Примеры статей
Изображение оптическое
Изображение оптическое, картина, получаемая в результате действия оптической системы на лучи, испускаемые объектом, и воспроизводящая контуры и детали объекта. Практическое использование И. о. часто…
Окуляр
Окуляр (от лат. oculus - глаз), обращенная к глазу наблюдателя часть оптической системы - зрительной трубы, телескопа, бинокля, микроскопа и т.д.; служит для визуального рассматривания действительного…
Электроннооптический преобразователь
Электроннооптический преобразователь (ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах) в видимое…
Зеркально-линзовые системы
Зеркально-линзовые системы, катадиоптрические системы, оптические системы, содержащие как отражающие поверхности (зеркала), так и линзы. В некоторых З.-л. с. зеркала выполняют чисто конструктивные…
Зрительная труба
Зрительная труба, общее название оптических приборов, предназначенных для визуального наблюдения за удалёнными предметами. К З. т. относятся подзорные трубы, телескопы, бинокли, перископы, дальномеры…
Микроскоп (оптич. прибор)
Микроскоп (от микро... и греч. skopeo - смотрю), оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. Человеческий глаз…
Кардинальные точки
Кардинальные точки оптической системы, точки на оптической оси ОО' (рис.) центрированной оптической системы, с помощью которых может быть построено изображение произвольной точки пространства объектов…
Фокус (в оптике)
Фокус (от лат. focus - очаг, огонь) в оптике, точка, в которой после прохождения оптической системы параллельным пучком лучей пересекаются лучи пучка (или их мысленные продолжения, если система…
Увеличение оптическое
Увеличение оптическое, отношение линейных или угловых размеров изображения предмета, получаемого с помощью оптической системы, к соответствующим размерам предмета. Характеризуя наиболее…
Диафрагма (в оптике)
Диафрагма (от греч. diaphragma - перегородка) в оптике, непрозрачная преграда, ограничивающая поперечное сечение световых пучков в оптических системах (в телескопах, дальномерах, микроскопах…
Светосила
Светосила, величина, позволяющая сравнивать освещённости в плоскостях изображений различных оптических систем. Без учёта потерь световой энергии на поглощение и отражение в оптической системе С. (её…
Поле зрения
Поле зрения оптической системы, часть пространства (плоскости), изображаемая этой системой. Величина П. з. определяется входящими в систему деталями (такими, как оправы линз, призм и зеркал, диафрагмы…
Разрешающая способность (в оптике)
Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Наименьшее линейное или…
Пропускания коэффициент
Пропускания коэффициент среды t, отношение потока излученияФ, прошедшего через среду, к потоку Ф0, упавшему на её поверхность: t: = Ф/Ф0. Чаще всего понятием П. к. пользуются для световых потоков…
Сферическая аберрация
Сферическая аберрация, один из типов аберраций оптических систем; проявляется в несовпадении фокусов для лучей света, проходящих через осе-симметрическую оптическую систему (линзу, объектив) на разных…
Хроматическая аберрация
Хроматическая аберрация, одна из основных аберраций оптических систем, обусловленная зависимостью преломления показателя (ПП) прозрачных сред от длины волны света (см. Дисперсия света). Х. а. может…
Кома (физич.)
