Фокальная плоскость объектива: Основы фотографии # 5.20

Как фотография (в отличие от физики) определяет «фокальную плоскость»?

РЕДАКТИРОВАТЬ: я изучил проблему фокальной плоскости против плоскости изображения больше. Описание под строкой === верно для оптики, а иногда и для специализированной фотографии.

При общем использовании,

• ( оптика ) плоскость изображения = ( фотография ) фокальная плоскость (например, см. Nikon’s отметка фокальной плоскости или это статья). Это плоскость датчика, это плоскость, где, если вы положите кусок бумага, изображение считается «в фокусе», резкое.
• ( оптика ) фокальная плоскость / задняя фокальная плоскость = не имеет эквивалента в общем фотография. Вероятно, потому что ваша диафрагма / затвор сидит там вы не можете возиться с этим, поэтому термин не был нужен.

Обратите также внимание на два определения здесь .

=============================================== ======

Позвольте мне провести вас через определение фокальной плоскости и плоскости изображения в оптике

(!!), где это две разные плоскости.

Начнем с: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Cardinal-points-1.svg/500px-Cardinal-points-1.svg.png

Вы можете видеть две точки фокусировки, F и F ‘. Функция этих: если вы излучаете свет от одного, скажем, F ‘, вы увидите параллельные световые лучи на другой стороне линзы. И наоборот, объект, который находится бесконечно далеко, будет излучать параллельные лучи, и все они пройдут через точку F ‘. Теперь это здорово. Зачем? Поскольку все эти лучи проходят через сконцентрированное небольшое пространство, поэтому вы можете разместить там затвор в фокальной плоскости, вы можете контролировать диафрагму с помощью диафрагмы, и, поскольку все лучи проходят через эту точку F ‘, вам не нужно беспокоиться о у вас большая линза (может быть 77 мм? может быть 1 м?), очень легко пропустить лучи туда или остановить их распространение.

Хорошо, это точка F ‘. Очевидно, вы используете только один из фокусов, поэтому вам нет дела до F.

Фокальная плоскость — это просто плоскость, которая перпендикулярна оптической оси линзы и проходит через точку F ‘. Вы в основном помещаете диафрагму, затвор фокальной точки прямо в фокальной плоскости.

Обратите внимание:

• параллельные световые лучи, которые также параллельны оптической оси, будут сходится к фокусу.
• параллельные световые лучи, которые находятся под углом к ​​оптической оси, будут сходятся точки на фокальной плоскости.

(см. анимация — иногда просто статичное изображение …)

Пленка или датчик находятся в плоскости изображения. Это совсем не фокальная плоскость в оптике.

Если поместить пленку или датчик в фокальную плоскость, в идеале на датчике должно быть одно крошечное белое пятно. Поскольку объектив не идеален, вы можете увидеть очень размытое небольшое пятно, вот и все.

Теперь, я надеюсь, что все понятно, извините за мой английский.

Если вы поняли и согласились с тем, что я написал, вот еще одна ссылка: http://en.wikipedia.org/wiki/File:BackFocalPlane.svg

Лучи, идущие вертикально от «объекта», являются параллельными лучами. Есть два красных и черная ось. Все они проходят через пересечение задней фокальной плоскости и оптической оси (по вертикали, оси симметрии).

Если объект не бесконечно далеко, вы увидите другие линии, исходящие от объекта. Они проходят через заднюю фокальную плоскость, и вы можете видеть, что они находятся близко к фокальной точке, но эти световые лучи создают яркое пятно в фокальной плоскости.

На плоскости изображения все лучи, исходящие из одной и той же точки объекта, попадают в одну и ту же точку плоскости изображения . Это важно: это требование, чтобы изображение было в фокусе, чтобы оно было четким. (Это отчасти очевидно: если точка на объекте создала несколько точек изображения, например, кончик иглы создает большое пятно — тогда это явно не в фокусе).

Надеюсь, мое описание понятно.

Фокальная плоскость — Справочник химика 21

    Основными частями спектрального прибора (рис. 3.7) являются входная ш,ель 5, освещаемая исследуемым излучением объектив коллиматора 0, в фокальной плоскости которого расположена входная щель 5 диспергирующее устройство О, работающее в параллельных пучках лучей фокусирующий объектив Ог, создающий в своей фокальной поверхности Р монохроматические изображения входной щели, совокупность которых и образует спектр. В качестве диспергирующего элемента, как правило, используют либо призмы, либо дифракционные решетки.  [c.67]
    Пьезоэлектрические заряды выступают на поверхности кварцевой пластинки в тех же точках, в которых имеется деформация пластинки. Поэтому картина распределения пьезоэлектрических зарядов на поверхности кварцевой пластинки в точности соответствует ультразвуковому полю в фокальной плоскости линзы, действующему на кварцевую пластинку. Так как конфигурация ультразвукового поля за фокальной плоскостью соответствует изображению рассматриваемого предмета, то на экране трубки можно видеть непосредственно изображение предмета. [c.127]

    Метод, основан на получении эмиссионных спектров анализируемого вещества на фотографической пластинке, помещенной в фокальной плоскости камерного объектива спектрального прибора (спектрографы различных типов). Спектральные линии элементов (качественный анализ) в полученном спектре идентифицируют относительно спектра известного элемента (обычно железа), фотографируемого рядом со спектром анализируемого вещества. В специальных атласах спектральных линий приведены фотографии спектров лелеза, где относительно спектральных линий железа указано положение спектральных линий всех элементов с их длинами волн. Для проведения качественного анализа используют спектропроекторы или измерительные микроскопы. Количественный анализ проводят по результатам измерения относительных почернений спектральных линий гомологической пары и их сравнением с соответствующими величинами стандартных образцов. Почернения спектральных линий измеряют при помощи микрофотометров фотоэлектрическим способом. 

