Мне недавно попалась одна старая книга под названием "Справочник фотолюбителя" (под ред. Е.А. Иофиса и В.Г. Пелля. М., Искусство, 1964);. В нeй среди прочих интересных статей была и эта. Надеюсь эта статья будет очень познавательна и интересна многим.
  Я очень благодарю авторов этой книги за множество познавателной информации и всех, кто помогал мне в ее опубликовании. - К.Б.


© Справочник фотолюбителя

Фотокинооптика 



Элементарные основы фотокинооптики
Линза и система линз в воздухе
Связь между предметом и его изображением
Объектив и его техническая характеристика
Светосила объектива
Глубина резко изображаемого пространства
Выбор объектива по эксплуатационной характеристике
Качество объектива и его оценка
Просветление оптики
Объективы с переменным фокусным расстоянием
Насадочные линзы и афокальные насадки
Обращение с оптикой
Определение главного фокусного расстояния объектива
Определение диаметра действующего отверстия и относительного отверстия объектива

Элементарные основы фотокинооптики

  Фотокинооптика - раздел оптики, посвященный теории оптических систем и оптических элементов, составляющих оборудование фото- и киноаппаратов или применяемых в процессе съемки, фотографического размножения и проекции изображения. Сюда входят объективы для съемки и проекции, видоискатели, насадочные линзы, осветительные системы проекторов и увеличительных аппаратов, дальномеры, светофильтры, стереонасадки и т.д.

  Все они представляют собой ряд преломляющих или отражающих  поверхностей, имеющих обычно общую ось круговой симметрии.
Рис.1 Поперечное колебательное движение лучей.

  Наиболее простое и наглядное описание их действия дает лучевая, или геометрическая, оптика, в основе которой лежит понятие о луче, как о прямой линии распространения света, и понятие о светящейся точке, как источнике света, размерами которого можно пренебречь вследствие их малости в сравнении с расстояниями наблюдения. 

  К сожалению, в представления лучевой оптики не укладываются явления, возникающие при прохождении света через узкие щели, через прозрачные тонкие пленки или через тела с кристаллической структурой, и тогда приходит на помощь волновая теория света. 

  Связь между волной и лучом схематически показана на рис. 1. Малые стрелки изображают направление и скорость колебаний, а большая стрелка XX' представляет луч, причем колебания показаны только в одной плоскости, тогда как в естественном свете они происходят во всех плоскостях, пересекающихся по прямой XX', и только при поляризации колебания сосредоточены в определенных поверхностях. 

  Излучая свет во все стороны, светящаяся точка образует неог-раниченный пучок лучей, но если на пути пучка поставить диафрагму, т. е. непрозрачный экран с отверстием, то за диафрагмой свет будет распространяться в виде ограниченного пучка. Уменьшая отверстие диафрагмы, можно вырезать все более узкий пучок, однако при малом отверстии наступает диффракция света - лучи теряют свою прямолинейность и огибают край диафрагмы. Поэтому из пучка нельзя выделить "отдельный луч", и реально существуют только пучки лучей, а отдельный луч следует понимать как геометрическую ось физически существующего узкого пучка. Лучевая оптика применяет к световым явлениям простые геометрические построения, пользуясь прямолинейностью распространения света и законами поведения луча на поверхности раздела. 
Рис.2 Преломление света.

  Встречая на пути прозрачную среду с идеально гладкой поверхностью раздела ММ, например полированную поверхность стекла (рис.2), луч света изменяет свое направление: часть света проходит в стекло, преломляясь на поверхности раздела воздух - стекло, а другая часть отражается, также меняя свое направление. На рис. 2 показаны угол падения а, угол преломления B и угол отражения a'

  Законы преломления для монохроматического луча: 

  1. луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с нормалью в точке падения; 
  2. отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления B постоянно для данной среды, не зависит от угла падения и называется показателем преломления данной среды: 
  3. (1)
  4. луч падающий и луч преломленный взаимно переместимы.

  Показатель преломления обозначается латинской буквой n, к которой приписывается индекс, указывающий длину волны света, так как для одной и той же среды показатель имеет различные значения в зависимости от длины волны. Обычно дается показатель преломления для желтой спектральной линии О с длиной волны 589,3 нм, например: nD=1,5163. 

  Показатель преломления пустоты равен единице; показатель преломления воздуха очень близок к единице (табл.1). 

 
Таблица 1. Показатель преломления n для некоторых прозрачных тел.
Воздух 1,000292 
Вода 1,334 
Спирт этиловый 1,363 
Органическое стекло  1,49 
Вензол  1,503 
Стекло крон 1,5163 
Канадский бальзам 1,54 
Каменная соль 1,54 
Стекло флинт 1,6199 
Стекло тяжелый флинт 1,6475 
Монобромнафталин 1,66 
Алмаз 2,42
 

  Другая часть света, упавшего на поверхность раздела ММ, отражается от нее, подчиняясь законам направленного отражения: 

  1. луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с нормалью в точке падения;
  2. угол отражения а равен углу падения а;
  3. лучи падающий и отраженный взаимно переместимы.

  Коэффициент отражения от поверхности раздела воздух - стекло зависит от показателя преломления и угла падения луча (табл. 2) и при углах до 45≈50° определяется формулой

(2)
 
Таблица 2. Значение коэффициента отражения для различных показателей преломления
Показатель преломления
1.33
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.8
2
2.42
Коэффициент отражения, %
2.0
4.0
4.66
5.32
6.03
6.75
8.17
11.1
17.25

  Коэффициент отражения один и тот же при переходе света из воздуха в стекло, и наоборот, но переход из воздуха в стекло всегда возможен, поскольку угол в стекле меньше угла в воздухе; когда же луч падает со стороны стекла (рис. 3), угол в воздухе, будучи больше угла в стекле, достигает значения 90°, когда угол в стекле составляет еще только 40-45°, а так как угол между нормалью и лучом не может стать больше 90°, то при дальнейшем увеличении угла падения преломление становится невозможным и весь свет возвращается в стекло, подвергаясь полному внутреннему отражению. Значение предельного, или критического, угла преломления B зависит от показателя преломления и определяется по формуле

(3)

  Если падающий луч не монохроматический, а белый (рис. 4), то отдельные составляющие белого света преломляются по-разному при одном и том же угле падения. Наибольшее преломление испытывают лучи фиолетовые, наименьшее - красные, т, е. белый свет, переходя в прозрачную среду, подвергается дисперсии или разложению на составные цвета. Следствием дисперсии является хроматизм, т.е. возникновение цветности при прохождении белого света через прозрачную среду.
Рис.3 Полное внутренее отражение. Рис.4 Хроматизм.

  Отраженная часть света дисперсии не подвергается, так как угол отражения не зависит от цвета луча. Как преломленный, так и отраженный свет подвергается поляризации, причем свет полностью поляризуется, если тангенс угла отражения численно равен показателю преломления отражающей среды:

(4)

  Для воды угол полной поляризации составляет 53°, для витринного стекла - около 57°. При оценке на глаз поляризованный свет не отличается от обычного неполяризованного, но при встрече с поляризатором в зависимости от положения плоскости поляризации свет или свободно проходит через поляризатор, или полностью гаснет, или гаснет частично. Это свойство поляризаторов используется при фотографировании, чтобы избежать мешающих бликов от стекла, воды, яркого голубого неба и т. д.

Линза и сиcтема линз в воздухе



TopPhoto.ru - рейтинг
фоторесурсов
Назад На начало Следующая
Написать письмо