Билет №1

Законы распространения света. Законы отражения и преломления. (ред. 22.05 Рома)

Законы распространения света:

1. (Закон прямолинейного распространения света): Световой луч в прозрачной, однородной среде распространяется от одной точки до другой по прямой линии.

2 . Световые лучи, находясь в одном пространстве, пересекаясь или не пересекаясь, не взаимодействуют друг с другом.

Но, если они попадают на одну и ту же точку, или площадку, то действие их увеличивается.

3. Световой пучок встретившись с плоской зеркальной поверхностью отражается .

4. Невзаимодействие световых пучков. Несколько световых пучков идущих в разных направлениях при прикосновении не взаимодействуют, а ведуд себя так как будто существует только один пучок. Если 2а световых пуска падают на одну поверхность, то их действия складываются.

5. Лучи светового потока, встречая на своём пути границу раздела двух сред, имеющих разные плотности, частично:

• Отражается

• Поглощается

• Преломляется .

Отражение света – явление возвращения световой волны при её попадании на Поверхность раздела двух сред, имеющих различные показатели преломления. Зависит от разности плотностей двух сред => коэффициента отражения.

Законы отражения света:

1 Падающий луч, нормаль (проведённая в точку падения луча перпендикулярно границе раздела двух сред) и луч отражённый находятся в одной плоскости (плоскость падения).

2 Угол падающий (к нормали) (-E) и угол отражённый (к нормали) (E’) равны по абсолютной величине (по модулю) и обратны по знаку.

3 Луч падающий и луч отражённый обратимы.

4 При отклонении зеркала, отражённый луч откланяется в ту же сторону, куда были отклонено зеркало, на удвоенный угол поворота зеркала: α = 2δ

Преломление света – явление изменения направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух сред. Зависит от длины волны и коэффициента преломления.

Законы преломления света:

1. Луч падающий, нормаль (проведённая в точку падения луча перпендикулярно границе раздела двух сред) и луч преломлённый находятся в одной плоскости.

2. Относительный показатель преломления – это отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред

Отсюда

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом в 1621 г.

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: 

n = n2 / n1.

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

3. Если луч идёт из среды менее плотной в среду более плотную, то угол преломлённого луча (sin α’) будет меньше (прижимается к нормали).

Если же луч идёт из среды более плотной в среду менее плотную, то угол преломлённого луча (sin α’) будет больше (дальше от нормали).

4. Угол преломления не может быть больше 90 град.

= > Полное внутреннее отражение. Луч, идущий из более плотной среды ( ) в менее плотную ( ), если угол его падения ( ) больше предельного угла ( ), полностью отразиться обратно:

Красный луч падает по углом частично отразиться и преломиться.

Зеленый луч падает по углом полностью отразиться обратно.

Данный закон используют в призмах.

Билет №2. Хроматическая аберрация. (ред. 22.05 Рома)

Аберрация-погрешность оптических систем,к ним оотносятся:

Абберации:

• Монохроматические

Монохроматический свет – свет, состоящий из 1 длины волны. Определяется максимальной спектральной чувствительностью светоприёмника.

Макс чувствительности пленки н 546,1нм или 0,5461 мкм.

Макс чувствительности глза на 555нм или 0,555 мкм.

• Сферическая

• Кома

• Астигматизм

• Кривизна изображения

• Дисторсия

• Хроматические

Хроматические абберации считаются отдельно

для С, З, К длин волн, конкретно:

С = 434,1нм

З = 546,1нм

К = 656,3нм

• Хроматизм положения

• Хроматизм увеличения

• Вторичный спектр

Хроматические абберации – проявление зависимости характеристик оптической системы от длины волны свет (хромо – свет). Хроматические абберации приводят к «окрашиванию» неокрашенных предметов. Хроматические абберации вызваны наличием у стекол разных показателей преломления для разных длин волн.

Хроматизм положения

Хроматизм положения – продольная хроматическая абберация, при которой волны разных длин волн сходятся в разных точках на опт оси в зоне фокальной плоскости. Это вызвано тем, что стекло обладает дисперсией, то есть показатели преломления отличаются для лучей разных длин волн.

Коэффициент преломления синих лучей обычно больше, чем у красных => фокус синих лучей короче, а красных длиннее.

Исправление хроматизма положения:

• Использование зеркальных оптических систем, где хроматизм в принципе отсутствует (катоптрические системы, например систем Кассегрена).

• Использование ахроматических линз

Ахроматические линзы – сложная линза (комбинация линз), состоящая из положительной и отрицательной линз, склеенных между собой, имеющих разные коэффициенты дисперсии. Отрицательная линз исправляет положительную и лучи собираются в одной точке на оптической оси.

Примером ахроматической линзы может быть отрицательная линза из кронтового стекла, склеенная с положительной из флинтового стекла. Кронтовое стекло – больше песка. Кронтовое стекло – больше кронт (свинца).

• Диафрагмирование объектива

У ахроматов исправлены только две точки (К и С), вторичный спектр не исправлен:

Апохроматические линзы – сложная линза с исправленными двумя точками (К и С) и исправленным вторичным спектром:

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения – абберация, при которой увеличение оптической системы зависит от длины волны. Вследствие этого вместо изображения образуется цветная полоска.

Численно абсолютный хроматизм увеличения определяется как разность величины изображения для крайних длин волн.

Вторичный спектр

Вторичный спектр – остаточная хроматическая абберация, при котором две точки, как правило С и К, исправлены, а 3 – нет. Объективы с неисправленным вторичным спектром называют ахроматами. С исправленным вторичным спектром – апохроматами.

Вторичный спектр снижет качество изображения и ограничивает возможность развития относительного отверстия объективов, особенно длиннофокусных.