[c.25]

    Гелиотермический источник — теплота, полученная от прямого излучения солнца. Распределение энергии в фокальной плоскости зеркала описывается формулой  [c.53]

    Дисперсионная кривая индивидуальна для каждого прибора и выражает зависимость между отсчетом на барабане микрометрического винта п, равномерно перемещающего спектр в фокальной плоскости окуляра, и длиной волны спектральной линии, находящейся в отсчетном положении  

[c.16]

    Для анализа используют спектрограф ИСП-30 (рис. 1.7). Полихроматическое излучение плазмы, проходя через шель 1, попадает на зеркальный коллиматорный объектив 2, который поворачивает лучи и обеспечивает равномерное освещение призмы 3. Разложенный по длинам волн свет собирается камерным объективом 4 в его фокальной плоскости, отражается зеркалом 5 и попадает на фотографическую пластинку 6. Одинаковое почернение спектральной линии по высоте является необходимым условием количественных измерений и получается только при равномерном освещении щели спектрографа источником излучения. Наиболее совершенна в этом случае трехлинзовая осветительная система (рис. 1.8). Линза 2 дает несколько увеличенное изображение источника света 1 на проме/куточной диафрагме 3, которая позволяет вырезать различные зоны свечения источника эмиссии, а также экранировать раскаленные концы электродов и менять интенсивность светового потока. Конденсор 4, расположенный за диафрагмой 3, проецирует изображение линзы 2 на щель спектрографа в виде равномерно освещенного круга. Линза 5 дает увеличенное изображение выреза диафрагмы 3 на объективе 7 коллиматора. Таким образом, конденсоры 2, 4 и 5 играют роль вторичных полихроматических источников света. 

[c.26]

    Во время горения дуги следует также проверять чистоту щели, рассматривая в лупу спектр со стороны кассеты. При этом глаз нужно располагать у правой части фокальной плоскости, где расположен видимый участок спектра. Загрязнение щели пылью обнаруживается по узким темным полосам, пересекающим весь спектр. 

[c.109]

    Нить лампы 1 (рис. 4.28) проектируется конденсором 2 через входную щель 3 в плоскости объектива 4 коллиматора. Входная щель расположена в фокальной плоскости объектива. Выходящий из него параллельный поток света проходит диспергирующую призму 5 и разлагается в спектр. Объектив 6 первого монохроматора дает спектральное изображение входной щели в плоскости средней щели по линии А—А. Средняя щель двойного монохроматора, образованная зеркалом 7 и ножом 8, вырезает участок спектра, который проходит во второй монохроматор и проектируется в плоскости выходной щели 9. 

[c.216]

    Принципиальная оптическая схема приборов дана на рис.. 33, а внешний вид — на рнс. 34. Свет от источника 1 (см. рис. 33), установленного в специальном кожухе, падает на входную щель 2, расположенную в фокальной плоскости объектива-коллиматора 3. Выходящий из него параллельный пучок света проходит первую диспергирующую призму 4 и разлагается в спектр. [c.85]

    Фокальная плоскость объек- [c.156]

    Свет от ртутно-кварцевой лампы 1 (рис. 27) через тепловой 2 и световой 3 фильтры попадает на кювету 4 с исследуемым веществом. Излучение, рассеянное веществом, конденсируется линзой конденсора 5 на щель спектрографа 6. На оправе конденсора крепятся два раздвижных кожуха, предотвращающих попадание света из помещения в спектрограф. Ширина щели регулируется от О до 0,3 мм при помощи микрометрического винта с ценой деления 0,001 мм. Щель находится в фокальной плоскости объектива коллиматора 7. Щель рекомендуется устанавливать вращением маховичка в сторону ее увеличения. Высота щели ограничивается специальной диафрагмой с фигурными вырезами. 

[c.41]

    Для определения угла р служит зрительная труба 3 и микрометрическое отсчетное устройство (на рис. 66 не показано). При рассматривании вышедших из призмы лучей, [близких к предельному, поле зрения окуляра зрительной трубы 3 оказывается разделенным на освещенную и темную части, граница между которыми соответствует предельному лучу (рис. 67). (В фокальной плоскости окуляра зрительной трубы расположен визирный крест, который при измерениях наводят на границу раздела (см. рис. 67), изменяя угол наклона зрительной трубы к выходной грани [c.183]

    Принципиальная оптическая схема спектрального прибора приведена на рис. 26. От источника излучения 1 луч сложного спектрального состава, пройдя через кювету с образцом 2, поступает через входящую щель 3 в монохроматор 4, состоящий из фокусирующей оптики 5 и диспергирующей системы 6, которая может быть в виде призмы или дифракционной решетки, а затем через выходную щель 7 подается последовательно на приемник излучения 8 и регистрирующее устройство 9. Фокусирующая оптика и диспергирующая система создают в фокальной плоскости монохроматические изображения входящей щели, а совокупность этих изображений образует спектр. [c.53]

