Презентация - Карпов С.В. Инструментальная оптика

Подождите немного. Документ загружается.

10.2. Осветительные оптические системы

Линзовые осветительные системы содержат только линзы сферической или асферической формы. Степень сложности (число линз)

конденсора определяется углом охвата то есть двойным апертурным углом в пространстве предметов. Чем больше угол охвата, тем

сложнее схема конденсора. Максимальный угол охвата для линзовых конденсоров 900. Простейшая схема конденсора – одиночная линза

с углом охвата не более 15–200.

Зеркальные осветительные системы содержат только зеркальные элементы. Зеркальные осветительные системы отличаются от

линзовых большим углом охвата (до 1400) и отсутствием хроматических аберраций. Кроме того, у зеркальных систем меньше масса,

чем у линзовых, и больше коэффициент пропускания. Простейшая зеркальная система − вогнутое сферическое зеркало с предельным

глом охвата

о 1100. Источник света в такой системе поме

ается в

ок

с зе

кала

и тог

а его изоб

ажение пол

чается на

у д щ фу р , д р у

бесконечности.

Зеркально-линзовые осветительные системы содержат зеркальные и линзовые компоненты. Например, линзовая часть системы

может располагаться после зеркального компонента. В качестве зеркального компонента могут применяться сферические или

асферические зеркала, а в качестве линзовых компонентов − сферические и асферические линзы, или линзы Френеля.

Зеркало Манжена

Зеркально-линзовая осветительная система

Принцип действия линзы Френеля

Линзы Френеля – оптические детали со ступенчатой поверхностью

сложного профиля. Ступеньки линзы Френеля обычно разграничены

концентрическими канавками и представляют собой участки сферических

или конических поверхностей (рис .10.8). Каждый участок этих

поверхностей направляет пучки лучей в требуемое место изображения.

поверхностей

направляет

пучки

лучей

требуемое

место

изображения.

Чем меньше расстояние между соседними ступеньками (то есть больше их

число), тем лучше исправляются в линзе аберрации.

Линзы Френеля

10.3. Прожектор

Прожектор – это оптическая система, концентрирующая световой поток источника света в узкий пучок для

освещения

даленных объектов или для пе

едачи сигналов на большие

асстояния

у р р

Сила света прожектора (поток излучения на единицу

телесного угла) определяется выражением:

ïð





Дистанция оформления пучка (p). Только начиная с этого

расстояния в изображении участвуют все лучи идущие

расстояния

изображении

участвуют

все

лучи

идущие

через край выходного зрачка прожектора:



Коэффициент усиления прожектора – это отношение силы света

прожектора к силе света источника

ïð









ïð

èñò









Угол рассеяния прожектора зависит от размеров светового тела источника излучения





Угол охвата – двойной апертурный угол 2 в пространстве предметов, характеризующий полноту использования

светового потока (соответствует телесному углу, в который собирается свет источника). Наибольший угол охвата – у

зеркальных параболических коллекторов.

10.4. Осветительные системы проекционных приборов

Проекционные приборы предназначены для получения на экране изображений предметов

требуемого масштаба

Д б

иаскопические проекционные при

оры

–

проектируют прозрачные предметы в

проходящем свете (например, кинопроекция);

Эпископические проекционные приборы – проецируют непрозрачные предметы в

отражающем свете.

Проекционный аппарат

Изображение источника света в плоскости входного зрачка проекционного объектива

êàäðà

îñâ





Изображение источника во входном зрачке

(1 – источник, 2 - конденсор, 3 – кадровое окно, 4 – проекционный объектив, 5 - экран)

Изображение источника света в плоскости диапозитива

êàäðà

îñâ





Размер проецир

емого предмета определяется

диагональю кадра d

кадра

ýêðàí à

îá

êàäðà





Освещенность изображения (поток на единицу площади)

зависит от фокусного расстояния и относительного отверстия

проекционного объектива, коэффициента пропускания

осветительной и п

оекционной частей оптической системы

Изображение источника в кадровом окне

проектора, а также от яркости источника и расстояния между

объективом и экраном.

10.5. Осветительные системы микроскопов

11. Фотоаппараты

Фотоаппарат – это, пожалуй, самый распространенный оптический пробор.

Фотоаппарат как оптический прибор можно разделить на несколько составных

б ф ( ф )

частей: о

ъектив, видоискатель, система

окусировки, затвор

(

диа

рагма

)

система экспонометрии и приемник изображения (фотопленка или ПЗС-матрица).

