu k difúznej šošovke, vždy sa získa priamy, zmenšený, virtuálny obraz. Keď sa objektom pohybuje vo vzťahu k difúznej šošovke, vždy sa získa priamy, zmenšený, virtuálny obraz.
Pre konvergujúce šošovky sa dva referenčné body umiestnené na hlavnej osi používajú s dvojnásobnou ohniskovou vzdialenosťou, ako je znázornené na diagrame na boku. Pre objekt umiestnený pred hlavným bodovým objektom je vygenerovaný obraz skutočný, obrátený a menší ako objekt. Tento optický systém sa používa napríklad vo fotoaparátoch a kamkordéroch. Pre tieto zariadenia vytvára konvergujúca šošovka skutočný, obrátený, menší obraz na filme ako objekt pred ním.
Ďalším dôležitým príkladom je samotná očná guľa, ktorá má niekoľko prvkov, ktoré fungujú ako konvergujúce šošovky s funkciou premietania skutočného, \u200b\u200bobráteného obrazu a menšieho ako skutočný objekt na sietnicu. Pre objekt, ktorý sa nachádza medzi hlavným bodom proti objektu a zaostrením objektívu, vytvoríme skutočný obraz, obrátený a väčší ako objekt. Príklady aplikácií týchto šošoviek sú projektory na premietanie projektorov a kinematografické projektory.
Polohu obrazu a jeho povahu (skutočnú alebo imaginárnu) možno tiež vypočítať pomocou funkcie
vzorce s tenkými šošovkami. Ak je vzdialenosť od objektu k objektívu označená písmenom d a vzdialenosť od objektívu k obrazu snímkou \u200b\u200bf, potom je možné vzorec pre tenký objektív napísať ako:
Hodnoty d a f sa tiež riadia určitým pravidlom znamienok: d\u003e 0 a f\u003e 0 - pre skutočné objekty
Na predchádzajúcom obrázku vidíme schému zväčšovacieho skla alebo zväčšovacej šošovky, pozostávajúcu zo zbiehajúcej sa šošovky, predmetu umiestneného medzi zaostrením objektu a šošovkou. Výsledný obrázok je virtuálny, správny a väčší ako objekt. Algebraické vzťahy obrázkov v objektívoch Rovnako ako v prípade zrkadiel, aj my môžeme algebraicky určiť veľkosť obrazu vytvoreného objektívom. Na dosiahnutie tohto cieľa sme použili Gaussovu referenčnú schému. Určte, ako ďaleko od objektívu by mala byť umiestnená obrazovka, aby ste získali skutočný a jasný obraz objektu, ako aj lineárne bočné zväčšenie.
(tj. skutočné zdroje svetla, nie rozšírenia lúčov zbiehajúcich sa za objektívom) a obrázky; d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.
Geometrické optika študuje zákony šírenia svetla, zváži hlavné body tejto vedy v súvislosti so získavaním fotografií. Toto umožní hlbšie pochopenie procesov, ktoré prebiehajú vo vašom fotoaparáte.
Riešenie Účelom stroja je konvergenčná šošovka alebo ich sada. Aby bol obraz ostrý, musí sa na filme vytvoriť obraz. Pre objekty na veľká vzdialenosť vzdialenosť sa dá považovať za oveľa väčšiu ako je ohnisková vzdialenosť objektívu. Riešenie Pretože je lupou konvergujúca šošovka, musí byť objekt umiestnený medzi zaostrením a optickým stredom. Určte polohu, do ktorej by sa mala vložiť snímka, aby bolo možné obraz premietať na plátno vo vzdialenosti 1,0 m od objektívu.
Študent chce uskutočniť experiment na osvetlenie hernej tyče sústredením slnečného lúča na hlavu hokejky iba s objektívom. Aká je ohnisková vzdialenosť objektívu v cm, vediac, že \u200b\u200bobraz je 5-krát väčší ako objekt? Aby sa obraz objektu mohol vždy vytvárať v sietnici, je potrebné, aby bola variabilita očná guľa zmenila. Veľmi vzdialený objekt sa môže priblížiť k pozorovateľovi v najbližšom bode, čo je minimálna vzdialenosť potrebná pre rôzne videnie.