    Объектив зрительной трубы 9 фокусирует лучи разных длин волн в разных местах фокальной плоскости, т. е. создает изображение спектра. [c.184]

    Монохроматические составляющие спектра будут, таким образом, располагаться вдоль фокальной плоскости. В зависимости [c.18]

    Параметры /гис/ определяют с помощью окуляр-микрометра 3. В фокальной плоскости окуляра виитового окуляр-микрометра установлены неподвижная окулярная шкала, разделенная на 8 делений, и подвижная шкала с перекрестием и индексом в виде двух параллельных штрихов, расположенных точно над перекрестием. Подвижная шкала приводится в движение вращением барабана микрометрического [c.23]

    Ширина раскрытия щели обусловливает ширину ее монохроматического изображения в фокальной плоскости. Как было показано выше, оптическая система спектрального прибора формирует в фокальной плоскости монохроматическое изображение щели и [c.19]

    Бесконечно узкая щель, однако, не дает бесконечно узкого изображения в фокальной плоскости, даже если в качестве источника излучения использовать строго монохроматическое излучение. Это может быть объяснено явлениями дифракции, имеющими место на краях объективов, призмы, щели, любых диафрагм, находящихся в приборе, которые ограничивают проходящие пучки излучения. Каждому прибору соответствует свой суммарный эффект, т. е. каждый прибор по-своему уширяет строго монохроматическую линию. [c.20]

    Эффективным средством идентификации параметров и автоматизированного построения моделей пористых сред являются вычислительные комплексы, оснащенные средствами автоматического анализа изображения (ААИ). Принципиальная схема одного из таких вычислительных комплексов показана на рис. 3.3. При помощи передающего телевизионного сканирующего устройства изображение объекта может быть введено в цветном или чернобелом варианте непосредственно с плоскости наблюдения во всех ее видах, т. е., например, с фокальной плоскости окуляра оптического микроскопа, с экрана электронного микроскопа, с экрана телевизора, а также фотографических репродукций и др. Соответственно в схему ААИ может быть включен оптический микроскоп, электронный микроскоп (просвечивающий, эмиссионный или растровый), приемное телевизионное устройство, эпидиаскоп и т. п. Скорость работы современных ААИ более чем на 5 порядков превышает скорость работы человеческого глаза при значительно более высокой чувствительности (свыше 200 точек на [c.125]

    Луч света от источника 1 (рис. 40) проходит через коллиматор, состоящий из узкой щели 2 и объектива 3, а затем в виде узкого параллельного пучка проходит через диафрагму с двумя отверстиями 4, через камеры кюветы 5 и б, пластинки компенсатора 7 5 и объектив 9. Вследствие дифракции света на отверстиях диафрагмы 4 в фокальной плоскости Объектива 9 создается система интерференционны полос, которая на1блю1дается с помощью окуляра 10. [c.127]

    Стилоскопы. Стилоскопы обычно (кроме стилоскопа марки СЛ-3) снабжены преломляющим устройством, собранным по автоколлима-ционной схеме. На рис. 84 дана оптическая схема однопризменного автоколлимационного прибора. Поток света, проходящий через щель /, направляется поворотной призмой 2 на объектив 3. Затем луч падает на преломляющую призму 4 (с углом преломлений 30°), проходит ее и отражается от грани, на которую нанесен слой алюминия, действующий как плоское зеркало. После отражения луч вторично проходит призму 4 и падает опятчь на объектив 3, который в этом случае действует как камерный объектив, тогда как на пути света от щели I к призме 4 он выполнял роль коллиматорного объектива. ИзобралСпектр наблюдают визуально при помощи окуляра. Для этого в поле зрения окуляра выво-дйт нужную область спектра поворотом призмы 4 при помощи механизма, связанного с барабаном, на который нанесена миллиметровая шкала. [c.231]

    У микроскопа Цейсса и Лейтца (ФРГ) детали конструкции и их расположение варьируют в зависимости от типа модели. Любой из упомянутых микроскопов может быть использован для исследования как в ортоскопи-ческом, 1ак и коноскопическом свете. При ортоскопическом наблюдении видимое изображение является истинным изображением полированной поверхности шлифа. При кбноскопии наблюдается изображение верхней фокальной плоскости объектива. [c.111]

    Микроинтерферометр Линника типа МИИ-4, предназначенный для непрозрачных объектов, имеет следующий ход лучей (рис. 55). Параллельный пучок лучей от коллиматора ра зделяется пластинкой 3 на два пучка одинаковой интенсивности. Пучок сравнения попадает на зеркало 7 и отражается вновь на пластинку 3. Другой пучок попадает на объект н также отражается отраженный пучок света несет информацию о состоянии отражающей поверхности. На пластинке 3 оба пучка соединяются снова в один пучок и интерферируют в фокальной плоскости линзы 4. Получаемую интерференционную картину наблюдают через окуляр. По профилю полос на интерференционной картине можно измерять глубину трещин, ступенек и т. д. Микроскоп МИИ-4 позволяет определять толщины от 0,03 до I мкм и фотографировать изображение. [c.123]

    Призма 5 (рис. 16) поворачивается п,ри вращении барабана 10 (рис. 17). При помощи индекса на выдвижной рейке 3 по спиральной щкале, разделенной на 3600 делений, можно установить такое положение призмы, при котором сквозь выходную щель будет проходить монохроматический световой поток с определенной длиной волны. Ножи входной щели (рис. 16), закрытой защитным стеклом 2 (рис. 17), -находятся в фокальной плоскости объектива коллиматора 6. Фокусное расстояние объектива коллиматора зависит от длины волны, поэто1му предусмотрена фокусировка коллиматора [c.36]