Кома (от греч. kome - волосы), одна из аберраций оптических систем; заключается в том, что каждый участок оптической системы, удалённый от её оси на расстояние d (кольцевая зона), даёт изображение…
Аберрации оптических систем
Аберрации оптических систем (лат. aberratio - уклонение), погрешности изображений, даваемых оптическими системами. Проявляются в том, что оптические изображения в ряде случаев не вполне отчётливы, не…
Менисковые системы
Менисковые системы, разновидность оптических зеркально-линзовых систем, в которых перед сферическим (реже эллиптическим) зеркалом или перед системой зеркал и линз устанавливается один или несколько…
Рефрактор
Рефрактор, телескоп, снабженный линзовым объективом. Для астрономических наблюдений впервые применен в 1609 Г. Галилеем. Р. используются для визуальных, фотографических, реже спектральных или…
Астрограф
Астрограф (от астро... и ...граф), астрономический инструмент для фотографирования небесных объектов. А. строят по схеме рефрактора, рефлектора или зеркально-линзового телескопа (Шмидта телескопа…
Кривизна поля
Кривизна поля изображения, одна из аберраций оптических систем;заключается в том, что изображение плоского предмета получается резким не в плоскости, как это должно быть в идеальной системе, а на…
Шмидта телескоп
Шмидта телескоп, астрономический зеркально-линзовый телескоп, предназначенный для фотографирования больших областей неба. Изобретён в 1929 нем. оптиком Б. Шмидтом. Главными деталями Ш. т. являются…
Рефлектор
Рефлектор (от лат. reflecto - обращаю назад, отражаю), телескоп, снабженный зеркальным объективом. Р. используются преимущественно для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных…
Ричи-Кретьена система рефлектора
Ричи-Кретьена система рефлектора, один из типов рефлекторов. В этой системе параллельные пучки света, идущие от звёзд, падают на главное вогнутое гиперболическое зеркало, отражаются на вторичное…
Искусственные спутники Земли
Искусственные Спутники Земли (ИСЗ), космические летательные аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли и предназначенные для решения научных и прикладных задач. Запуск первого ИСЗ, ставшего первым…
Астигматизм
Астигматизм (от греч. а - отрицательная частица и stigme - точка), недостаток оптической системы, получающийся вследствие неодинаковой кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения…
Дисторсия
Дисторсия (от лат. distorsio - искривление), погрешность изображения в оптических системах, при которой нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением; одна из аберраций…
Телеобъектив
Телеобъектив, длиннофокусный фотографический объектив, в котором расстояние от поверхности первой линзы до задней фокальной плоскости уменьшено по сравнению с длиннофокусными объективами др. типов…
Анастигмат
Анастигмат (от греч. an- - не, без и астигматизм), фотографический объектив, практически свободный от всех аберраций оптических систем (в т. ч. от астигматизма). Это достигается путём специального…
Аэрофотосъёмка
Аэрофотосъёмка, фотографирование местности с воздуха специальным аэрофотоаппаратом, установленным на самолёте, вертолёте, дирижабле, искусственном спутнике Земли или ракете. Плоскость аэрофотоаппарата…
Глубина изображаемого пространства
Глубина изображаемого пространства, наибольшее расстояние, измеренное вдоль оптической оси, между точками в пространстве, изображаемыми оптической системой достаточно резко. Оптическая система…
Ирисовая диафрагма
Ирисовая диафрагма, один из типов оптических диафрагм, часто употребляющийся в фотографических объективах и других приборах для регулирования освещённости изображения и изменения глубины резко…
Просветление оптики
Просветление оптики, уменьшение отражения коэффициентов поверхностей оптических деталей путём нанесения на них одной или нескольких непоглощающих плёнок. Без таких (просветляющих) плёнок потери на…
Кардинальные точки
Кардинальные точки оптической системы, точки на оптической оси ОО' (рис.) центрированной оптической системы, с помощью которых может быть построено изображение произвольной точки пространства объектов…
Трансфокатор
Трансфокатор (от транс... и фокус), сочетание телескопической насадки с объективом, представляющее собой оптическую систему с переменным фокусным расстоянием. Механические перемещения отдельных…
Кинопроекционный объектив
Кинопроекционный объектив, оптическая система для получения на экране увеличенного изображения кадра кинофильма. Одна из основных характеристик качества К. о. - разрешающая способность, оцениваемая…
Проекционный аппарат