Исправление вторичного спектра:

• Использование апохроматических линз. Используя линзы из обычного оптического стекла исправить вторичный спектр невозможно. Для этого применяются оптические материалы с особым ходом кривой дисперсии. Наиболее подходящим материалом является кристалл фтористого кальция (флюорит). Использования линз из флюорита и обычного оптического стекла позволяет практически полностью исправить вторичный спектр.

• Так же используют особые сорта опт стекла – фторосфатные кроны. Не уступают характеристикам флюорита

.Ахромат - оптическая схема в значительной мере(не до конца) исправленная от хромотической абберации. Обычно выполняется в качестве дубликата из Положительной и отрицательной линз, изготовленных из оптических стекол с разным коэфициентом преломления.Диафрагмирование уменьшает Хроматическую абберацию.

Дисперсия – явление разной скорости распространения разных длин волн. По-просту - разложение света на спектр. Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

• у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,

• у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Билет №3.(5,15,27,36)

Крупность плана, масштаб изображения.

Одной из сновных характеристик кинообъектива является фокусное расстояние, потому что от него зависит масштаб изображения. Сравнивая изображения снятые с одной и той же точки объективами с разным фокусным расстоянием. Мы видим что изображение крупнее там, где больше фокусное расстояние объектива.

Фокусное расстояние - это расстояние от оптического центра объектива до его фокальной плоскости. Фокусное расстояние определяет угол обзора камеры: чем оно меньше, тем больше угол обзора. Чтобы можно было сравнивать углы обзора у камер с разными по размеру светочувствительными элементами, обычно указывается эквивалентное фокусное расстояние для 35-мм пленки. Эквивалентное фокусное расстояние относится к истинному, как диагональ кадра 35-мм пленки относится к диагонали матрицы фотоаппарата.

Масштаб- отношение линейного размера изображения, полученного на фотоплёнке или светочувствительной матрице, к линейному размеру проекции соответствующей части сцены на плоскость, перпендикулярную к направлению на камеру.Масштаб имеет важное значение при расчете глубины резко изображаемого пространства. Фотографам доступен очень широкий диапазон масштабов — от практически бесконечно малого (например, при съемке небесных тел) до очень крупного (без использования специальной оптики возможно получение масштабов порядка 10:1).Под макрофотографией традиционно понимают съёмку в масштабе 1:1 или крупнее. M=f/a; M-масштаб; a-расстояние от точки съемки до предмета.Масштаб изображения 1:м влияет на освещенность в том смысле,что чем крупнее масштаб,тем дальше от объектива отодвигается светочувствительный слой и по закону обратных квадратов изменяется освещенность.Главное фокусное раст определяет масштаб изображения при установке объектива на “бесконечность” и угол зрения (площадь съемочного плана,выраженная как угол,который может быть воспроизведен в виде резкого изображения угол,ограничивающий края изображения.

F’ – Точка заднего фокуса, это точка лежащая на оптической оси в пространстве изображения, в которой сходятся параллельные друг другу (из бесконечности) и оптической оси лучи, идущие из пространства предметов.

Фокальная плоскость – это плоскость перпендикулярная оптической оси и проходящая через точку заднего фокуса. В точках лежащих на этой плоскости пересекаются идущие из бесконечности (параллельные друг другу) но не всегда параллельные оптической оси лучи.

f’ – Фокусное расстояние (заднее), это расстояние от главной точки (задней) (H’) до точки (заднего) фокуса.

S’f’ – Заднее вершинное фокусное расстояние – расстояние от вершинной (задней) точки линзы до т. Фокуса.

Ф – оптическая сила – мера действия оптической системы. Если оптическая система состоит из серии линз, то их оптическая сила суммируется (отриц. И пол линзы +\-)

[Ф] = 1 диоптрия

Ф = 1/f’

Ф = 1000/f’ = 1дт.

Ф =100/f’ = 10дт.

β – Линейное увеличение – это отношение размеров изображения предметов к размерам самих предметов.

Z*Z’ = f*f’

Если β = -1 то изображение обратное того же размера

А если β = +1 то изображение прямое того же размера

Если β ˃ 1 то изображение больше объекта и наоборот.

Изменение расстояния от фокусов до изображения равно изменения f.

Поскольку, если всё происходит в однородной среде

-f=f’

То Z*Z’ = -f’ – Формула Ньютона

Под каким бы углом не падал луч, между двумя главными плоскостями (Н и Н’) он будет параллелен оптической оси. Потому что β положительной оптической системы (между Н и Н’) = +1.

Законы линейного увеличения β положительной оптической системы:

1 Если Объект находится перед точкой переднего фокуса, мы получи действительное перевёрнутое уменьшенное изображения.

2 Чем ближе объект к точке F., тем больше размер отрезка Z’ (размер изображения).

3 Если объект находится на расстоянии 2F (если Z=2f), то β = -1, то есть изображение будет действительное, в масштабе1:1 (Z=Z’), и перевёрнутое

4 Если объект находится на расстоянии между точками 2F и F, то изображение будет действительное, увеличенное (Z˂Z’) и перевёрнутое (обратное).

5 Если объект находится на точке F – изображение будет в бесконечности.

6 Если объект будет находится между точками F и H, то мы получим мнимое увеличенное прямое (не перевёрнутое) изображение.

7 Если предмет находится в точке Н, то его изображение будет находится в точнее Н’

Причём изображение будет прямое, действительное, с β = +1 (1:к).

m - Масштаб изображения, это знаменатель масштаба изображения. Величина обратная линейному увеличению.

Β = 1/m.

Крупный план – m от 30 до 40

Средний план m от 60 до 100

Общий план m более 200

2 Если дистанция съёмки (а) будет больше 40 фокусных расстояний (f), то

Если a ˃ 40 f, то:

β = f’/a

1/m = f’/a

a = m*f’

m = a/f’

следовательно

f’ = a\m при a ˃ 40 f

Если а ≤ 40 f, то (раз Z=S’-f’)

S’ =β*S

1/m = S’-f’/ f’

β = S’/S (раз S _͌ a)

S’ = β*S

S’ = β*a

1/m = a* β – f’/ f’ = (a/m) – f’/ f’

f’ = ((a/m) – f’)*m/m

f’ = a – f’*m

a = f’ – f’*m

следовательно:

а = f’*(m+1) при а ≤ 40 f.