Slovo „fotografia“ znamená písať pomocou svetla (z gréckeho „photos“ - svetlo a „grapio“ - písať). Fotografia skutočne využíva veľa fyzikálnych a chemických vlastností svetla ako metódu získavania stabilných snímok. Pomocou fyzikálnych vlastností svetla sa ukázalo optický obraz odstránených predmetov a pod chemickým účinkom svetla je tento obrázok pevný a stabilizovaný.
PRÍRODA SVETLA
Svetlo má rovnako ako zvuk vlnovú povahu. Vlny tvorené pohyblivou kondenzáciou a zriedením vzduchu v dôsledku mechanických vibrácií akýchkoľvek predmetov sa nazývajú zvuk a svetelné vlny sú elektromagnetické vlny šíriace sa rýchlosťou 300 000 km / s.
Za svetelné zdroje sa považujú všetky telesá, ktoré je možné vidieť bez ohľadu na osvetlenie a ktoré samotné osvetľujú okolité telesá. Zo zdroja svetla sa elektromagnetické oscilácie, teda svetlo, šíria do všetkých strán. Na osvetlenie je dôležitá iba tá časť svetla, ktorá dopadá do ľudského oka a spôsobuje vizuálny vnem. Táto časť svetla sa nazýva svetelný tok. Jednotkou svetelného toku je lúmen (lm). Napríklad poukazujme na to, že obyčajná sviečka poskytuje svetelný tok iba 10 - 15 lúmenov a elektrické žiarovky - stovky a tisíce lúmenov. Svetelný tok slnka je 10 25 lm. Preto je jednoduchšie fotografovať a filmovať za dobrého slnečného počasia.
Na charakterizáciu elektrických žiaroviek sa často používa ďalší indikátor - svetelná účinnosť, ktorá sa vyjadruje vo svetelnom toku v lúmenoch na watt výkonu žiarovky. Vo fotografii sa na vytvorenie umelého osvetlenia používajú fotolampy relatívne malých rozmerov, ktoré sa však od bežných líšia výrazne vyšším svetelným výkonom. Takže bežná 500 W žiarovka s napätím 127 V má svetelnú účinnosť 17,8 lm / W a výmenník tepla s rovnakým výkonom a s rovnakým napätím - 32 lm / W.
Svetelné toky takmer nikdy nevyžarujú svetelné zdroje všetkými smermi rovnako. Napríklad elektrická lampa zavesená na strope vyžaruje viac svetla smerom nadol, menej svetla po stranách a veľmi málo nahor. Na charakterizáciu svetelného zdroja podľa množstva ním emitovaného svetla v určitom smere sa používa pojem svetelná intenzita. Sviečka sa berie ako jednotka svetelnej intenzity. Čím silnejší a ostrejší je svetelný tok, tým väčšia je svetelná intenzita zdroja. Špeciálne fotolampy sa vyznačujú vysokou intenzitou svetla. Napríklad svietivosť 500 W zrkadlových žiaroviek je 10 000 kandel.
Svietivosť žiaroviek v smere osvetlenia sa dá výrazne zvýšiť použitím reflektorov alebo reflektorov. Preto sa pri fotografii na umelé osvetlenie zvyčajne používajú špeciálne foto iluminátory.
Ten istý svetelný zdroj osvetľuje rôzne v závislosti od vzdialenosti medzi ním a osvetlenou plochou. V skutočnosti je svetelný tok v blízkosti žiarovky distribuovaný na malú plochu a na jednotku plochy dopadá veľa svetla. Ďaleko od žiarovky dopadá na veľkú plochu rovnaký svetelný tok a na jednotku plochy dopadá málo svetla. Okrem vzdialenosti od žiarovky záleží aj na uhle smeru lúčov. Pri kolmom dopade lúčov je svetelný tok distribuovaný na menšiu plochu ako pri šikmom dopade lúčov.