Проекционный аппарат, оптическое устройство, формирующее изображения оптические объектов на рассеивающей поверхности, служащей экраном. По способу освещения объекта различают диаскопический…
Апертура
Апертура (от лат. apertura - oтверстие), действующее отверстие оптической системы, определяемое размерами линз или диафрагмами. Угловая А. - угол a между крайними лучами конического светового пучка…
Преломления показатель
Преломления показатель относительный двух сред n21, безразмерное отношение скоростей распространения оптического излучения - света (реже - излучения радиодиапазона) в 1-й (u1) и во 2-й (u2) средах…
Иммерсионная система
Иммерсионная система (от позднелат. immersio - погружение), оптическая система, в которой пространство между предметом и первой линзой заполнено иммерсионной жидкостью (рис.). И. с. применяются в…
Зеркально-линзовые системы
Зеркально-линзовые системы, катадиоптрические системы, оптические системы, содержащие как отражающие поверхности (зеркала), так и линзы. В некоторых З.-л. с. зеркала выполняют чисто конструктивные…
Микроскоп (оптич. прибор)
Микроскоп (от микро... и греч. skopeo - смотрю), оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. Человеческий глаз…
Спектральные приборы
Спектральные приборы, приборы для исследования спектрального состава по длинам волн электромагнитных излучений в оптическом диапазоне (10-3-103мкм; см. Спектры оптические), нахождения спектральных…
Лазер
Лазер, источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Слово "лазер" составлено из начальных букв (…
Объектив
Объектив, обращенная к объекту часть оптической системы или самостоятельная оптическая система, формирующая действительное изображение оптическое объекта. Это изображение либо рассматривают визуально в окуляр, либо получают на плоской (реже искривленной) поверхности (фотографического свето-чувствительного слоя, фотокатода передающей телевизионной трубки или электроннооптического преобразователя, матового стекла или экрана). Конструктивно О. могут быть разделены на три класса: наиболее распространённые линзовые (рефракторы, диоптрические); зеркальные (рефлекторы, катоптрические); зеркально-линзовые (катадиоптрические; подробно о них см. в ст. Зеркально-линзовые системы). По назначению О. делятся: на О. зрительных труб и телескопов, которые дают уменьшенное изображение; О. микроскопов —увеличенное изображение; фотографические и проекционные О., дающие в зависимости от конструкции и способа применения уменьшенное или увеличенное изображение.
Важнейшими оптическими характеристиками О. являются: фокусное расстояние (см. Кардинальные точки оптической системы, Фокус в оптике), которое при заданном удалении объекта от О. определяет увеличение оптическое О.; диаметр входного зрачка О. (см. Диафрагма в оптике); относительное отверстие и выражающаяся через него светосила О.; поле зрения О. Качество формируемого О. изображения характеризуют: разрешающая способность О., коэффициент передачи контраста, коэффициенты интегрального и спектрального пропускания света, коэффициент светорассеяния в О., падение освещённости по полю изображения.
Объективы зрительных труб и телескопов. Расстояние до объектов, изображаемых такими О., предполагается очень (практически бесконечно) большим. Поэтому объекты характеризуют не линейными, а угловыми размерами. Соответственно, характеристиками О. данной группы служат угловое увеличение g, угловая разрешающая способность a и угол поля зрения 2w = 2w¢/g, где 2w¢ — угол поля зрения следующей за О. части оптической системы (обычно окуляра). В свою очередь, g = f1/f2, где f1 — фокусное расстояние О., f2 — переднее фокусное расстояние последующей части системы. Разрешающая способность О. в угловых секундах определяется по формуле a’’ = 120’’/D, где D — выраженный в мм диаметр входного зрачка О. (чаще всего им является оправа О.). Освещённость изображения (светосила О.) пропорциональна квадрату относительного отверстия (D/f1)2.
О. измерительных и наблюдательных зрительных труб и геодезических приборов имеют входные зрачки диаметром несколько см. Малость поля зрения (не более 10—15°, обычно меньше) большинства зрительных труб позволяет использовать О. сравнительно простых конструкций: линзовые О. состоят, как правило, из двух склеенных линз и исправлены лишь в отношении сферической аберрации и хроматической аберрации. Менее употребительны О. из трёх и более линз, в которых исправлены также кома и некоторые др. аберрации оптических систем. К 70-м гг. 20 в. в геодезических приборах начали использоваться менисковые системы Максутова. Относительные отверстия О. наблюдательных труб и геодезических приборов варьируют в широких пределах (примерно от 1 : 20 до 1 : 5).