    Пластины кремния или кварца помещают на столик проектора и на их поверхность наносят микрошприцем каплю воды. Объем капли должен составлять от 0,5 до 1,0 мкл. Для получения четкого изображения на экране образец капли следует поместить в фокальной плоскости оптической системы проектора. Фиксирующими винтами проектора изображение на экране устанавливают на максимальную резкост1>. На экране наблюдают изображение нанесенной капли и зарисовывают ее форму на листе чистой бумаги. Затем проводят касательную к поверхности капли в точке, ограничивающей периметр капли, и измеряют угол между касательной и плоскостью подложки. Этот угол является исходным и характеризует начальную степень гидрофильности подложки. [c.81]

    ТЦель располагается в фокальной плоскости объектива коллиматора, на его оптической оси. При освещении щели светом от источника излучения из объектива коллиматора выходит параллельный пучок света от каждой точки щели. Сама щель должна быть определенным образом ориентирована по отношению к диспергирующему элементу. Так, при использовании в качестве диспергирующего элемента призмы высота (длина) щели должна быть параллельна преломляющему ребру, а при использовании дифракционной решетки (см. ниже) — штрихам решетки. Такое расположение дает паилучшее качество изображения спектра. [c.18]

    Свет от источника излучения проходит через щель, объективом коллиматора преобразуется в паралсльный пучок и после прохождения диспергирующего элемента трансформируется в совокупность монохроматических составляющих, каждая из которых объ-ектипном камеры фокусируется на фокальную плоскость. Следовательно, щель можно рассматривать как источник света для всего прибора, и в фокальной плоскости формируется совокупность монохроматических изображений щели. Эта совокупность и называется спектром. [c.18]

---

Как фотография (в отличие от физики) определяет «фокальную плоскость»?

РЕДАКТИРОВАТЬ: я изучил проблему фокальной плоскости против плоскости изображения больше. Описание под строкой === верно для оптики, а иногда и для специализированной фотографии.

В общем использовании,

• ( оптика ) плоскость изображения = ( фотография ) фокальная плоскость (например, см. метку фокальной плоскости Nikon или эту статью). Это плоскость датчика, это плоскость, в которой, если положить лист бумаги, изображение считается «сфокусированным», резким.
• ( оптика ) фокальная плоскость / задняя фокальная плоскость = не имеет аналогов в обычной фотографии. Возможно, потому что ваша диафрагма / затвор сидит там, вы не можете возиться с этим, поэтому термин не был нужен.

Обратите внимание также на два определения здесь .

================================================== ===

Позвольте мне провести вас через определение фокальной плоскости и плоскости изображения в оптике (!!), где это две разные плоскости.

Начнем с: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Cardinal-points-1.svg/500px-Cardinal-points-1.svg.png

Вы можете увидеть две точки фокусировки, F и F ‘. Функция этих: если вы излучаете свет от одного, скажем, F ‘, вы увидите параллельные световые лучи на другой стороне линзы. И наоборот, объект, который находится бесконечно далеко, будет излучать параллельные лучи, и все они пройдут через точку F ‘. Теперь это здорово. Почему? Поскольку все эти лучи проходят через сконцентрированное небольшое пространство, поэтому вы можете поместить туда затвор в фокальной плоскости, вы можете контролировать диафрагму с помощью диафрагмы, и, поскольку все лучи проходят через эту точку F ‘, вам не нужно беспокоиться о том, как Большая линза у вас (может быть 77 мм? 1 м?), очень легко пропустить лучи или остановить их распространение.

Итак, это точка F ‘. Вы используете только один из координационных центров, очевидно, поэтому вам нет дела до F.

Фокальная плоскость — это просто плоскость, которая перпендикулярна оптической оси линзы и проходит через точку F ‘. Вы в основном помещаете диафрагму, затвор фокальной точки прямо в фокальной плоскости.

Пожалуйста, обратите внимание:

• параллельные световые лучи, которые также параллельны оптической оси, будут сходиться к фокусной точке.
• параллельные световые лучи, которые находятся под углом к ​​оптической оси, будут сходиться в точке в фокальной плоскости.

(см. анимацию — иногда просто статичное изображение …)

Пленка или датчик находятся в плоскости изображения. Это совсем не фокальная плоскость в оптике.

Если вы поместите пленку или датчик в фокальную плоскость, у вас в идеале должно быть одно крошечное белое пятно на датчике. Поскольку объектив не идеален, вы увидите очень размытое небольшое пятно, вот и все.

Теперь, я надеюсь, что это все понятно, извините за мой английский.

Если вы поняли и согласились с тем, что я написал, вот еще одна ссылка: http://en.wikipedia.org/wiki/File:BackFocalPlane.svg

Лучи, идущие вертикально от «объекта», являются параллельными лучами. Есть два красных и черная ось. Все они проходят через пересечение задней фокальной плоскости и оптической оси (по вертикали, оси симметрии).

Если объект не бесконечно далеко, вы увидите другие линии, исходящие от объекта. Они проходят через заднюю фокальную плоскость, и вы можете видеть, что они находятся близко к фокальной точке, но эти световые лучи создают яркое пятно в фокальной плоскости.