Pomer svetelného toku k ploche, na ktorú dopadá, sa nazýva osvetlenie. Lux (lx) sa berie ako jednotka osvetlenia. Lux je osvetlenie vytvorené svetelným tokom 1 lm na ploche 1 m 2. Vo fotografii sa na rýchle stanovenie osvetlenosti snímaných objektov, ako aj požadovanej expozície počas snímania, používa zariadenie nazývané merač fotoexpozície.
Zákony šírenia svetla v priehľadných médiách sa zvažujú v jednom z odvetví fyziky, ktoré sa nazýva geometrická alebo lúčová optika.
Aby sme pochopili, ako to funguje optické prístroje (fotografické fotoaparáty, ďalekohľady atď.) je potrebné sa oboznámiť so zákonmi geometrickej optiky.
ODRAZ A ODRAZ SVETLA
Lúč svetla šíriaci sa v homogénnom prostredí je priamočiary. Na hranici dvoch médií, napríklad „vzduch - sklo“ alebo „vzduch - voda“, sa mení smer svetelného lúča. V takom prípade sa časť svetla vráti do prvej stredy. Tento jav sa nazýva reflexia.
Zákon odrazu svetla určuje relatívnu polohu dopadajúceho lúča AO, odrazeného lúča OS a kolmého AO k povrchu MM, rekonštruovanej v bode dopadu. Ak sa uhol medzi dopadajúcim lúčom AO a kolmým AO na povrch MM, rekonštruovaný z bodu dopadu, nazýva uhol dopadu a uhol medzi kolmým a odrazeným lúčom OS sa nazýva uhol odrazu, potom sa uhol odrazu rovná uhlu dopadu. Dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmo na rozhranie medzi týmito dvoma médiami navyše ležia v rovnakej rovine.
Je známe, že smer šírenia svetla sa mení na rozhraní medzi dvoma médiami. Existuje, ako sme poznamenali, čiastočný odraz svetla. Druhá časť svetla, v prípadoch, keď je druhé médium priehľadné, prechádza hranicou média, zatiaľ čo smer šírenia sa spravidla mení. Inými slovami, ak sa svetelný lúč pred lomom šíri v smere AO, potom po lome v bode O pokračuje ďalej v smere OD. Tento jav sa nazýva lom.
Keď sa svetlo láme na matných povrchoch, rovnako ako pri odraze, je rozptýlené. Tento jav sa berie do úvahy pri fotografovaní a filmovaní. Obklopenie svetelného zdroja matným alebo mliečnym sklom umožňuje jemnejšie osvetlenie a eliminuje priamy dopad príliš jasného svetla do očí.
Meraním uhlov dopadu a lomu možno stanoviť nasledujúce zákony lomu svetla: pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre tieto dve médiá (index lomu látok sa zvyčajne označuje vo vzťahu k vzduchu) a nazýva sa indexom (indexom) lomu druhého média vzhľadom na prvé; dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmo na rozhranie medzi dvoma médiami rekonštruovanými v mieste dopadu lúča ležia v rovnakej rovine.
Indexy lomu sa líšia pre rôzne médiá. Optické sklá používané pri výrobe fotografických a filmových zariadení teda majú index lomu od 1,47 do 2,04. Optické sklá s vyšším indexom lomu sa nazývajú kamienky, s nižším - korunky.
Hranoly a šošovky
Hranoly. V optických systémoch sa veľmi často používa fenomén prenosu svetla klinovitými telesami obmedzený nerovnobežnými rovinami. Sklenené kliny sa v optike nazývajú hranoly. V optických prístrojoch sa často používa sklenený hranol, ktorého základňou je rovnoramenný trojuholník. Lúč svetla, ktorý prechádza hranolom, sa láme dvakrát - v bodoch B a C a vždy sa odkláňa smerom k jeho širšej časti. Hranol umožňuje otočiť svetelný lúč o 90 °, čo je potrebné napríklad v diaľkomeroch kamier. Smer svetelného lúča je možné zmeniť o 180 ° (hranolový ďalekohľad).