Например задача:

Дано:

Размер кадра 16*22мм (звук стандарт)

у = 6000 мм

а = 9000 мм

Найти:

f’

Решение:

m = 6000/22 = 273

a = m*f’

f’ = a/m

f’ = 9000/273 = 33 мм.

2W – Угол поля зрения объектива, это удвоенный угол между оптической осью и лучём идущим из задней узловой точки на край диафрагмы поля зрения (край кадрового окна).

Под этим углом входят в опт. систему лучи, идущие из бесконечности

2W = arktg = Dmax/2*f’

Угол поля изображения – удвоенный угол между оптической осью объектива и лучём идущем из центра выходного зрачка на край кадрового окна.

Бывает вертикальный(D верт.), горизонтальный(D гориз) и диагональный (D max)

(к примеру горизонтальный у 50mm = около 25 ͦ).Линейное поле зрения – наибольшая часть пространства предметов находящаяся на конечном расстоянии, изображённая оптической системой.

Билет №4.

Дифракция и итерференция света.(волновые свойства света) (ред. 22.05 Рома)

Дифpакция света – отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий, например, через малые отверстия или узкие щели (0,1 – 1,0 мм).

При дифракции, волны «огибают» препятствия, размер которых меньше длины волны. Так более длинные волны (например красной зоны спектра) могут обогнуть один объект, а более короткие (к примеру синие) – нет и будут отражаться.

(рис.2. Дифракция в разных ьпроекциях:

Розовая зона – принципиальная схема дифракции

Желтая зона – дифракция на щели

Голубая зона – дифракция на отверстии.)

Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн.

Метод зон Френеля – метод разбиения фронта волны на кольцевые зоны.

Рис. 9.2

Границей первой (центральной) зоны служат точки поверхности S, находящиеся на расстоянии от точки M (рис. 9.2). Точки сферы S, находящиеся на расстояниях , , и т.д. от точки M, образуют 2, 3 и т.д. зоны Френеля.

Колебания, возбуждаемые в точке M между двумя соседними зонами, противоположны по фазе, так как разность хода от этих зон до точки M .

Поэтому при сложении этих колебаний, они должны взаимно ослаблять друг друга:

где A – амплитуда результирующего колебания, – амплитуда колебаний, возбуждаемая i-й зоной Френеля.

Дифракция на щели

Распределение интенсивности света при дифракции на щели:

Дифракция на отверстии

При проекции дифракции на отверстии на плоскость получаются дифракционные кольца:

Дифракционная решетка - совокупность большого числа узких щелей,разделенных непрозрачными промежутками. Используется при изготовлении поляризационных светофильитров, «антибликовых» очков.

Дифракция влияет на разрешающую способность объектива.

Чем более открытая диафрагма => дифракция меньше.

Световые волны огибают края диафрагмы, как следствие появляются дополнительные «паразитные» отклоненные лучи. При сильном диафрагмировании отношение таких «паразитных» лучей к проходящив внутрь диафрагмы становитья больше и разрешающая способность ухудшается.

Однако, в практике, приходиться считаться и с абберациями объектива. Вот принципиальная зависимость дифракции и аббераций. Вывод – наиболее выгодное относительное отверстие 5,6 ± 1EV.

И нтерференция света взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве (рис. 2), совпадающих по амплитуде и длине.

Когерентные волны – волны имеющие одинаковою фазу излучения, синхронные.

Положительная интерференция – интерференция двух или более световых волн, совпавших по фазе (и совпавших по амплитуде и длине).

Отрицательаня интерференция – интерференция двух или более световых волн, противоположных по фазе (и совпавших по амплитуде и длине).

Просветление оптики

Просветление оптики - нанесение на поверхность линзы слой пленки, толщина которой равна ¼ длины волны на «просветление». Пропускающая способность которой меньше приломляющей способности линзы. Светопропускание объектива, конечно, НЕ увеличивается, но уменьшается «паразитная засветка», понижающая контраст изо и снижающая разрешающую способность объектива.

Интерференция используется

в просветлении оптики:

где IT – луч по света

длина волны

R1 и R2 – отраженные волны

N1= /4, то R1 и R2 совпадают.

Произойдет отрицательная интерференция и

Волны погасятся, а их энергия перейдет к

Проходящей волне IT, соответственно

Волна IT станет сильнее. И больше света

конкретной длины волны попадет в объектив.

Таких слоев может быть несколько, поскольку один слой может усилить волны только одной длины. Большинство объективов имеет многослойное просветление и маркируется MC (Multi Cover).

Интерференция так же используется в светофильтрах:

Светофильтры бывают

• Абсорбционные

• Интерференционные - Отражает одну и пропускает другую часть спектра падающего излучения. Так же называются дихроичными фильтрами.

№5. Фокусное расстояние и масштаб изображения.

Фокусное расстояние линзы — расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса

  

Данная формула справедлива только для тонкой линзы. Линза называется тонкой, если ее толщина много меньше, чем радиусы кривизны R1 и R2 обеих поверхностей

Если же хотите посчитать фокусное расстояние для любой линзы, то вам потребуется:

  

В Формуле мы использовали :

 — Фокусное расстояние линзы

 — Расстояние от предмета, до линзы

 — Расстояние от линзы, до изображения

 — Относительный показатель преломления

 — Радиус кривизны передней части линзы

 — Радиус кривизны задней части линзы

Масштаб - в общем случае отношение двух линейных размеров. Во многих областях практического применения масштабом называют отношение размера изображения к размеру изображаемого объекта.

