Линейное (поперечное) увеличение

Линейное увеличение оптической системы – это отношение линейного размера изображения в направлении, перпендикулярном оптической оси, к соответствующему размеру предмета в направлении перпендикулярном оптической оси (рис.5.2.1):

(5.2.1)

Рис.5.2.1. Сопряженные линейные величины.

Если , то отрезки и направлены в одну сторону, если , то отрезки и направлены в разные стороны, то есть происходит оборачивание изображения.

Если , то величина изображения больше величины предмета, если , то величина изображения меньше величины предмета.

Для идеальной оптической системы линейное увеличение для любой величины предмета и изображения в одних и тех же плоскостях одно и то же.

Угловое увеличение

Угловое увеличение оптической системы – это отношение тангенса угла между лучом и оптической осью в пространстве изображений к тангенсу угла между сопряженным с ним лучом в пространстве предметов и осью (рис.5.2.2):

(5.2.2)

Рис.5.2.2. Сопряженные угловые величины.

В параксиальной области углы малы, и следовательно, угловое увеличение – это отношение любых из следующих угловых величин:

6. Характеристики оптических систем

6.1. Главные плоскости и главные точки оптической системы, фокусное расстояние.

Главные или кардинальные плоскости – Две плоскости точки, которых сопряжены и с увеличением +1 в оптической системе.

Места, где пересекаются главные плоскости и главная оптическая ось называются главнымиили кардинальными точками оптической системы.

Фокусное расстояние — физическая характеристика оптической системы. Для центрированной оптической системы, состоящей из сферических поверхностей, описывает способность собирать лучи в одну точку при условии, что эти лучи идут из бесконечности параллельным пучком параллельно оптической оси.

Для системы линз, как и для простой линзы конечной толщины, фокусное расстояние зависит от радиусов кривизны поверхностей, показателей преломления стёкол и толщин.

!___ Определяется как расстояние от передней главной точки до переднего фокуса (для переднего фокусного расстояния), и как расстояние от задней главной точки до заднего фокуса (для заднего фокусного расстояния). При этом, под главными точками подразумеваются точки пересечения передней (задней) главной плоскости с оптической осью.

Величина заднего фокусного расстояния является основным параметром, которым принято характеризовать любую оптическую систему.

6.2. Поле зрения и поле изображения объектива. Угловые поля. Связь углового поля в пространстве изображений с фокусным расстоянием объектива. Деление объективов на группы в зависимости от углового поля и фокусного расстояния. Штатные объективы.

Поле зрения — круг, граница которого определяет видимую часть изображения.

Поле изображения - средняя часть поля зрения, в пределах которой изображения имеют достаточную яркость и резкость.

Он состоит из круга резкого изображения, так называемого поля изображения объектива, окружённого кольцом более тёмного и менее резкого изображения, постепенно переходящего в полную темноту. Поле зрения зависит от конструкции фотообъектива и не изменяется при диафрагмировании. В отличие от угла изображения объектива практического значения поле зрения не имеет.

Угол, под которым объектив видит предметное пространство, называется угловым полем (2омега).

Угол, под которым объектив строит изображение, называется угловым полем в пространстве изображения (α - *тут символ угла альфа*). (указывается в паспорте объектива. И указанное число больше, чем реально используется)

Как правило, под «углом изображения объектива», подразумевается угол, образованный лучами, соединяющими диагональ кадра с задней главной точкой объектива, то есть точкой пересечения задней главной плоскости с оптической осью.

Угол изображения (β) и угол зрения (α) объектива

Таким образом, свойства оптических систем зависят от фокусного расстояния (f)

Фотообъективы в зависимости от углового поля в пространстве делятся:

• Широкоугольные – угол изображения от 60° и больше;

• Среднеугольные – угол изображения 30–60°;

• Узкоугольные (телевик) – угол изображения от 30° и меньше.

• С переменным угловым полем

Объективы по зависимости от углового поля в пространстве изображения и фокусного расстояния:

• Нормальные или штатные

Зависит от диагонали кадра. Если фокусное расстояние приблизительно равно диагонали кадра, то объектив штатный. Угол α 45-60 градусов

• Короткофокусные/широкоугольные

фокусное расстояние приблизительно в полтора раза меньше диаметра кадра. Угол α больше 60 градусов

• Короткофокусные/сверхширокоугольные

фокусное расстояние значительно меньше диагонали кадра

угол α много больше 60 радусов

• Длиннофокусные

фокусное расстояние приблизительно в полтора раза (1,5) больше диагонали кадра. Угол α меньше 45 градусов

• Сферхдлиннофокусные

(зеркальные/зеркальнолинзовые объективы)

фокусное расстояние значительно больше диагонали кадра

угол α значительно меньше 45 градусов.