Ľahká disperzia... Nosníky rôznych farieb sa lámu v skle rôznymi spôsobmi. Fialové lúče majú najvyšší index lomu, červené majú najnižší. Preto keď lúč bieleho svetla pozostávajúci z rôznych farieb zasiahne hranol, rozloží sa na množstvo farebných lúčov, to znamená, že sa vytvorí spektrum. Tento jav sa nazýva rozptyl svetla.
Objektívy. Najkritickejšou časťou takmer všetkých optických zariadení sú šošovky - priehľadné, najčastejšie sklenené telieska ohraničené sférickými povrchmi. Prvá šošovka vľavo sa nazýva bikonvexná šošovka, štvrtá šošovka je bikonkávna. Tretia a posledná šošovka sú na jednej strane konvexné a na druhej konkávne. Takéto šošovky sa nazývajú šošovky menisku alebo jednoducho menisky. Tri ľavé šošovky sú v strede hrubšie ako na okrajoch a nazývajú sa zberné šošovky. Tri pravé šošovky sú rozptylové šošovky, ktoré sú na okrajoch hrubšie.
Vysvetľuje účinok zbierania a rozptyľovania šošoviek. Zberná šošovka môže byť konvenčne predstavovaná ako súprava veľkého počtu hranolov rozširujúcich sa do stredu a rozptylová šošovka - ako súprava hranolov rozširujúcich sa k okrajom. Hranoly odkláňajú svetelné lúče smerom k expanzii, preto šošovky silnejšie v strede odkláňajú lúče do stredu, to znamená, že ich zhromažďujú, a hrubšie na okrajoch lúče odchyľujú k okrajom, to znamená ich rozptyľujú.
Ak je zberná šošovka umiestnená pred svetelným zdrojom a obrazovka je umiestnená za ním, potom zmenou vzdialenosti medzi svetelným zdrojom a objektívom alebo šošovkou a clonou možno na obrazovke získať jasný obrátený (spätný) obraz svetelného zdroja.
To znamená, že lúče vychádzajúce z ktoréhokoľvek bodu A svetelného zdroja, ktoré prešli šošovkou, sa opäť zhromažďujú v jednom bode A1 a navyše iba na obrazovke.
Priamka prechádzajúca stredmi sférických povrchov C 1 a C 2, ktorá ohraničovala šošovku, sa nazýva optická os šošovky OO. Bod, v ktorom sa lúče, ktoré išli do šošovky s lúčom rovnobežným s optickou osou, pretínajú, sa nazýva ohnisko šošovky a rovina prechádzajúca ohniskom a kolmá na optickú os sa nazýva ohnisková rovina. Vzdialenosť od objektívu k zaostreniu sa nazýva ohnisková vzdialenosť objektívu. Ohniskové vzdialenosti rôznych šošoviek sa líšia v závislosti od typu skla, z ktorého je šošovka vyrobená, a od jej tvaru. Čím je ohnisková vzdialenosť objektívu kratšia, tým viac lúčov zhromažďuje alebo rozptyľuje. Prevrátená hodnota ohniskovej vzdialenosti šošovky sa nazýva jej optická sila. Optická sila objektívu s ohniskovou vzdialenosťou 100 cm sa berie ako jednotka a nazýva sa dioptria.
Medzi ohniskovou vzdialenosťou zbernej šošovky a vzdialenosťami od objektu k objektívu a od objektívu k obrazu existuje určitý vzťah, ktorý vyjadruje takzvaný základný vzorec objektívu:
1 / a + 1 / a 1 \u003d 1 / F.
kde a 1 je vzdialenosť od objektu k objektívu;
a je vzdialenosť od šošovky k obrazu;
Ф je ohnisková vzdialenosť objektívu.
Podľa vzorca je vidieť, že s rastúcou vzdialenosťou od objektu k objektívu sa zmenšuje vzdialenosť od jeho obrazu k objektívu, a naopak.
