Landsberg-1985-T3

Г л а 8 а XII. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИ60РЫ

§ 110. Проекциониые оптические приборы. Законы образо­ вания изображений в оптических систеыах с,lужат основой

для построения разнообразных оптических прнборов. Основ­

ной частью всякого оптического прибора является неко­

торая оптическая система. В одних оптических приборах

изображение ПО,lучается на экране, который ДО,1}жен быть

установлен в П,,10СКОСТИ изображения, другие приборы пред­ назначены для работы совместно с глазом. В ПОС.'1еднем С.'1у­

чае прибор и глаз представляют как бы единую оптическую

систему и изображение получается на сетчатой оболочке

глаза.

Мы буде~f раССl\fатривать действие оптических приборов

на основе законов геометрической оптики. Однако для ре­

шения некоторых вопросов представление о световых лучах

оказывается недостаточно точным, и нам придется ссылать­

ся на волновые свойства света, которые будут изучаться

впоследующих Г.lавах.

Проекционные приборы дают на экране Д е й с т в и­

триваться со сравнительно большого расстояния и благо­ даря этому может быть видно одновременно БОЛЬШОl\lУ числу людей.

На рис.

предназначенного Д.'1я демонстрации про з р а ч н ы х

объектов, наприыер рисунков и фотографических изобра­

жений на стекле (диапозитивы), фильмов и т. п. Такие аппа· раты называются дUQСКОnШtu (диа - прозрачныЙ). Осве­ щение объекта 1 ПРОIfЗВОДИТСЯ ярким источником света 2 с помощью систе~IЫ линз 3, называемой конденсором. Иног­

да за ИСТОЧНИКО);l устанавливается вогнутое зеркало 4,

в центре которого находится источник. Это зеркало. на· правляя обратно в систему свет, падающий на заднюю стен­ ку фонаря, уве.1ичивает освещенность объекта.

285

Объект помещается вблизи фОI{альной плоскости объек­

тива 5, который дает изображение на экране 6 (см. § 97). Для резкой наводки объектив может плавно перемещаться.

Проекционные системы очень часто употребляются для

демонстрации рисунков, чертежей Jj т. П. во вреыя лекций

(проекционный фонарь). Киноаппарат представляет собой

проекционную систему того же ТllПа с тел! усложнением,

что деl\юнстрируеJ\lЫе картины очень быстро С"lеняют одна другую. Фильм передвигается скачка!'.!!! -каждый раз на

один кадр. В I\I0l\!eHT передвижения фИ.lьыа световой пучок

чей конденсора является максимально сконцентрировать

свет на изображаемом объекте. Однако это совершенно н е­ в е р н о. Попытки «КОН1{ентрации» света на объекте при­

водят обычно только J( ТОМУ, что конденсор дает на нем

сильно уменьшенное изображение источника, и если этот

последний не очень велик, то объект будет освещен крайне

неравномерно. Кроме того, при этом часть светового потока

пойдет мимо проеКЦИОIIНОГО объектива, т. е. не будет участ­

вовать в образовании изображения на экране. Выбор кон­

денсора дает возыожность избежать этих недостатков. Конденсор 1 устанавливается таК!!1\! образом, чтобы он

давал и з о б Р а ж е н и е 6 небольшого и с т о ч н и J{ а 2 на самом объективе 3 (рис. 242.) Размеры конденсора выби­ раются с таким расчетом, чтобы весь д и а поз и т и в 4

был Р а в н о м е р н о о с в е Щ е н. Лучи, проходящие

286

Схема такого прибора, называемого ЭnllСКОnО,М или эnu­ nроекmоро'м, изображена на рис. 243. Источник 1 с помощью

вогнутого зеркала 2 освещает объект 3, лучи от каждой точ­

ки S объекта поворачиваются плоским зеркалом 4 и на­

правляются в объектив 5, который дает изображение на экране б.

Рис. 243. Проекционный аппарат для демонстрации непрозрачных

Часто применяют приборы, имеющие двойную систему

для проецирования как прозрачных, так и непрозрачных

предметов. Такие приборы называются эnuдuаскоnа'мU.

§ 111. Фотографический аппарат. Схема фотоаппарата изображена на рис. 244. Фотоаппарат состоит из объектива 1,

и ящика 2 со светонепроницаемыми стенками, называемого

камерой. Объектив помещается в передней стенке камеры,

Рис. 244. Схема фотоаппарата: 1 - объектив, 2 - камера, 3 - фото­

пластинка

а у задней стенки помещают чувствительную к свету фото­

графическую пластинку 3. Последняя находится в светоне­

проницаемой коробочке-кассете - с выдвижной крышкой, которая открывается только перед съемкой. При фотогра­

фировании предмет, как правило, находится на расстоянии,

гораздо большем фокусного расстояния объектива. Вслед-

288

ром 20 мы и фОКУСНЫl\1 расстоянием 50 11М имеет относите<'1Ь­ ное отверстие 1 : 2,5.