На плоскости изображения все лучи, исходящие из одной и той же точки объекта, попадают в одну и ту же точку плоскости изображения . Это важно: это требование, чтобы изображение было в фокусе, чтобы оно было четким. (Это довольно очевидно: если точка на объекте создала несколько точек изображения, например, кончик иглы создает большое пятно — тогда это явно не в фокусе).

Я надеюсь, что мое описание понятно.

что это и ее применение в прицелах

1. Основы фотографии #1
2. Основы фотографии #2.1
3. Основы фотографии #2.2
4. Основы фотографии #3

Возможные ответы на ключевые вопросы в конце третьей части:

1. Какие возможности в управлении ГРИП предлагают светосильные объективы?

Чем больше светосила объектива, тем меньшее значение диафрагмы можно выбрать. Как следствие, меньшую глубину резко изображаемого пространства можно получить.

В портретной фотографии, например, в съёмке лицевого портрета этот способ управления ГРИП может быть весьма полезным. Способ позволяет, сохраняя композицию, создать дополнительный акцент на глазах или губах модели, изображая их в резкости и плавно «размывая» виски, уши и волосы модели.

1. Можно ли сказать, что при изменении угла поля зрения объектива изменяется ГРИП?

Да, можно.

Угол поля зрения объектива связан с фокусным расстоянием. Таким образом, зависимость ГРИП от фокусного расстояния можно перефразировать следующим образом: чем меньше угол поля зрения, тем меньше глубина резко изображаемого пространства.

1. Вы хотите создать однородный «размытый» задний план, например, при съёмке на бумажном фоне в студии. Как с помощью знаний о ГРИП Вы можете это сделать, не меняя построение кадра?

Чтобы фон, удалённый на некоторое расстояние от снимаемого объекта, изобразить более «размытым» необходимо либо а) увеличить расстояние между фоном и снимаемым объектом, либо б) уменьшить ГРИП. В обоих случаях необходимо сохранить дистанцию съёмки. Тогда в первом случае Вам придётся перемещаться вместе с моделью, во втором случае уменьшать ГРИП, уменьшая значение диафрагмы.

Следует учитывать следующую особенность «поведения» ГРИП. В равномасштабной съёмке чем меньше фокусное расстояние, тем «размытие» происходит «быстрее» при удалении вглубь снимаемой сцены. Например, Вы фотографируете модель в полный рост с длиннофокусным объективом. Фон позади модели «размоется» слабее, чем в случае, когда Вы тот же сюжет снимаете с широкоугольным объективом. Расстояние между моделью и фоном в обоих случаях остаётся неизменным.

На практике этой особенностью можно воспользоваться так. Фотографируя с вариофокальным объективом, выберите меньшее фокусное расстояние и, соответственно, подойдите к модели, чтобы сохранить масштаб съёмки. Таким образом, в небольших студиях и помещениях вы сможете более явно «отделить» модель от фона, усилить эффект «фигура-фон».

1. Если у Вас есть возможность изменять значение диафрагмы, дистанцию съёмки и фокусное расстояние объектива, каким образом Вы будете управлять ГРИП?

Когда «руки развязаны», предпочтение отдам дистанции съёмки. Причины две.

Во-первых, расстояние до снимаемого объекта в большей степени влияет на ГРИП, чем фокусное расстояние объектива и значение диафрагмы. Другими словами, добиться существенного изменения ГРИП мне будет легче, меняя дистанцию съёмки, вместо фокусного расстояния и значения диафрагмы.

Во-вторых, выбор фокусного расстояния и значения диафрагмы обусловливает качество изображения, создаваемого объективом. Например, в случае с вариофокальным объективом я выберу средние (не крайние) фокусные расстояния в доступном диапазоне, и установлю значение диафрагмы на 2 EV большее, чем светосила объектива. Подробнее о критериях качества создаваемого изображения, оптических свойствах и искажениях объектива читайте в отдельной статье.

Существуют съёмочные ситуации, в которых ГРИП удобнее управлять, меняя значение диафрагмы. Например, когда требуется получить маленькую ГРИП и, одновременно, сохранить построение кадра. То есть, нежелательно перемещаться относительно снимаемого объекта или менять углы поля зрения, иначе изменится композиция.

1. Если Вы будете просматривать одно и то же изображение с близкого (например, 25 см) и дальнего (например, 1,5 м) расстояний. Как будет меняться Ваше ощущение ГРИП на снимке?

В первом случае ГРИП может ощущаться большой, во втором маленькой.

Чем ближе изображение к глазам наблюдателя, тем более мелкие детали он может на нём рассмотреть. С близкого расстояния легче увидеть, что «размыто» изображение объектов снимаемой сцены, удалённых от плоскости фокусировки. Издалека оно может казаться более чётким. Именно поэтому круг нерезкости, а вместе с ним и ощущение ГРИП, относительны, зависят от дистанции просмотра и размера изображения.

1. Какие трудности могут возникнуть при съёмке маленьких ювелирных украшений, например, колец?

Дистанция съёмки в подобных сюжетах мала (сравнима с фокусным расстоянием объектива). Поэтому ГРИП мала настолько, что речь идёт о долях миллиметра или максимум об 1-2 миллиметрах.

Можно увеличить расстояние до снимаемого объекта или воспользоваться объективом с меньшим фокусным расстоянием. Но тогда масштаб изображения уменьшится, изображение изделия будет маленьким по сравнению с размером кадра. Если требуется получить фотографию высокого качества, чтобы были видны грани камней, игра света в них, то дистанции съёмки желательно сохранить малой.