Связь между предметом и его изображением

  

Рис. 13 Связь между предметом и его изображением при отсчете расстояний от главных плоскостей

  Предмет АВ и его изображение А' В', образуемое объективом (рис. 13), сопряжены между собой так, что каждому положению предмета относительно объектива (его первой главной плоскости H) соответствует одно-единственное положение изображения относительно объектиа (его второй главной плоскости Н'), определяемое формулой

(8)

  Если известны фокусное расссстояние f и расстояние а от предмета до объектива, то расстояние от объектива до изображения определяется по формуле

(9)

  Масштаб изображения, т.е. отношение линейных размеров А' В' изображения к линейным размерам АВ предмета, определяется по формуле

(10)

  Если известен масштаб изображения и нужно определить поло-жение предмета и его изображения, то расстояние от предмета до объектива определяется по формуле

(11)

  Расстояние от объектива до изображения определяется формулой

(12)

  Нетрудно видеть, что при масштабе 1 : 1 расстояния а и b становятся равными 2 f. Расстояние от предмета до изображения определяется формулой

(13)

а с учетом масштаба, например при репродукции:

(14)

где НН' ≈ расстояние между главными плоскостями объектива (см. табл. 3).

  Если расстояние HH' мало, его можно не учитывать, особенно при большом значении L. При макросъемке или при асимметричной конструкции объектива, когда НН' велико, его следует учитывать, беря его значение из табл. 3.

Рис. 14 Связь между положением предмета и его изображением при отсчете расстояний от главных фокусов

  Расчеты могут проводиться также при помощи другой серии формул, в которых отсчет расстояний производится не от главных плоскостей Н и Н', а от первого F и второго F' главных фокусов (рис. 14).

  Расстояние х от предмета первого главного фокуса F и расстояние х' от второго главного фокуса изображения А'В' связаны между собой зависимостью

(15)

  Соотношения между элементами формулы (8) и формулы (15) показаны на рис. 14, из которого видно, что

  Из формулы (15) вытекает:

	(16)
	(17)

  Масштаб изображения определяется формулами

	(18)
	(18a)

  Расстояние между предметом и его изображением составляет:

(19)

а с учетом масштаба:

(20)

№6 Широкоугольные объективы

Вступление:

Объектив — оптическое устройство, предназначенное для создания действительного оптического изображения. В оптике рассматривается как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид. Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах — из зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы. Оптическая система, создающая изображение предмета (мнимое или действительное – в зависимости от положения предмета от фокуса объектива).

Широко применяется классификация фотографических объективов по углу поля зрения или по фокусному расстоянию, отнесённому к размерам кадра. Эта характеристика во многом определяет сферу применения объектива:

Нормальный объектив — объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра. Для 35-мм плёнки нормальным считается объектив с фокусное расстоянием 50 мм, хотя диагональ такого кадра равна 43 мм. Угол поля зрения нормального объектива от 40° до 51° включительно (часто около 45°). Считается, что восприятие перспективы снимка, сделанного нормальным объективом, наиболее близко к нормальному восприятию перспективы окружающего мира человеком.

Широкоугольный объектив (син. короткофокусный объектив) — объектив, с углом поля зрения от 52° до 82° включительно, фокусное расстояние которого меньше широкой стороны кадра. Часто используется для съёмки в ограниченном пространстве, например интерьеров.

Сверхширокоугольный объектив — объектив, у которого угол поля зрения 83° и более, а фокусное расстояние меньше малой стороны кадра. Сверхширокоугольные объективы обладают преувеличенной передачей перспективы и часто используются для придания изображению дополнительной выразительности.

Портретный объектив — если данный термин применяется к диапазону фокусных расстояний, то обычно подразумевается диапазон от диагонали кадра до трёхкратного её значения. Для 35-мм плёнки портретным считается объектив с фокусным расстоянием 50—130 мм и углом поля зрения 18—45°. Понятие портретного объектива условно и относится кроме фокусного расстояния к светосиле и характеру оптического рисунка в целом.

Длиннофокусный объектив (часто и некорректно именуемый телеобъективом) — объектив, у которого фокусное расстояние значительно превышает диагональ кадра. Имеет угол поля зрения от 10° до 39° включительно, и предназначен для съёмки удаленных предметов.

Сверхдлиннофокусный объектив — объектив, угол поля зрения которого 9° и менее.

В настоящее время массовое применение получил современный тип объективов с переменным фокусным расстоянием, называемый вариообъектив (трансфокатор, «зум»).

Схематическое обозначение фокусного расстояния и их угол поля зрения: 1.Сверхширокоугольный объектив . 2. Широкоугольный объектив. 3. Нормальный объектив . 4. Телеобъектив. 5. Супер-телеобъектив

Основная часть:

Широкоугольный объектив (короткофокусный) — объектив, у которого фокусное расстояние меньше, чем диагональ плёночного кадра или матрицы, с углом поля зрения от 52° до 82° включительно. Чем меньше фокусное расстояние, тем шире угол.

Таким образом, для узкоплёночного фотоаппарата все объективы с фокусным расстоянием меньше 44 мм будут широкоугольными. На цифровых зеркальных камерах с кроп-фактором 1.5-1.6 это уже объективы с фокусным расстоянием менее 28 мм. Объективы с фокусным расстоянием менее малой стороны кадра называются cверхширокоугольными. Нормальные штатные зум-объективы обычно охватывают диапазон типа 35-70, 28-90 или даже до 140 мм (для узкой плёнки типа 135), то есть самое широкое положение нормального трансфокатора является широкоугольным. Широкоугольные объективы создают оптические искажения преимущественно по краям кадра.

Широкоугольными объективами принято снимать:

• Архитектуру

• Пейзаж

Объектив обычно называется «широкоугольным», если его фокусное расстояние составляет менее 35 мм (для полного кадра). Это соответствует углу зрения, который превышает 55° по широкой стороне кадра. Определение сверхширокого угла несколько более размыто, однако большинство соглашается на том, что эта часть начинается с фокусных расстояний порядка 20-24 мм и менее. Для компактных камер широкий угол зачастую означает максимальное раскрытие зума, однако сверхширокий угол для них обычно недоступен без специального адаптера.

