Полевая диафрагма
Поле – это часть плоскости предметов, которая изображается оптической системой. В параксиальной оптике размер поля неограничен. В реальной оптической системе поле ограничивается полевой диафрагмой.
Полевая диафрагма – это диафрагма, ограничивающая размеры поля.
Полевая диафрагма располагается либо на поверхности предмета, либо на поверхности изображения, либо в плоскости промежуточного изображения. Изображения полевой диафрагмы через соответствующие части оптической системы называются входными и выходными люками (окнами) (рис.7.2.3).
Рис.7.2.3.
Полевая диафрагма.
Решение задач на определение углового и линейного полей оптической системы рассматривается в практическом занятии "Расчет положений зрачков на основании данных об апертурной диафрагме для различных типов оптических систем", в пункте "6.4. Расчет углового и линейного поля".
7.2.3. Виньетирование
Если пучки лучей ограничиваются только апертурной диафрагмой, то они полностью заполняют зрачок, как показано на рис.7.2.3. Если внеосевые пучки дополнительно ограничиваются помимо апертурной другими диафрагмами, то зрачок заполняется не полностью (рис.7.2.4). Это дополнительное ограничение или срезание пучков называется виньетированием.
Рис.7.2.4.
Виньетирование.
В
общем случае область диафрагмы выглядит
так, как показано на рис.7.2.5, из которого
видно, что пучок срезается сверху на
величину 
,
и снизу на величину 
.
Эти величины могут быть равны друг
другу, тогда виньетирование симметрично.
Если 
–
виньетирование несимметрично.
Рис.7.2.5.
Виньетирование (плоскость апертурной
диафрагмы).
Коэффициент
виньетирования –
это отношение размеров срезаемой части
диафрагмы к ее радиусу. Коэффициенты
виньетирования сверху 
и
снизу 
вычисляются
следующим образом:
(7.2.1)
Внеосевой пучок лучей в случае виньетирования показан на рис.7.2.6.
Рис.7.2.6.
Виньетированный пучок лучей.
Достоинства виньетирования:
способствует уменьшению поперечных габаритов оптической системы,
исключает из формирования изображения крайние зоны внеосевых пучков (именно они обычно имеют большие и трудно устранимые аберрации).
Недостатки виньетирования:
уменьшает размеры пучков, следовательно, уменьшает энергию пучка, что приводит к неравномерному распределению освещенности внеосевых зон изображения,
в дифракционно-ограниченных оптических системах качество изображения определяется дифракцией, причем чем меньше результирующая апертура (размер пучка), тем больше влияние дифракции, то есть ухудшается качество изображения.
8. Геометрическое и эффективное относительное отверстие, их влияние на качество изображения и глубину резко изображаемого пространства.
Относительное отверстие (светосила) объектива |
Относительное отверстие, или светосила, объектива определяет его способность давать на пленке, при прочих равных условиях, более или менее яркое изображение снимаемого объекта. Следовательно, чем больше относительное отверстие объектива, тем при меньшем уровне освещенности может производиться съемка. Одновременно с этим от величины используемого при съемке относительного отверстия зависит глубина резко изображаемого пространства. Различают два понятия относительного отверстия - геометрическое и эффективное. Величина геометрического относительного отверстия определяется отношением максимального диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию: C = D/F где D - максимальный диаметр действующего отверстия, F - фокусное расстояние. Действующее отверстие является изображением апертурной диафрагмы через предшествующую ей по ходу света часть объектива. Для большинства конструкций объективов диаметр действующего отверстия при полном открытии диафрагмы близок к диаметру передней линзы. Исключение составляют только особо короткофокусные объективы, у которых диаметр передней линзы часто значительно превышает диаметр действующего отверстия. Так как при определении геометрического относительного отверстия не учитываются потери света в линзах объектива, происходящие за счет поглощения в толще стекла и отражения от поверхностей, граничащих с воздухом, то фактическая светосила или эффективное относительное отверстие всегда меньше геометрического на величину, равную сумме всех видов потерь света в объективе. В объективах сложной конструкции, имеющих большое количество линз, потери могут достигать значительной величины, составляющей иногда 30-40%, и ими нельзя пренебрегать при определении экспозиции. Учитывая это обстоятельство, в настоящее время на всех киносъемочных объективах обозначения величин относительных отверстий на шкалах диафрагм наносятся в значениях эффективных относительных отверстий, и только на фронтальном кольце оправы указывается величина полного геометрического отверстия. На шкалах диафрагм объективов некоторых иностранных фирм указываются и геометрические и эффективные значения. В этом случае цифры, соответствующие эффективным отверстиям, наносятся красной краской, а геометрическим - белой. С целью уменьшения потерь света и увеличения контрастности изображения все объективы, выпускаемые в последние годы, просветляются, т.е. поверхности их линз, граничащие с воздухом, покрываются тонкой пленкой из прозрачных веществ, имеющих средний показатель преломления между воздухом и стеклом. Нанесение таких пленок существенно снижает количество света, отражаемого поверхностями линз, и тем самым увеличивает светопропускание объектива и уменьшает количество рассеянного света. Для максимального сокращения отражений толщина наносимых на поверхности линз пленок должна быть равна ¼ длины световой волны. Так как это условие может быть соблюдено только для какой-либо одной длины волны из всего участка спектра, используемого при фотографировании, то достигнуть полного устранения отражений не удается. На графике приведена зависимость величины отражения света одной поверхностью воздух-стекло до и после просветления. Как видно, полное устранение отражения имеет место только для одной длины волны (в данном случае для λ=560мμ), а для остальных лучей спектра наблюдается существенное снижение величины отражения по сравнению с непросветленной поверхностью.
Зависимость коэффициента отражения от длины волны света для непросветленной (1) и просветленной (2) поверхностей стекла В соответствии с действующим в СССР ГОСТом на шкалах диафрагм киносъемочных объективов величины относительных отверстий наносятся в эффективных значениях. При этом ряд обозначаемых на шкалах эффективных относительных отверстий (диафрагм) выбран таким образом, что каждое последующее деление соответствует отверстию диафрагмы, при котором пропускаемый объективом световой поток уменьшается или увеличивается в два раза по сравнению с предыдущим. Учитывая, что количество света, пропускаемого объективом, прямо пропорционально площади отверстия диафрагмы, указанному условию отвечает следующий ряд относительных отверстий: 1:1, 1:1.4; 1:2; 1:2.8; 1:4; 1:5.6; 1:8; 1:11; 1:16; 1:22. Оцифровка шкалы диафрагмы каждого типа объективов начинается с относительного отверстия, соответствующего полному открытию диафрагмы (оно может не совпадать с указанным выше рядом). Последующие значения обязательно соответствуют указанным. Второе деление после начального не оцифровывается, если оно отличается от начального менее чем на 10%. Для удобства чтения значений на шкале диафрагм обозначения величин относительных отверстий наносятся не в полном виде, а проставляются только знаменателями ряда: 1, 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6 и т.д. |
ЭФФЕКТИВНОЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ОТВЕРСТИЕ — относительное отверстие объектива с учетомкоэффициента пропускания T.
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 T = 1 и, следовательно:
1:n = 1:k .
Так как эффективное относительное отверстие не совпадает с геометрическим относительным отверстием, шкала эффективного относительного отверстия наносится красной краской.