Кроме перечисленных, в состав фотоаппарата обычно входят и другие устройства

(вспышка, устройство перемотки пленки и т.д.).

11.1. Характеристики объектива фотоаппарата

Фокусное расстояние определяет увеличение объектива и поле зрения

''yftg ftg







Полем зрения объектива называется наибольший угол с вершиной в оптическом центре объектива, при котором все

предметы, находящиеся в его пределах, будут изображены объективом в плоскости его кадрового окна.





Относительное отверстие – это

абсолютное значение отношения

диаметра апертурной диафрагмы к

заднему фокусному расстоянию

Поле зрения объектива

заднему

фокусному

расстоянию

объектива



Светосила объектива

–

способность объектива передавать яркость объекта.





Светосила

объектива

способность

объектива

передавать

яркость

объекта.

Геометрическая светосила выражается квадратом относительного отверстия







Существует стандартный ряд относительных отверстий: 1:0.7; 1:1; 1:1.4; 1:2; 1:2.8; 1:3.5; 1:4; 1:5.6; 1:8; 1:11; 1:16 и т.д

Об ек аз аю

светосильным

ес ео афра е ое соk28

сверхсветосильным

ес K<2

Об

ек

тив н

аз

ыв

аю

светосильным

ес

ли

ди

афра

гм

нн

ое

чи

–

сверхсветосильным

ес

ли

K<2

малосветосильным, если k>5,6.

Эффективная светосила учитывает коэффициент светопропускания фотообъектива:





ýô







Разрешающая способность фотообъектива – это способность объектива передавать мелкие детали в

фотоизображении.

11.1. Характеристики объектива фотоаппарата

Гл

бина резкости фотообъектива

Поскольку у всех объективов есть аберрации, одна точка объекта всегда будет изображаться в виде кружка рассеяния.

Однако при рассмотрении изображения глазом это не замечается, поскольку разрешающая способность глаза

ограничена. Максимально допустимый размер кружка рассеяния, который глаз воспринимает как одну точку,

называется допустимым кругом нерезкости. Для негативов форматом 24х36 мм допустимый круг нерезкости

составляет около 0.03-0.05 мм (учитывая, что изображение увеличивается до фотографии 13х18см и рассматривается

с расстояния 25-30 см).

Размер кружка рассеяния определяется и размером структурного элемента (2r) светочувствительного слоя (зерна

фотоэмульсии или размера пиксела ПЗС матрицы в цифровых фотоаппаратах).

В этом случае фокус объектива может быть смещен без потери резкости изображения относительно

светочувствительного слоя на величину

îá

frtg r



 

îá

Гл

уб

ина

рез

ос

ти и

зобр

ажа

рос

ан

тва

(с

ва

)

уб рез ос зобр е о о рос р с (се )

соответствующий ей допустимый диапазон дефокусировки (справа)

относительно фокальной поверхности

11.2. Классификация фотообъективов

В зависимости от поля зрения, которое определяется соотношением фокусного расстояния и диагонали кадра,

объективы делятся на три группы:

( 40)

нормальные

(

поле зрения

40)

;

широкоугольные или короткофокусные (поле зрения более 60);

узкоугольные или длиннофокусные (поле зрения менее).

11.2.1. Но

мальные

(

штатные

)

р ( )

У таких объективов фокусное расстояние близко по величине

диагонали кадра fg. Для обычной пленки диагональ кадра g



43 мм, поэтому к нормальным относят все объективы,

ок

сное

асстояние кото

ых



= 40

–

50 мм. Поле з

ения

фу р р f

р у

них около 60 – 40

11.2.2. Широкоугольные (короткофокусные)

У широко

гольных объективов фок

сное расстояние

у у

меньше диагонали кадра f



< g. Широкоугольные

объективы характеризуются небольшим фокусным

расстоянием в диапазоне приблизительно f = 20 – 30

мм. Поле зрения у таких объективов больше 60

11.2.3. Узкоугольные (длиннофокусные)

1124 Об ф

Узкоугольные объективы имеют фокусное расстояние больше диагонали кадра f > g,

а поле зрения менее 40°. Фокусное расстояние таких объективов больше 50 мм.

Об

ъективы с переменным

окусным расстоянием

Объективы с переменным фокусным

расстоянием (синонимы: ZOOM-объективы,

варио

объективы, объективы

варио

объективы,

объективы

трансфокаторы) позволяют получать

изображения различного масштаба при

неизменном расстоянии до объекта съемки.