В любом случае, ключевая концепция такова: чем короче фокусное расстояние, тем больше проявляются уникальные эффекты широкоугольного объектива.

Данная диаграмма показывает максимальные углы, под которыми лучи света могут достигать сенсора камеры. Точка пересечения лучей необязательно равна фокусному расстоянию, но примерно пропорциональна ему. Угол зрения, как следствие, увеличивается обратно пропорционально.

Что делает широкоугольные объективы уникальными? Распространённое недоразумение состоит в том, что широкоугольные объективы в-основном используют тогда, когда невозможно отдалиться от предмета достаточно далеко, но вы тем не менее хотите уместить предмет съёмки в один кадр. Однако если бы это было единственным применением, это было бы большой ошибкой. В действительности широкоугольные объективы зачастую используют для прямо противоположного: чтобы иметь возможность приблизиться к предмету.

Что делает широкоугольный объектив уникальным:

• Он охватывает широкий угол зрения.

• Он обычно имеет минимальную дистанцию фокусировки.

Несмотря на то, что эти характеристики могут показаться совсем базовыми, они означают изрядный набор возможностей.

Широкоугольная перспектива

Широкий угол зрения означает, что относительный размер и расстояние гипертрофируются при сравнении близких и далёких объектов. Это приводит к тому, что близлежащие объекты выглядят гигантскими, а дальние кажутся маленькими и очень далёкими. Причиной этого является угол зрения:

широкоугольный объектив (размеры предметов сильно отличаются)

телеобъектив (предметы имеют схожие размеры)

Несмотря на то, что два контрольных столбика находятся на одинаковом расстоянии, их относительные размеры значительно отличаются на снимках, полученных с помощью широкоугольного и телеобъектива, сделанных так, чтобы ближний столбик целиком заполнял кадр по вертикали. Для широкоугольного объектива удалённые объекты составляют намного меньшую часть общего угла зрения.

Недоразумением является утверждение, будто широкоугольный объектив влияет на перспективу, — строго говоря, это не так. На перспективу влияет только ваше положение относительно объекта в момент съёмки. Однако на практике широкоугольные объективы зачастую заставляют вас значительно приблизиться к предмету съёмки — что, разумеется, влияет на перспективу.

Такое преувеличение относительного размера может использоваться, чтобы добавить акцент и детальность объектам переднего плана, охватывая при этом широкий фон.

Однако следует проявлять особую осторожность, снимая людей. Их носы, головы и другие части тела могут оказаться неестественных пропорций, если вы слишком приблизитесь к ним для того, чтобы сделать снимок. Пропорциональность, в частности, является причиной того, что в традиционной портретной фотографии распространены более узкие углы зрения.

Наконец, поскольку удалённые объекты становятся совсем маленькими, иногда хорошей идеей является включить в кадр какие-нибудь элементы переднего плана, чтобы зафиксировать композицию. Иначе снимок пейзажа (сделанный с уровня глаз) может показаться перегруженным, или ему не будет хватать чего-то такого, что привлечёт глаз.

Наклон вертикали

Всякий раз, когда широкоугольный объектив направляют выше или ниже горизонта, это приводит к тому, что исходно параллельные вертикальные линии начинают сходиться. В действительности это справедливо для любого объектива — даже телеобъектива — просто широкий угол делает эту сходимость более заметной. Далее, при использовании широкоугольного объектива даже минимальное изменение в композиции значительно изменит положение точки схождения — что приводит к заметной разнице в том, как сходятся чёткие линии.

Хотя схождения вертикальных линий в архитектурной съёмке обычно стараются избегать, порой его можно применять как художественный эффект:

В примере с деревьями широкоугольный объектив был использован для снимка мачтовых деревьев способом, который создаёт впечатление, будто они смыкаются над зрителем. Причиной этого является то, что они выглядят как будто обступающими со всех сторон и сходящимися в центре изображения — несмотря на то, что в действительности они все стоят параллельно.

Аналогично, архитектурный снимок был сделан близко к дверям, чтобы преувеличить видимую высоту часовни. С другой стороны, тем самым заодно создаётся нежелательное впечатление, будто здание вот-вот завалится назад.

Способы уменьшить схождение вертикали немногочисленны: либо направлять камеру ближе к линии горизонта, даже если это означает, что помимо предмета съёмки будет снят большой участок поверхности, либо значительно отдалиться от предмета и использовать объектив с большим фокусным расстоянием.

К сожалению, у каждого из этих методов есть свои недостатки, будь то потеря разрешения в первом, неудобства или потеря перспективы во втором.

Интерьеры и замкнутые пространства

Широкоугольный объектив может оказаться абсолютно необходим для замкнутых пространств, просто потому что достаточно отдалиться от предмета, чтобы он целиком поместился в кадр (используя нормальный объектив), невозможно. Типичным примером является съёмка интерьеров комнат или других помещений. Такой тип съёмки заодно является, вероятно, простейшим способом использовать широкоугольный объектив по максимуму — в частности, потому, что он форсирует вас находиться на близком расстоянии к предмету.

Поляризационные фильтры

Использование поляризационного фильтра с широкоугольным объективом практически всегда нежелательно. Ключевой особенностью поляризатора является зависимость его влияния от угла относительно солнца. Если вы направите камеру под прямым углом к солнечному свету, его эффект будет максимален; аналогично, направив камеру прямо по солнцу или против него, вы практически исключите его влияние.

Для широкоугольного объектива одна граница кадра может оказаться почти по солнцу, а вторая практически перпендикулярно ему. Это означает, что изменение влияния поляризатора отразится на кадре, что обычно нежелательно.