Диаметры линзовых и зеркально-линзовых О. телескопов ~ 0,5—1 м (максимальное D = 1,4 м). В рефракторах используются двухлинзовые О. (также с исправлением лишь сферических и хроматических аберраций). В астрографах, предназначенных для фотографирования звёздного неба,— трёх- и четырёхлинзовые О.; в них, как правило, исправляются все аберрации, за исключением кривизны поля. Угол поля зрения О. астрографов достигает 6°; у двухлинзовых О. рефракторов он обычно тем меньше, чем больше их диаметр, составляя у самых больших менее 1°. Относительные отверстия больших рефракторов ~ 1 : 20 — 1 : 10, у астрографов они больше, доходя до 1 : 1,4 — 1 : 1,2. В Шмидта телескопах и менисковых системах Максутова поле зрения достигает 5° при относительном отверстии около 1: 3. Наибольший О. зеркального телескопа имеет D = 5 м (рефлектор с параболическим зеркалом в обсерватории им. Хейла на г. Маунт-Паломар, США); в СССР строится рефлектор с параболическим зеркалом диаметром около 6 м. Поле зрения таких О. не превышает нескольких угловых минут; у О. телескопов, построенных по схеме Ричи — Кретьена системы рефлектора с гиперболическим главным зеркалом, — до 1°. Аберрации подобных О. (кроме хроматических и сферических) значительны и исправляются введением дополнительных (коррекционных) линз и зеркал, т. н. компенсаторов. О. современных крупных рефлекторов позволяют осуществлять смену вспомогательных зеркал, обеспечивая возможность работы при относительных отверстиях около 1:4, 1:10, 1: 30.
К астрономическим О. относятся также О., применяемые в системах наблюдения за искусственными спутниками Земли (т. н. спутниковых камерах) и для фотографирования тел, движущихся в верхних слоях атмосферы (например, метеоров). По своим характеристикам они близки, с одной стороны, к О. астрографов, с др. стороны — к некоторым типам фотографических О. В них исправляются все аберрации, за исключением кривизны поля, угол поля зрения может достигать 30°, относительного отверстия обычно велики (до 1 : 1,2). Типичным примером может служить О. "Астродар" спутниковой камеры, построенной по системе Максутова, отличающийся тем, что все его преломляющие и отражающие поверхности сферичны и при этом концентричны. Эффективный диаметр этого О. — 50 см, f "70 см (следовательно, относительное отверстие 1: 1,4); поле зрения составляет 5° ´ 30°.
Фотографические объективы (к ним относятся и О., применяемые при киносъёмке и репродуцировании) отличаются от О. предыдущей группы тем, что изображения, даваемые ими, должны быть резкими до края фотоплёнки (или иного приёмника), размеры которой могут быть сравнительно велики. Поэтому угол поля зрения резкого изображения у таких О. значительно больше, чем у О. зрительных труб, — свыше 50°. Чтобы добиться резкости и высокого контраста неискажённого плоского изображения при больших углах поля зрения, необходимо тщательно исправлять все основные аберрации (сферическую, хроматическую, кому, астигматизм, дисторсию, кривизну поля), а в ряде случаев — и наиболее существенные аберрации высшего порядка. Это приводит к значительному усложнению конструкции, тем большему, чем больше относительное отверстие и угол поля зрения [число линз и зеркал увеличивается и (или) их форма усложняется]. На рис. 1 изображено несколько схем наиболее известных линзовых фотообъективов. О., построенные по одной оптической схеме, могут иметь различные оптические характеристики (фокусное расстояние, относительное отверстие, угол поля зрения) и применяться для различных целей.