Штатный объектив, это не тот, который продается с фотоаппаратом, а тот у которого фокусное расстояние приблизительно равно диагонали кадра. (т.е. если матрица большая, то и значение фокусного расстояния будет больше)

«Штатным» называют объектив, фокусное расстояние которого равно диагонали кадра. Например, для малоформатной камеры штатным будет объектив с фокусным расстоянием 43 мм.

У нормального объектива фокусное расстояние равно или несколько больше диагонали кадра, у широкоугольного оно меньше его диагонали, а у длиннофокусного – значительно больше.

6.3. Светосила объектива, относительное отверстие геометрическое и эффективное. Зависимость светосилы от масштаба изображения. Деление объективов на группы в зависимости от светосилы.

Светосила – способность объектива создавать освещенность в поле кадра, соответствующее яркости объекта. (объект характеризуется яркостью, оптическое изображение-освещенностью, т.е. чем больше светосила, тем выше будет освещенность в оптическом изображении).

Светосила зависит от:

• 1. Относительного геометрического отверстия (без учета коэффициента пропускания "квадратный корень" из Т (корня тао))

(тот ряд диафрагм, который написан на камере, стандартный ряд значений f/1,4; f/2; f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11; f/16; f/22; f/32; f/45; f/64)

Из вики (Геометрическая светосила пропорциональна площади действующего отверстия объектива (где  — диаметр действующего отверстия), делённой на квадрат фокусного расстояния, то есть , или . Следовательно, светосила объектива тем выше, чем больше его максимальное относительное отверстие.

Выразив через , где  — диафрагменное число, получим:

Из формулы следует, что чем больше диафрагменное число, тем меньше освещённость кадра. Таким образом, диафрагмирование уменьшает освещённость кадра.

Для сравнения геометрической светосилы двух объективов необходимо брать отношение квадратов знаменателей максимальных относительных отверстий:

Например, геометрическая светосила объективов с максимальными относительными отверстиями 1:4 и 1:8 будет отличаться в раза.)

• 2. Эффективное относительное отверстие (с учетом коэффициента пропускания корня Тао)

Для определения эффективного относительного отверстия приравнивают освещенность в фокальной плоскости реального объектива к освещенности, создаваемой в тех же условиях «пустой» диафрагмой. Изменяя диаметр диафрагмы и установив равенство освещенностей, делят найденный диаметр на расстояние до освещенной плоскости. Полученное таким образом геометрическое относительное отверстие и является эффективным относительным отверстием, поскольку для «пустой» диафрагмы Т =1, и, следовательно: 1:n = 1: k .

Из вики (Эффективная светосила. Относительное отверстие объектива является геометрическим понятием и характеризует его светосилу лишь отчасти — она не учитывает оптические свойства линз объектива. При прохождении светового потока через объектив часть его поглощается массой стекла, а часть отражается и рассеивается поверхностью линз, поэтому световой поток доходит до светочувствительного элемента ослабленным. Светосила, учитывающая эти потери, называется эффективной светосилой (в некоторых источниках — физической светосилой^[2]).)

• 3. Прозрачность оптических сред (коэффициент отражение).

• 4. Масштаб получаемого изображения (матрица, как правило маленькая. В таком случае масштаб а светосилу влиять сильно не будет, но когда масштаб велик (1:1 например), то светосила объектива уменьшится в 4 раза.

ЗАВИСИМОСТЬ СВЕТОСИЛЫ ОБЪЕКТИВА ОТ МАСШТАБА ИЗОБРАЖЕНИЯ

Масштаб изображения	1 : 00	1:100	1:50	1:25	1:10	1:5	1:2,5	1:1	2:1
Относительная освещенность	1	0,98	0,96	0,92	0,83	0,70	0,50	0,25	0,11

Влияние масштаба съемки показывает табл. из которой вид-

но, что освещенность уменьшается значительно только при макросъемке, т. е. при съемке в масштабе, близком 1 :1 При обычных съемках уменьшение освещенности может не приниматься во внимание.

Деление объективов на светосилу:

• Сверхсветосильные 1:2 и более

• Светосильные 1:2,8 до 1:4

• Малосветосильные 1:5,6 и менее