Управление светом и широкий угол

При использовании обычной экспозиции неравномерная освещённость приводит к тому, что часть изображения будет передержана, а другая часть недодержана — несмотря на то, что наши глаза адаптировались бы к изменению яркости при взгляде в разных направлениях. Как следствие, приходится дополнительно озаботиться определением нужной экспозиции.

Например, при пейзажной съёмке листва на переднем плане зачастую значительно менее интенсивно освещена, чем небо или гора в отдалении. Это приводит к передержанному небу и/или недодержанной земле. Большинство фотографов для борьбы с таким неравномерным освещением используют так называемые градиентные нейтральные фильтры (graduated neutral density — GND).

Кроме того, широкоугольный объектив гораздо сильнее подвержен бликам, в частности потому, что солнце имеет гораздо больше шансов попасть в кадр. К тому же может оказаться затруднительным оградить объектив от попадания боковых лучей посредством бленды, поскольку она не должна при этом блокировать свет, формирующий кадр, под широким углом.

Широкоугольные объективы и глубина резкости

Распространённое заблуждение, что широкоугольный объектив имеет большую глубину резкости. Если вы увеличите предмет съёмки в той же степени (т.е., заполните кадр в той же пропорции), широкоугольный объектив обеспечит такую же* глубину резкости, как и телеобъектив.

* Техническое примечание: в ситуациях особо сильного увеличения глубина резкости может несколько отличаться.

Причиной того, что широкоугольные объективы имеют репутацию повышающих глубину резкости, не являются никакие особенности собственно объектива. Причина в наиболее частом способе их применения. Люди редко приближаются к предметам съёмки настолько близко, чтобы заполнить кадр настолько же, как при использовании объективов с более узким углом зрения.

Искажения : кажется, что широкоугольный объектив преувеличивает перспективу. Глубина и пространство чрезмерно подчеркнуты. Предметы кажутся расположенными дальше, чем на самом деле. Если перемещать камеру с широкоугольным объективом, то покажется, что движение на экране происходит быстрее, чем на самом деле. Человек, приближающийся или удаляющийся от камеры, движется на экране быстрее, чем обычно. Если перемещать камеру с широкоугольным объективом, то покажется, что движение на экране происходит быстрее, чем обычно. Эти эффекты можно применять, чтобы усилить впечатление от съемки. Короткофокусный объектив даже при съемках с относительно короткого расстояния позволяет получить довольно полный вид сцены.

Широкоугольные объективы имеют более короткое фокусное расстояние в сравнении со стандартным объективом, а угол зрения – соответственно, более широкий, чем стандартная длиннофокусная оптика. Для 35 мм камер широкоугольниками считаются объективы, у которых фокусное расстояние около 35 мм или меньше. Этот тип объективов предназначен для снимков в самых разнообразных жанрах в тех случаях, когда необходим увеличенный угол зрения – например, при съемке пейзажа. Также широкоугольники очень удобны при съемке в ограниченном пространстве (например, в условиях тесных городских улиц, в квартире), поскольку в поле зрения объектива попадает тем больше пространства, чем меньше его фокусное расстояние.

Широкоугольники также хороши меньшей критичностью к точности определения расстояния при наводке на резкость – даже при фокусировке по шкале расстояний «промахнуться» по резкости достаточно сложно. Во многих случаях широкоугольные и сверхширокоугольные объективы проще и удобнее фокусировать по шкале расстояний, по шкале глубины резкости или наводя на гиперфокальное расстояние, а зеркальный видоискатель использовать лишь для кадрирования. Умеренные широкоугольники (фокусное расстояние 28—35 мм) в большинстве случаев не менее универсальны, чем их более длиннофокусные соседи в линейке оптики — «полтинники». Конечно, портрет, снятый широкоугольником, будет далек от верного воспроизведения пропорций, однако для жанровой и репортажной съемки диапазон фокусных расстояний 28—35 мм просто вне конкуренции по удобству использования. А в пейзажной и архитектурной съемке умеренные широкоугольники не только удобны, но и часто обеспечивают наиболее верное воспроизведение перспективы. К тому же широкоугольные объективы с фокусным расстоянием 28—35 мм наиболее распространены и часто вполне доступны по цене. Поэтому их популярность весьма высока — нередки даже случаи, когда объектив с фокусным расстоянием 28 мм или 35 мм задерживается на аппарате большую часть времени, по сути становясь штатным объективом. Эту закономерность подметили и активно развивают производители P&S-камер (point-and-shot, или «мыльниц») — фокусное расстояние объектива большинства таких компактных аппаратов соответствует 28—35 мм.

Дополнения:

Угол поля зрения — удвоенный угол между оптической осью и лучом, идущем из пространства предметов в центр входного зрачка.

Входной зрачок —апертурная диафрагма. Выходной зрачок – изображение диафрагмы.

Поле зрения объектива — максимальная часть пространства предметов, видимая/изображаемая оптической системой (объективом).

Фокусное расстояние — расстояние между оптическим центром объектива и пленкой при резкой наводке на очень удаленный предмет. Наименьшее расстояние от оптического центра до пленки, при котором можно получить резкое изображение. Расстояние от задней точки Н₁ (от главных плоскостей) до фокуса F.

Н₁ — задняя главная плоскость линзы, которая определяется пересечением идущих из бесконечности из пространства объекта параллельных лучей с их продолжением после преломления их при прохождении оптической оси.

Фокус F —передний фокус, точка на оптической оси, в которой пересекаются лучи, которые шли параллельно оптической оси, идущие после преломления из пространства изображения.

Перспектива: 1. Явление кажущегося искажения пропорций и формы тел при их визуальном наблюдении. Например, два параллельных рельса кажутся сходящимися в точку на горизонте.

2. Способ изображения объемных тел, передающий их собственную пространственную структуру и расположение в пространстве. В изобразительном искусстве возможно различное применение перспективы, которая используется как одно из художественных средств, усиливающих выразительность образов.