По назначению фотографические О. разделяют на О., применяемые в любительской и профессиональной фотографии и кинематографии, репродукционные, телевизионные, аэрофотосъёмочные, флюорографические, астрографические и др., а также О. для невидимых областей спектра — инфракрасной и ультрафиолетовой. Среди О. одного и того же назначения различают нормальные, или универсальные, светосильные, широкоугольные и длиннофокусные, или телеобъективы. Наиболее широко используются нормальные (универсальные) О. Это, как правило, анастигматы, обеспечивающие резкое плоское изображение при умеренно большом относительном отверстии и поле зрения. Их фокусные расстояния ~ 40—150 мм, относительные отверстия — 1 : 1,8 — 1 : 4, угол поля зрения в среднем около 50°. Светосильные О. с относительными отверстиями от 1 : 1,8 до 1 : 0,9 (в некоторых конструкциях, в частности в зеркально-линзовых,— до 1 : 0,8) используют для фотографирования в условиях пониженной освещённости; их поле зрения обычно меньше, чем у универсальных. Широкоугольные О. обладают углом поля зрения, превышающим 60° и доходящим у некоторых из них до 180° (например, показанный на рис. 1 объектив Гилля имеет поле зрения 180° при относительном отверстии 1 : 22). Особенно важную роль такие О. играют в аэрофотосъёмке. Фокусные расстояния широкоугольных О. обычно в пределах от 100 до 500 мм; их относительного отверстия характеризуются средними и малыми значениями (1 : 5,6 и ниже). В них трудно исправлять такие аберрации, как дисторсия, кривизна поля и астигматизм. О. с исправленной дисторсией называется ортоскопическими. У О. с углом поля зрения, приближающимся к 180° (от около 120° до 180°), дисторсию не исправляют (она отчасти может быть исправлена при печатании снимков спец. О.). Для формируемых этими (т. н. дисторсирующими) О. изображений характерны значительные перспективные искажения. Такие О. применяются, например, для создания особых композиций при фотосъёмке архитектурных ансамблей и ландшафтов. Чем больше поле зрения, тем более резко к его краю падает освещённость изображения (пропорционально косинусу четвёртой степени от половины угла поля зрения). В О. для любительской и профессиональной фотографии неравномерность освещённости корригируется при расчёте аберраций О.; у др. типов фотообъективов освещённость выравнивается с помощью специальных фильтров.
К длиннофокусным относятся О., фокусное расстояние которых превышает трёхкратную величину линейного поля зрения (для большей части фотографических О. это 100—2000 мм). Длиннофокусные О. применяются для съёмки удалённых объектов в крупном масштабе; их поле зрения обычно менее 30°, а относительное отверстие не превышает 1 : 4,5 — 1 : 5,6.
Одинаково хорошее исправление всех аберраций фотографических О. представляет собой чрезвычайно трудную задачу, особенно у светосильных, широкоугольных и специальных О. Поэтому находят компромиссные решения, меняя требования к исправлению аберраций в зависимости от назначения О.: например, в светосильных фотографических О. менее тщательно исправляют т. н. полевые аберрации, но при этом уменьшают поле зрения; в случае О. с большими фокусными расстояниями принимают особые меры для исправления хроматических аберраций и т.д.
Выбор освещённости в плоскости изображения фотообъектива зависит от яркости объекта, чувствительности фотоматериала или иного приёмника света и требуемой глубины изображаемого пространства (глубины резкости). Изменение освещённости осуществляется путём изменения относительного отверстия О. с помощью диафрагмы переменного диаметра, например ирисовой диафрагмы. На оправе О. имеется шкала, по которой устанавливают нужное относительное отверстие (характеризуя О., обычно указывают максимальное значение этого отверстия). Освещённость плоскости изображения пропорциональна квадрату отношения диаметра входного зрачка О. к его фокусному расстоянию — т. н. геометрической светосиле О. Умножение этой величины на коэффициент, определяемый потерями световой энергии при прохождении через О. (на поглощение в толще стекла и отражение от оптических поверхностей), даёт физическую светосилу О. Для увеличения физической светосилы (т. е. для уменьшения потерь света) современные фотографические О. просветляют (см. Просветление оптики). Подбор специальных просветляющих — однослойных и многослойных — покрытий позволяет не только повысить интегральное пропускание О., но и сбалансировать спектральное пропускание в соответствии со спектральной чувствительностью трёх слоев цветной обратимой плёнки. Это обеспечивает правильное воспроизведение цветов объектов, изображаемых на таких плёнках.