Обычно при~!еняемые фотообъективы IIмеют ОТНОСlIте.'1Ь­

ное отверстие от 1 : 7,0 до 1 : 2,5 при поле зрения 50-600.

Существуют I! еще более светосильные объективы (с ОТНОС!!­

те.'1ЬНШl отвеРСТИб! 1 : 1,00-1 : 0,85).

I

Рис. 245. Объективы фотоаппарата (схемы и внешний ВИД)

Для того чтобы регулировать световой поток, поступаю­ щий в фотоаппарат, объектив снабжается диафрагмой, диа­ метр которой I\ЮЖIЮ изменять и таким образом менять отно­ сительное отверстие. Приведенные выше цифры характе­

ризуют м а к с и м а л ь н о е значение ОТIюсите.1ЫЮГО

отверстия данного объектива.

НсобходИ'!О отметить, что реальная светосила объективов значи­

тельно \Iсньше той, которая получастсп из чисто геометрических пост­

роенн!!. Дело в том, что !гс весь световой поток, падающий на систему,

проходит через IJCC; часть света отражается, часть поглощается в систе­

ме. Долп поглощснного света обычно невелика, но отражения на по­ верхностпх линз играют бо.1ЬШУЮ роль. Как :.rb! знаем (см. § 81), при

HOP\I3.1bIIOM па;,сНИИ от границы стекло - воздух или воздvх - стеК.10

отражается ОКО.10 4-sr:6 па;,ающсго света; при наК"10ННОМ riадении доля

отраженного света ПССКО.1ЬКО возрастает. Таким обраЗО~I, в объективе,

имеющсм ТРП-'1стырс .1ННЗЫ, т. е. шесть-восемь отражающнх поверх­

ностей, потери света ;10СПlгают 30-40%.

Отражение света от поверхностей линз не только уменьшает свето­

силу прибора, но и Пj1ИВОДИТ еще к одному неприятному явлению: от­

раженный свет создаст световой фOJJ, из-за которого скрадьшается раз­

личие между темными и свстлыыи ысстами, т. е. понижается контраст­

ность изображени я.

290

Для уменьшения потерь на отражение разработан прием, называе­

. териала. Благодаря ЯВ.lению интерференции (см. гл. XIII) доля отра­

женного света при правильном подборе пленки (ее толщины и показа­

теля пре.10~f.lеНIIЯ) может быть сильно уыеньшена. Обычно ТОЛЩlIна

слоя выбирается из расчета М!IНШlального отражения зеленого света.

Тогда ДЛЯ бо.~ее коротких J! бо.1ее длинных ВОЛН отражение больше, чем для зеленого света. Ес.1!! JJa такую поверхность падает белый свет, то

отраженный свет имеет сине-красный оттенок. Оптические системы с по­

добными поверхностюш ПО.lУЧIIЛИ название «го.lубоЙ оптики». Такая

nросветленна-ч оптика II.1/ееm :'!.LaЧllтельно большую реальную светосилу u дает 60-lее контрастное IIзоораженuе, чем такая же оптика без про­

светления.

§ 112. Глаз как оптическая система. Глаз человека ,имеет приблизительно шарообразную ФОРМУ; диаметр его (в сред-

ружен снаружи тремя оболоч-

кама.

Внешняя твердая и прочная оболочка 1, называе:\IЭЯ скле­ рой ИЛИ белковой оболочкой, за­

щищает внутренность глаза от

механичеСКIIХ повреждений.

Склера на передней часТII гла­

за прозрачна и называется рого­

ную у разных людей в различный цвет. Радужная оболоч­

ка имеет в сереДlIне oTBepCTIIe, называющееся зрачком 4. Радужная оболочка способна дефОРlIIироваться и таким

образо!\! менять дна:\lетр зраЧlfа. ИЗl\!енение это происходит

рефлекторно (без учаСТI!Я сознания) в зависимости от ко­

личества света, попадающего в глаз; при ЯРКОМ освещении

диаметр зрачка равеII 2 мм, при слабом освещении доходит

до 8 мм.

На внутренней поверхности сосудистой оБО.l0ЧКИ распо­

, Ложена сетчатая оболочка, или сетчатка 6. Она покрывает

все ДНО глаза, кроме его передней части. Сзади через обо­

лочку ВХОДJlТ зрительный нерв 7, соединяющий глаз с мозгом. Сетчатка состоит в ОС[JOвно~[ [[з разветвлений воло­ КОН зрительного нерва )[ IIХ Оlюнчаш[и 11 образует с в е т 0-

ч у в с т в II Т е л ь 11 У Ю П о в е р х н о с т ь г Л аза.