ГРИП — расстояние между передней и задней границами резко изображённого пространства, измеренное вдоль оптической оси, в пределах которого объекты съёмки на снимке отображаются безусловно резко.

Поляризационный фильтр — устройство для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольными поляризационными характеристиками. В фотографии поляризационные фильтры используются для достижения различных художественных эффектов (устранение бликов, затемнение неба

№7 Призмы с одной и двумя отражающими поверхностями. Полное внутреннее отражение.

Призма – простейший оптический прибор, представляющий однородное прозрачное тело, ограниченное плоскими поверхностями, расположенными относительно друг друга под определенными углами. Ребра призмы параллельны.

Отражающее действие призмы основано на явлении полного внутреннего отражения.

Отражающие призмы применяются в кинооптике в следующих случаях:

• Для изменения направления оптической оси прибора.

• Для оборачивания изображения.

В обоих случаях вместо призм можно применять зеркала, но призмы имеют перед зеркалами следующие преимущества:

1. В призмах отсутствуют потери света при отражении, тогда как в каждом зеркале эти потери составляют, примерно, 5 или 10 %.

2. Поверхности призм не требуют серебрения. Это существенно, потому что амальгама зеркала не прочна и часто подвергается техническим повреждениям.

3. Призмы конструктивно устойчивее, чем зеркала: угол между отражающими поверхностями у призм постоянен, тогда как в зеркальных системах – вследствие температурных воздействий на оправу, толчков при транспортировке и т.д. – углы между зеркалами могут изменяться.

4. При применении призм отсутствует двоение изображения. В зеркалах с внутренним серебрением всегда бывает два изображения: основное, отраженное от плоскости амальгамы, и второе, слабое, отраженное от поверхности стекла. Избежать этого возможно, применяя зеркала с наружным серебрением, но такое серебрение еще менее прочно.

Основное правило отражающей призмы:

Угол падения луча на отражающую поверхность призмы всегда должен быть больше предельного угла того сорта стекла, из которого призма сделана.

Если угол падения луча на отражающую грань призмы будет меньше предельного угла, то этот луч не отразится от грани, а пройдет ее и, соответственно преломившись, выйдет в воздух.

Чаще всего в конструкциях приборов с отражающими призмами применяется угол падения луча, равный 45^о.

Коэффициент преломления стекла в этом случае должен быть больше 1,414, так как n = 1 / sina; 1 / sin45^o = 1 / 0,707 = 1,414.

Обычно берется стекло с коэффициентом преломления около 1,6. В этом случае предельный угол получается 35^о – 40^о.

Стекла с большим коэффициентом преломления для отражающих призменных систем обычно не применяются, так как они в большинстве случаев менее прозрачны. Если в обычном оптическом стекле потери света на поглощение составляют примерно 1% на 1 сантиметр хода луча в стекле, то в тяжелых стеклах потери доходят до 3%.

Чтобы легче разбираться в действии оптического прибора с применением призм полного отражения, есть еще 2 правила:

1. Если луч проходит через призму или систему призм, и число его отражений – не четное, то изображение будет зеркальным, неконгруэнтным, то есть в изображении будет перемещение правой и левой стороны. В случае же четного числа отражений изображение будет прямое.

2. Если в призме 2 отражающие грани, то призма отклоняет луч от первоначального направления на угол, в два раза больший, чем угол между отражающими гранями, причем угол отклонения не зависит от угла падения луча на первую отражающую грань.

Оба эти правила остаются верными также и для зеркальных систем.

Трехгранные призмы с одной отражающей гранью:

1. Прямоугольная призма:

Прямоугольная призма применяется вместо плоского зеркала и дает отклонение луча на 90^о. Изображение при этом получается зеркальное, неконгруэнтное.

2. Призма Дове:

Если лучи падают на прямоугольную призму параллельно ее гипотенузной грани, то мы имеем случай Дове. Прямой угол в таких призмахчасто срезается, и образуется грань, параллельная гипотенузной грани.

Призма Дове не отклоняет и не смещает лучей. Она дает зеркальное изображение.

Трехгранные призмы с двумя отражающими гранями:

1. Прямоугольная призма:

Если в прямоугольной призме входной гранью сделать гипотенузную грань, то лучи будут притерпевать двукратное полное внутренне отражение от катетных граней.

При таком ходу луча призма отклоняет его на 180^о (угол между отражающими поверхностями 90^о).

Изображение будет конгруэнтное, не зеркальное (число отражений в ходе луча четное).

В некоторых устройствах применяются 2 призмы, однако принцип действия и правила остаются теми же.

2. Призма-ромб:

Дает прямое изображение предмета, так как число отражений четное.

Отклонения луча призма не дает (угол между отражающими гранями равен нулю: они параллельны), но дает некоторое смещение оптической оси. Величина смещения зависит от расстояния между отражающими гранями.

Чтобы увеличить смещение, призм иногда (как в случае прямоугольной призмы с двумя отражениями) расщепляют на две прямоугольные призмы.

Именно таково визирное устройство в киносъемочной камере «Москва». Прямоугольную призму, размещенную за кадровым окном, и прямоугольную призму лупы можно рассматривать как расщепленную призму-ромб.

Пентапризмы:

Имеют угол между отражающими гранями 45^о, поэтому отклоняют луч на 90^о.

Изображение прямое (число отражений - два).

Применяются для визирования кадра в малоформатных зеркальных камерах.

Поскольку гол падения луча на отражающую грань призмы, всего лишь 22,5^о,то есть значительно меньше, предельного угла, то полного внутреннего отражения наблюдаться не будет.Поэтому 2 отражающие грани пентапризмы серебрят.

По существу, эти две отражающие грани являются зеркалами, то есть призма работает по принципу двух зеркал, стоящих под углом.

Серебрение отражающих граней в призмах применяется в практике довольно часто, но призмы в этих случаях теряют одно из своих преимуществ: изображение в силу потерь света будет менее яркое, чем при полном внутреннем отражении.