Можно увеличить значение диафрагмы. Но в этом случае чёткость изображения будет неминуемо уменьшаться с увеличением значения диафрагмы.

Таким образом, необходимо изобразить кольцо резким по всему объёму (линейные размеры изделия значительно больше возможной в данной ситуации ГРИП) на малой дистанции съёмки и с небольшим значением диафрагмы.

1. Передняя и задняя границы резкости расположены перпендикулярно оптической оси объектива и параллельно друг другу. Как Вы думаете, могут ли они располагаться под углом друг к другу?

Да, могут.

Если определённые линзы в объективе наклонить под углом к плоскости светочувствительного слоя, то плоскость фокусировки также изменит угол наклона. При этом передняя и задняя границы резкости пересекутся в какой-то точке пространства, а в противоположном направлении расстояние между ними будет увеличиваться. Если смотреть на снимаемую сцену сверху, то ГРИП приобретёт клинообразную форму. Обычно, она похожа на полоску.

Теодор Шайпфлюг (Theodore Scheimpflug) в 1904 году получил патент на новый метод фокусировки, построенный на приведённом выше принципе.

С объективом или фотосистемой, которые сконструированы для реализации принципа Шайпфлюга, можно изобразить в резкости объёмный, простирающийся вглубь снимаемой сцены предмет. Например, кольцо – героя предыдущего вопроса. Если расположить плоскость фокусировки вдоль ювелирного изделия, то расширяющаяся ГРИП «охватит» его целиком, какой бы маленькой она ни была.

Что означает понятие фокальная плоскость

Для начала разберемся, что означает понятие фокальной плоскости. Итак, в оптической науке она представляет собой плоскость, которая располагается перпендикулярно оптической оси. Кроме того, она может проходить через передний или задний фокус. Называться такая плоскость будет передней или задней соответственно.

Если представить себе идеальную оптическую систему, то в ней фокальная плоскость пространства изображений неразделима с бесконечно длинным пространством предметов.2/(N*c)Mувеличение M = Si/So, или M = (Si-f)/fNзначение диафрагмыNeэффективное значение диафрагмы Ne = N*(1+M)cмаксимально допустимый диаметр кружка нерезкостиSoрасстояние от передней главной фокальной плоскости до объектаSfarрасстояние от передней главной фокальной плоскости до самой дальней резко отображаемой точки Sfar = h * So / (h — (So — f))Scloseрасстояние от передней главной фокальной плоскости до самой ближней резко отображаемой точки Sclose = h * So / (h + (So — f))Siрасстояние от задней главной фокальной плоскости до плоскости пленки

Фокус,фокальная точка

Фокальная точка это точка, в которой параллельные световые лучи от бесконечно далекого объекта сходятся после прохождения через объектив. Плоскость, перпендикулярная оптической оси, на которой находится эта точка, называется фокальной плоскостью. На этой плоскости, находящейся там, где расположена пленка в камере, объект виден резко и, как говорят, находится «в фокусе». При обычных фотообъективах, состоящих из нескольких линз, фокус можно отрегулировать таким образом, чтобы световые лучи от объекта, расположенного ближе, чем в «бесконечности», сходились в какой-то точке на фокальной плоскости.

Фокусное расстояние — это расстояние от главного фокуса до оптического центра.

Диафрагма -Фокусное расстояние объектива, деленное на диаметр входного зрачка (видимого со стороны объекта), равно относительному отверстию N (численному значению диафрагмы). Hадпись f/4 обозначает 1/4 фокусного расстояния. Освещенность изображения на пленке обратно пропорциональна квадрату относительного отверстия. Глубина резкости увеличивается, но дифракция уменьшает резкость с увеличением значения диафрагмы.

Гиперфокальное расстояние — минимальное расстояние, на котором объекты изображаются резко, когда объектив сфокусирован на бесконечность h = f^2/(N*c)

Круг нерезкости

Поскольку у всех объективов есть определенные аберрации и астигматизм, они не могут идеально сводить лучи от точки объекта, чтобы они образовывали истинную точку изображения (т.е. бесконечно малую точку с нулевой площадью). Другими словами, изображения образуются из комплекса точек, имеющих определенную площадь или размеры. Поскольку изображение становится менее резким по мере увеличения размеров этих точек, то эти точки называют «кругами нерезкости». Таким образом, один из факторов, определяющих качество объектива, это самая малая точка, которую он может образовать, или его «минимальный круг нерезкости». Максимально допустимый размер точки на изображении называется «допустимым кругом нерезкости». Для 35мм камер диаметр кружка нерезкости обычно принимают с=0.03мм или с=1/1720 от диагонали кадра, что дает 0.025 для 35мм пленки.

Угол поля зрения -площадь съемочного плана, выраженная как угол, который может быть воспроизведен объективом в виде резкого изображения. Номинальный диагональный угол зрения определяется как угол, образуемый воображаемыми линиями, связывающими вторую главную точку объектива с обоими концами диагонали изображения (43,2 мм).2 * (1 — (N*c)/(f*M)))

Задняя дистанция резкости равна бесконечности, если знаменатель равен нулю.

Аберрация — дефекты изображения, которые возникают из-за ограничений при проектировании и изготовлении объективов.