11.3. Видоискатели

Видоискатель позволяет определить границы изображаемого в кадре пространства и осуществить фокусировку

изображения объектов съемки По устройству видоискателя фотокамеры обычно делят на две группы: зеркальные (у

изображения

объектов

съемки

По

устройству

видоискателя

фотокамеры

обычно

делят

на

две

группы:

зеркальные

(у

которых в видоискателе видно изображение, прошедшее через объектив) и не зеркальные.

Зеркальный фотоаппарат

11.4. Системы фокусировки

В создании качественных снимков одну из важнейших функций выполняет система фокусировки фотоаппарата, то

есть процесс наводки на резкость.

11.4.1. Активный автофокус

Активный авто

ок

с изме

яет

асстояние

о объекта съемки с помо

ью ин

фр

ак

асного имп

льса

(р

асстояние

фу

р р д щ фр р у (р

определяется по смещению на фотоэлементе), и камера автоматически фокусируется на этот объект. Особенностью

активного автофокуса является то, что расстояние определяется до ближайшего объекта. Прозрачные предметы,

такие, как стекло, могут мешать правильной фокусировке.

Активный авто

ок

с может иметь некото

ые спе

иальные

ежимы:

фу р ц р

•Многолучевой автофокус – камера оценивает расстояние по нескольким точкам на всем поле. Такая система часто

исключает ошибки фокусировки за счет того, что резкость наводится не только по центральной части кадра.

•Точечный замер – замер расстояния производится по центру кадра (используется более узкая рамка автофокуса

вместо стан

тной

)

. Этот

ежим

ает возможность с

елать снимок в сложных

словиях

ок

си

овки

нап

име

р,

др ) р д д у фур , рр,

когда главный объект съемки располагается на дальнем плане, а второстепенный объект – на переднем плане.

11.4.2. Пассивный автофокус

Принцип действия пассивного автофокуса следующий: на частые полоски из светочувствительного материала

(матрицу автофокуса) попадает изображение, прошедшее через объектив. Если объект не в фокусе, то изображение

размыто и соседние полоски освещаются почти одинаково. Если объект в фокусе, то изображение четкое и разница

освещенности соседних полосок значительная Микропроцессор фотоаппарата анализирует полученную

освещенности

соседних

полосок

значительная

Микропроцессор

фотоаппарата

анализирует

полученную

информацию и настраивает объектив до получения контрастного изображения, после чего сообщает камере

расстояние до объекта, а аппарат вычисляет необходимые параметры съемки.

11.5. Экспозиция

Экспозиция – это количество света, попадающее на фотоматериал:

<Экспози

ия>=<Интенсивность света>



<В

емя воз

ействия>.

р д

При этом под количеством света, понимается поверхностная плотность световой энергии равная отношению энергии

света, падающей на элемент поверхности к площади элемента поверхности.

Интенсивность света контролируется диафрагмой, время воздействия контролируется выдержкой. Таким образом,

есть набо

ва

иантов значения вы

жки и

иа

фр

агмы

и кото

ом экспози

ия не меняется.

р р др дфр , р р ц

Затвор – устройство, позволяющее открывать для света доступ к фотоматериалу.

Вы

жка

–

емя

в течение кото

ого затво

отоаппа

ата отк

ыт

ля экспони

ования ка

др

а.

др

р , р р фрр д р др

Выдержка измеряется в долях секунды (например, 100 означает 1/100 сек.) и может меняться от нескольких секунд

до тысячных долей секунды. Существует стандартный ряд выдержек: 1/2000; 1/1000; 1/500; 1/250; 1/125; 1/60; 1/30;

1/15; 1/8; 1/4; 1/2; 1; 2 секунды и т.д.

Экспокоррекция

это возможность ввести поправку к экспозиции относительно правильного значения тогда все

Экспокоррекция

–

это

возможность

ввести

поправку

экспозиции

относительно

правильного

значения

тогда

все

кадры будут сниматься с недодержкой или передержкой. Этот режим используется при неравномерном освещении

объекта (например, фон значительно темнее или светлее объекта), при сложной световой ситуации (много теней или

разных источников света) либо со специальными целями.

Оптимальное время экспозиции определяется выражением

Оптимальное

время

экспозиции

определяется

выражением

12.7 ( / )

()

îá îá

tñåê





()

tñåê





B–поверхностная яркость объекта, s – светочувствительность (по ГОСТу) фоторегистрирующего материала,



коэффициент светопропускания оптической системы



–

коэффициент

светопропускания

оптической

системы