Дополнения:

Внутреннее отражение — явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует бо́льшему показателю преломления).

Неполное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения меньше критического угла. В этом случае луч раздваивается на преломлённый и отражённый.

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снелла. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всё же проникает во вторую среду — там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит. Характерная глубина проникновения неоднородной волны во вторую среду порядка длины волны.

№8 Рабочий отрезок и задний отрезок (SF) объектива.

Рабочий отрезок – равен расстоянию от опорной поверхности оправы (плоскости крепления) объектива до фокальной плоскости (плоскости плёнки или светочувствительной матрицы).

Рабочий отрезок объектива должен быть равен рабочему расстоянию камеры, для которой предназначен данный объектив. Относится к конструктивным механическим характеристикам объектива.

Рабочий отрезок прямо влияет на возможность установки объектива одной системы в камеру другой системы через переходник. Если рабочий отрезок объектива больше чем у камеры, то установка через переходник возможна. Если рабочий отрезок объектива меньше чем фотоаппарата, то при установке будет потеряна возможность фокусировки на бесконечность и будет сбита шкала дистанций фокусировки (так как объектив нужно переместить внутрь корпуса).

Чтобы получить представление о величине рабочего отрезка можно провести такой опыт: встать в тёмной комнате или затемненной её части взять объектив, сфокусированный на бесконечность и навести его через окно на улицу на предмет, находящийся на бесконечно большом расстоянии, подвести лист бумаги к задней части объектива на расстояние, равное рабочему отрезку объектива, на листе бумаги должно появиться достаточно чёткое изображение предмета, находящегося на бесконечно большом расстоянии.

Система окуляра

В биноклях, телескопах, оптических прицелах и других системах с окуляром под рабочим отрезком понимается расстояние от задней поверхности линзы до глаза.

В оптических прицелах рабочий отрезок достаточно велик — примерно 40 мм для Российской техники и 70 мм для зарубежной. Это сделано для предупреждения травм глаза при отдаче оружия.

В биноклях, телескопах и микроскопах рабочий отрезок создается порядка 5—20 мм.

Задний отрезок:

Вершинное фокусное расстояние (оптической системы) — расстояние от вершины передней или задней оптической поверхности до точки переднего или заднего фокуса оптической системы. При этом, расстояние от передней (первой по ходу луча) оптической поверхности до переднего фокуса именуется передним, а расстояние от последней оптической поверхности до заднего фокуса именуется задним вершинным фокусным расстоянием.

Согласно ГОСТ 7427-76, вершинные фокусные расстояния именуются - передний фокальный отрезок и задний фокальный отрезок.

В справочниках фото- и кино-объективов, расстояние от последней поверхности до главного фокуса часто именуется задним отрезком.

Величина заднего и переднего фокальных отрезков обычно не совпадает с фокусным расстоянием системы. Телеобъективы имеют укороченный задний фокальный отрезок, что уменьшает габаритные размеры объектива; широкоугольные объективы однообъективных зеркальных аппаратов и кинокамер с зеркальными обтюраторами часто имеют удлинённый задний фокальный отрезок, так как зеркало видоискателя не позволяет расположить объектив близко к плоскости изображения.

f' — заднее фокусное расстояние;

s'F' — заднее вершинное фокусное расстояние (задний фокальный отрезок)

Дополнения:

Р абочий отрезок объектива (или фотоаппарата) - это расстояние от плоскости крепления объектива (поверхности байонета) до, так называемой, фокальной плоскости (это плоскость пленки или матрицы фотоаппарата).

Рабочий отрезок измеряется в миллиметрах.

Если рабочий отрезок объектива больше рабочего отрезка камеры (хотя бы на 1мм – минимальную толщину переходника) то, как правило, его можно использовать на этой камере через переходник без ограничений, т.е. у него будет возможность фокусировки на бесконечность.

Если рабочий отрезок меньше, то нужна или существенная переделка хвостовика объектива или необходимо использовать переходник с компенсирующей линзой, что сразу же ухудшает качество изображения. Или просто использовать такой объектив только на близких расстояниях и в макро-режиме.

Существует еще одна конструктивная проблема свойственная некоторым зеркальным фотокамерам. Объектив может подходить к камере по рабочему отрезку, но из-за конструктивных особенностей камеры зеркало будет цеплять за хвостовик объектива (достаточно часто проблема лечится стачиванием или разборкой оправы хвостовика).

Задний отрезок - расстояние от вершины задней поверхности последней линзы объектива до заднего главного фокуса. В большинстве объективов задний отрезок короче главного фокусного расстояния, составляя примерно от 85 до 50% главного фокусного расстояния, и это обстоятельство ограничивает возможность применения объективов с коротким задним отрезком в зеркальных камерах или в киносъемочных аппаратах, где в пределах заднего отрезка расположено зеркало или обтюратор. Отсюда возникла необходимость в специальных объективах с удлиненным задним отрезком, в которых задний отрезок не короче, а длиннее главного фокусного расстояния объектива или, по крайней мере, равен ему.

Удлинение заднего отрезка достигается включением в объектив отрицательной линзы в качестве первого компонента его.

Задний отрезок называется также задним вершинным фокусным расстоянием. На схемах задний отрезок обозначается через s', а вершинное фокусное расстояние через v'. Гораздо реже в фотообъективах указывается передний отрезок s или переднее вершинное фокусное расстояние v, т. е. расстояние от вершины передней поверхности первой линзы объектива до переднего главного фокуса.

Хотя телеобъективы имеют очень короткий задний отрезок, это не мешает использованию их в зеркальных аппаратах, так как фокусное расстояние телеобъектива обычно во много раз превосходит фокусное расстояние нормального объектива, обслуживающего тот же формат.

Задний отрезок не следует смешивать с рабочим отрезком, под которым понимается расстояние главного фокуса объектива от опорной поверхности оправы, определяющей положение объектива в камере.