Изображение, cозданное идеальным фотообъективом, должно иметь следующие характеристики:

1) точка должна быть образована как точка;

2) плоскость (такая, как стена), перпендикулярная оптической оси, должна быть образована как плоскость;

3) изображение, образованное объективом, должно иметь такую же форму, как сам объект. Кроме того, с точки зрения выражения изображения объектив должен показать истинный цвет воспроизводимого объекта. Практически идеальная работа объектива возможна только в том случае, если используются лишь лучи света, поступающие в объектив вблизи оптической оси, и если свет монохроматический (свет только одной конкретной длинны волны). Однако в случае с обычным объективом, где большая апертура используется для получения достаточной яркости и объектив должен сводить вместе лучи, проходящие не только вблизи оптической оси, но от всех частей изображения, крайне трудно создать вышеупомянутые идеальные условия в силу существования следующих помех:

1)Поскольку большинство объективов построено лишь из линз со сферическими поверхностями, лучи света от одной точки объекта не отображаются на изображении в виде идеальной точки. (Проблема, которой невозможно избежать при сферических поверхностях.)

2)У различных типов света( т.е., у волн различной длины) разные положения фокальной точки.

3)Есть много требований, связанных с изменениями угла зрения ( в особенности в объективах с переменным фокусным расстоянием и в телефотообъективах).

Основные типы аберраций:

—сферическая аберрация. Свет, проходящий через края линзы, фокусируется на ином расстоянии , чем свет, проходящий ближе к центру линзы,

—кома. Расстояние от оптической оси, на котором отображается точка объекта, расположенного не на оси, изменяется с расстоянием от центра объектива,

—кривизна поля изображения. Точки плоскости в пространстве предметов точно фокусируются на искривленной поверхности, а не на плоскости (пленки),

—дисторсия (подушка или бочка). Изображение квадратного предмета имеет выпуклые или вогнутые стороны,

-хроматическая аберация. Положение (вперед и назад) точного фокуса зависит от длины волны,

-дополнительные цвета. Увеличение зависит от длины световой волны.

Действие всех аберраций (за исключением дисторсии и дополнительных цветов) можно уменьшить диафрагмированием. Кривизна поверхности не устраняется диафрагмированием.

Дифракция -явление, при котором световые волны попадают в район тени от объекта. В случае с фотообъективом экспозиция часто регулируется путем изменения размера диафрагмы объектива (апертуры), чтобы отрегулировать количество света, проходящего через объектив. Дифракция в фотообъективе происходит при малых диафрагмах, когда ребра диафрагмы мешают прохождению световых волн по прямой линии, в результате чего лучи света проходят близко к ребрам диафрагмы, огибая эти ребра на пути через диафрагму. Дифракция вызывает уменьшение контрастности и разрешающей способности изображения, в результате чего получается неконтрастное изображение. Хотя дифракция имеет тенденцию появляться тогда, когда диаметр диафрагмы меньше определенного размера, на самом деле она зависит не только от диаметра диафрагмы, но и от различных факторов, таких, как длинна волны света, фокусное расстояние и светосила объектива.

К вопросу выбора объектива.

Очень часто перед владельцами фотокамер встает вопрос выбора Zoom объектива, т.е. объектива с переменным фокусным расстоянием, при этом одним из основных критериев выбора является резкость изображения. При этом существуют различные мнения, одни считают, что дешевые (бюджетные) зуммы позволяют получить качественное изображение только на формате 10х15, другие имеют противоположное мнение. Рассмотрение таблиц, где приводятся различные оптические характеристики полезно, но мало что дает человеку плохо владеющему оптическими терминами и не имеющими отправной точки для сравнения..

Ниже приведен пример позволяющий наглядно представить возможности современного бюджетного зумма. При выборе объектива следует также помнить, что резкое увеличение цены объектива в основном связано с увеличением его светосилы, а не с резкостью получаемого изображения. Применение светосильного объектива создает много удобств при съемке в условиях недостаточной освещенности, а также позволяет лучше управлять размытием заднего плана, но при съемке на средних значениях диафрагмы не каждый сможет отличить результаты полученные объективами с разницей в цене в десять раз.

Представьте стандартный кадр 24х36мм и квадрат со стороной 1/20 размера узкой ширины кадра (рисунок внизу). При печати форматом 10х15 размеры квадрата составят 5х5 мм.

На снимке внизу представлен участок кадра, соответствующий по размерам черному квадрату. Участок был выбран рядом с краем кадра, там где изображение должно быть хуже, чем по центру.

Съемка призводилась бюджетным зуммом Pentax AF28-70/4AL, с диафрагмой 1/5,6 и f=28мм на пленку Fuji Superia 100. Расстояние до леса на кадре более километра. На фотографии размером 10х15см этот участок будет иметь размер 5х5 мм, а изображение подобное тому, что Вы видите на экране будет при размере фотографии 50х75см. При этом надо учитывать, что сканирование производилось с разрешением 2438dpi и при использовании более качественного сканера было бы лучше (на приведенном изображении шумы сканера значительно портят картинку). При печати в минилабе форматом 10х15 на этом участке фотографии очень сложно различить отдельные стволы деревьев. Необходимо отметить, что хотя примененный объектив и считается одним из лучших бюджетных зуммов в данном диапазоне, но объекивы других ведущих фирм имеют примерно такие-же характеристики.

Расчет глубины резкости.

Что такое фокус и фокусное расстояние

С фокальной плоскостью окуляра или любой другой оптики неразрывно связаны еще несколько понятий, в частности – фокус и фокусное расстояние.