Промежуток между роговой 11 радужной оболочками на­ зывается передней кешерой 9; он заПОJшен к а м е р н о й

в л а г о й. Внутри глаза, непосредстпенно за зрачко~!, рас­ положен хрусталик 5, предстаВЛЯЮЩI[ii собой прозрачное

упругое тело, И"-Iеющее фор:\[у ДВОЯКОВЫПУКс10Й с'J!IНЗЫ. Крн­

визна поверхностей хруста.ll!Ка \южст ,[еняться в реЗ)"сlЬ­

тате действия об.lегающеЙ CIO со всех сторон :\[ышцы. По­

средство:.[ ИЗ:l[енения I\РИI3IIЗНЫ ПОl3ерхностей хрусталша достигается приведсние изображеНIIЯ преД:\[етов, лежащих

на раЗ.1ИЧНЫХ расстояниях, точно на поверхность чувств][­

тельного С10Я сетчатки; этот пронесс называется аю;днода­ ({ией. Вся ПОс10СТЬ Г,lаза за XpYCТ3clli[(O:l1 заПОсlнена прозрач­

ной студенистой Ж[IДКОСТЬЮ, образующей стекловидное

тело 8.

По своеыу УСТрОЙСТl3у Г,lаз как оптическая систеыа схо­ ден с фотоаппараТОl\I. Роль объектива выполняет хруста.1ИК

совместно с преЛОЫJlяющей средой передней камеры и сте­ кловидного тела. Изображсние получается на светочувст­ вительной повеРХ!lОСТИ сетчатки. HaBoДJ<a на реЗJ(ОСТЬ

изображения осущеСТl3ляется путем аКI<омодаЦIIИ. Наконец,

зрачок IirpaeT роль [[зыеняющейся по диаыетру диафраГ!\IЫ. Способность глаза к аКI(О~lOдации обеспечивает возыож­

ность получения па сетчатке Рf'ЗIПIХ изображений преДlllе­

тов, находящихся на различных расстояниях. Нормальный

глаз в спокойном СОСТОЯНIШ, т. е. без какого-л[[60 УСИЛИЯ

аккомодации, дает на сетчат[(е отчетливое изображенirе уда­

ленных предметов (наприыер, звезд). С помощью !IIышечного

УСИЛИЯ, увеличивающего кривизну хрусталика и, следова­

тельно, уменьшающего его фо[(усное расстояние, глаз осу­ ществляет наводку на нужное расстояние. Н а и м е н ь­

ш е е р а с с т о я н I! е, на [(отором нормальный глаз I\Ю­

жет отчетливо ВlIдеть предметы, меняется в зависимости

от возраста от 10 см (возраст до 20 лет) до 22 сы (возраст около 40 лет). В БОсlее ПOiI\I1ЛОМ 130зрасте способность глаза

каККОJ\юдации еще Уil[еньшается: наименьшее расстояние

доходит до 30 см 1I БО.1ее - возрастная дальнозоркость.

Далеко не у всех людей глаз является н о р :'v! а л ь н ы м.

Нередко задний ФОКУС глаза в спокойном состоянии находит­

ся не на самой сетчатке (как у нор\!ального глаза), а с той

или другой стороны от нес. Если фокус глаза в спокойном

292

состоянии лежит внутри глаза пер е Д с е т ч а т к ой

(рис. 247, а), то глаз называется близоруким. Такой ГЛиЗ не

может отчетливо видеть отдаленные предметы, так как на­

пряжение мышц при аккомодации еще сильнее отдаляет

фокус от сетчатки. Для исправления близорукости глаза

должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами

(рис. 247,6).

---+е

а)

5)

Рис. 247. Близорукость глаза (а) исправляется с помощью рассеиваю­

щей линзы (6); дальнозоркость (6) - С помощью собирающей ЛИН­ зы (г)

в дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии

глаза находится з а с е т ч а т к о й (рис. 247, в). Дально­

зоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того что­ бы видеть даже весьма удаленные предметы, даоlЬНОЗОРКИЙ глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недо­ статочна. Поэтому для исправления дальнозоркости упо­

требляются оч!<и С собирающими линзами (рис. 247, г),

приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.

§113. Оптические приборы, вооружающие глаз. Хотя глаз

ине представляет собой тонкую линзу, в нем можно все

же найти точку. через которую лучи проходят практически

глаза находится внутри хрусталика вблизи задней поверх­ ности его. Расстояние h от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нор­

мального глаза 15 мм.

Зная положение оптического центра, можно легко пост­

роить изображение какого-либо предмета на сетчатой обо­

лочке глаза. Изображение всегда д е й с т в и т е л ь н о е,

у м е н ь ш е н н о е и о б Р а т н о е (рис. 248, а).Угол <р,

293