Pomer lineárnych rozmerov optického obrazu k lineárnym rozmerom zobrazeného objektu sa nazýva mierka obrazu.
Jednoduchý objektív nie je bez nevýhod. Ak teda ako fotografický objektív použijete jednoduchý objektív, obraz nebude dostatočne ostrý a skreslený. Tieto chyby obrazu sú spôsobené mnohými chybami objektívu - sférickou a chromatickou aberáciou, skreslením, astigmatizmom a kómou.
K sférickej aberácii dochádza, pretože stredná časť šošovky zhromažďuje menej lúčov ako okraje a lúče, ktoré prešli blízko stredu šošovky, sa zhromažďujú ďalej ako lúče, ktoré prešli blízko okrajov šošovky. V dôsledku sférickej aberácie na hlavnej optickej osi šošovky sa získa viacnásobné zaostrenie, ktoré vedie k vytvoreniu neostrého obrazu. Pri výrobe šošoviek sa účinok sférickej aberácie znižuje nasadením menej silnej difúznej šošovky na zbernú šošovku. Typ sférickej aberácie je kóma, ktorá je charakteristická pre objekt umiestnený v uhle k optickej osi šošovky. Obrázok je v tomto prípade získaný vo forme kométovej figúry.
Chromatická aberácia je spôsobená rozptylom svetla. V tomto prípade je farebný obraz neostrý, pretože ohniská lúčov rôznych farieb spektra sú v dôsledku nerovnakého indexu lomu umiestnené v rôznych bodoch optickej osi. V poslednej dobe sa požiadavky na chromatickú korekciu objektívov prudko zvýšili v dôsledku rozsiahleho vývoja farebnej fotografie a kina. V praxi sa chromatická aberácia eliminuje výberom zberných a rozptyľujúcich šošoviek, ktoré majú požadovaný index lomu.
Príčina skreslenia je zhruba rovnaká ako príčina sférickej aberácie. Táto nevýhoda jednoduchého objektívu vedie k znateľnému zakriveniu priamych línií predmetov. Charakter skreslenia je ovplyvnený polohou clony (nepriehľadná doštička s okrúhlym otvorom uprostred): ak je clona umiestnená pred šošovkou, potom sa skreslenie stane súdkovitým; ak je clona umiestnená za šošovkou, má tvar vankúša. Skreslenie sa zreteľne zníži, keď je bránica umiestnená medzi čiarami.
V prípade, že je objekt umiestnený pod určitým uhlom k optickej osi objektívu, je narušená ostrosť zvislých alebo vodorovných čiar. Takéto skreslenia obrazu sú dôsledkom astigmatizmu - najodstrániteľnejšej chyby objektívu. Optický systém s výrazne eliminovaným astigmatizmom sa nazýva anastigmat.
ZÍSKANIE OPTICKÉHO OBRAZU V KAMERE
Optický obraz objektu vo fotoaparáte v čase snímania sa získa rovnakým spôsobom ako objektív. Akýkoľvek predmet fotografie je súborom svietiacich alebo osvetlených bodov, preto konštrukcia obrazov dvoch krajných bodov subjektu určuje polohu celého obrazu. Každá kamera má nepriehľadnú kameru a objektív, ktorý je kolektívnym objektívom korigovaným z aberácií. optický systém od určitého počtu šošoviek. Objektív vytvára optický obraz objektu na svetlocitlivom materiáli umiestnenom v zadnej časti fotoaparátu. Umiestnením objektu v rôznych vzdialenostiach od objektívu môžete získať optický obraz jeho nerovnakej veľkosti. Najčastejšie sú objekty ďaleko od objektívu a obraz je skutočný, zmenšený a obrátený. Ak je objekt umiestnený mierne za zaostrením (spredu), obraz je skutočný, zväčšený a obrátený. Ak umiestnite objekt bližšie k zaostreniu, potom platný obrázok nebudem pracovať. V takom prípade je obraz imaginárny, zväčšený a zvislý.