Широко применяются т. н. панкратические О. с переменным фокусным расстоянием (таковы многие киносъёмочные объективы); изменение этого расстояния осуществляется перемещением отдельных компонентов О., при котором его относительное отверстие обычно остаётся неизменным. Подобные О., в частности, позволяют менять масштаб изображения без изменения положения объекта и плоскости изображения (при смещении компонент О. и изменении его фокусного расстояния меняется положение главных плоскостей О.; см. Кардинальные точки оптической системы). По своим оптико-коррекционным свойствам О. с переменным фокусным расстоянием делятся на две группы: 1) вариообъективы, оптическая схема которых корригируется в отношении всех аберраций как единое целое; 2) трансфокаторы — системы, состоящие из собственно О. и устанавливаемой перед ним афокальной насадки, аберрации которой исправляются отдельно. Получение изображений высокого качества в панкратическом О. достигается за счёт увеличения числа линз и компонент. Такие О. — сложные системы, состоящие из 11—20 линз.
Проекционные О. однотипны с фотографическими, отличаясь от них в принципе лишь обратным направлением лучей света. По типу проекции они делятся на О. для диапроекции в проходящем свете и О. для эпипроекции в отражённом свете (см. Кинопроекционный объектив, Проекционный аппарат). Особую подгруппу, также относимую к фотообъективам, составляют репродукционные О., применяемые для получения изображений плоских предметов, чертежей, карт и т.п.
Проекционные О., репродукционные О. и фотообъективы, используемые на малых удалениях от объекта, характеризуют не угловым, а линейным увеличением (масштабом изображения в собственном смысле), линейными размерами поля зрения и числовой апертурой. В этом отношении они сходны с О. микроскопов.
Объективы микроскопов отличает расположение в непосредственной близости от объекта. Их фокусные расстояния невелики — от 30—40 мм до 2 мм. К основным оптическим характеристикам О. микроскопов относятся: числовая апертура А, равная n1sin u1, где n1 — преломления показатель среды, в которой находится объект, u1 — половина угла раствора светового пучка, попадающего в О. из точки объекта, лежащей на оптической оси О.; линейное увеличение b; линейные размеры 2l поля зрения, резко изображаемого О.; расстояние от плоскости объекта до плоскости изображения. Величина А определяет как освещённость изображения, прямо пропорциональную А2, так и линейный предел разрешения микроскопа, т. е. наименьшее различаемое расстояние на объекте, равное для самосветящихся объектов (в предположении, что аберрации отсутствуют) e = 0,51 g/A, где g — длина волны света. Если объект находится в воздухе (n = 1, "сухой" О.), то А не может превышать 1 (фактически не более 0,9). Помещая объект в сильно преломляющую (n > 1) жидкость, т. н. иммерсию, примыкающую к поверхности первой линзы О., добиваются того, что А достигает 1,4—1,6 (см. Иммерсионная система). b современных микроскопов доходит до 90—100 ´; полное увеличение микроскопа Г = bГ¢, где Г¢ — угловое увеличение окуляра. Линейное поле 2l связано с диаметром D диафрагмы поля зрения окуляра соотношением 2l = D/b. По мере увеличения А и b растет сложность конструкции О., поскольку требования к качеству изображения очень велики — разрешающая способность О. практически не должна отличаться от приведённой выше для идеального (безаберрационного) О. Этому условию удовлетворяют конструкции наиболее совершенных О. микроскопов —т. н. планахроматов и планапохроматов. На рис. 2 приведена схема одного из лучших планапохроматов советского производства. (Более подробно см. статьи Зеркально-линзовые системы; Микроскоп, разделы: Оптическая схема, принцип действия, увеличение и разрешающая способность микроскопа и Основные узлы микроскопа.)
Особые группы О. составляют: О. спектральных приборов, по свойствам во многом близкие к фотографическим О.; специальные О., предназначенные для использования с лазерами и т.д.
Лит.: Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 1—2, М. — Л., 1948—52; Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических систем, 2 изд., Л., 1969; Flügge J., Das photographische Objektiv, W., 1955; Русинов М. М., Фотограмметрическая оптика, М., 1962; Микроскопы, под ред. Н. И. Полякова, М., 1969; Михель К., Основы теории микроскопа, пер. с нем., М., 1955.