Крайне важно не путать эти понятия. Несмотря на то, что они связаны с одной сферой, между ними существуют четкие различия.

Итак, фокус представляет собой конкретную точку на оси оптического прибора, на линзе которого проводится построение изображения точки. Она, в свою очередь, лежит в бесконечности на оптической оси (рисунок 2).

Рисунок 2. Фокус и фокусное расстояние тоже используются при выборе оптического прицела

Фокусное расстояние – это промежуток между точкой фокуса и задней главной плоскостью линзы оптического прибора. В данном случае для вычисления этого расстояния важную роль играет толщина линзы. Но, если ее можно не принимать в расчет, измерение проводят от центра линзы до точки фокуса. Эти два понятия также нужно изучить перед тем, как выбрать прицел или другое оптическое оборудование.

Построение идеальной оптики в Zemax

Построение идеальной оптики в Zemax
Введение
Всё больше современные системы автоматизации оснащаются оптическими устройствами для решения задач позиционирования, распознавания, наблюдения и др. Построение идеальных оптических систем при помощи программы расчета Zemax может оказаться полезным и непрофессионалам, например, для лучшего понимания теории, особенностей оптических устройств и выполнения прикидочных расчетов оптических систем. В этой работе рассмотрены приёмы построения идеальной оптики в среде Zemax, даны примеры расчета диапазона автофокусирования фотокамеры, построения эквивалентной схемы монокуляра МГТ 2.5×17.5, объектива фотокамеры SUNNY P13N05B смартфона Huawei P7 и замены идеальных оптических элементов реальными.

Идеальная оптика

Изображение в идеальной оптике, в которой отсутствуют искажения, строится по законам параксиальной оптики. Термин параксиальный означает «вблизи оси». Параксиальная оптика хорошо описываются линейными выражениями, которые при малых углах заменяются линейными уравнениями. В параксиальной области любая реальная система ведет себя как идеальная. Расчеты идеальных линз в среде Zemax выполняются с допущением, что линзы имеют параксиальные свойства не только вблизи оси, но и на всей рабочей поверхности, которая действует как идеальная тонкая линза c единичным показателем преломления воздуха. Параксиальную оптику целесообразно использовать в качестве эталона, с которым сравниваются аберрации (искажения) реальной оптики. Переносить результаты расчетов параксиальной оптики на реальные системы следует с осторожностью, особенно при построении систем у которых свойства вблизи оптической оси и на удалении значительно отличаются. Разработан целый ряд приёмов уменьшения аберраций и габаритных размеров линз: применение несферических поверхностей, составных линз, неоднородных оптических материалов, и др. Но как не была бы устроена реальная линза (Петцваля, Гаусса, Барлоу, …) ее характеристики могут только приближаться к характеристикам идеальной линзы.

Построение изображения собирающей линзой

Рассмотрим случай, когда от каждой точки плоскости предмета расходятся лучи во все стороны как от точечных источников. Из крайней точки объекта А, как показано на Рис. 1. в соответствующую точку В на плоскости изображения попадут только те лучи, которые сфокусированы линзой. Количество лучей предмета попадающих в плоскость изображения пропорционально диаметру линзы. Чем больше лучей от предмета попадает в плоскость изображения, тем выше яркость изображения.

Рис. 1.
Сопряженные точки. Ход лучей от точки предмета к соответствующей точке изображения на плоскости фотоприемника.

Для минимизации вычислений нахождения изображения рассматривают ход только нескольких лучей, например, как на Рис. 2: луч, идущий от объекта вдоль оптической оси; луч, проходящий через центр линзы и луч, параллельный оптической оси, преломляемый линзой и проходящий через главный фокус линзы (точка F на оптической оси).

Рис. 2.

Минимальные построения для нахождения расстояния до плоскости изображения, величины изображения и увеличения линзы. Для параксиальной оптики продольное увеличение (связано с расстояниями) равно квадрату линейного увеличения (перпендикулярно оси), а угловое увеличение обратно пропорционально линейному.

Связь расстояний до предмета и изображения. Глубина резкости

Построение зависимости между зоной фокусировки объектива и глубиной резкости в пространстве предметов [1] показано на Рис. 3. Когда расстояние до предмета равно бесконечности, плоскость сфокусированного изображения проходит через главный фокус (смещение плоскости изображения относительно фокуса равно нулю). Минимальная глубина резкости в пространстве предметов достигается при максимальном удалении плоскости изображения (в зоне фокусировки) относительно главного фокуса.

Рис. 3.
Зависимость между зоной фокусировки объектива и глубиной резкости в пространстве предметов.

Функции среды проектирования Zemax

Функции среды Zemax, наиболее часто используемые при проектировании оптических систем, присвоены отдельным кнопкам основного меню. Назначение этих кнопок показано на Рис. 4.

Рис. 4.

Интерфейс программы Zemax.

Типы поверхностей элементов оптических систем, радиусы поверхностей, расстояния между элементами и другие параметры заносятся в таблицу редактора, в которой каждая строка содержит параметры одного элемента. Связь параметров таблицы и элементов оптической схемы показана на примере Рис. 5.

Рис. 5.

Связь оптической схемы с параметрами таблицы.

Идеальная линза в Zemax

Для моделирования линзы с параксиальной поверхностью в Zemax необходимо задать фокусное расстояние и, при необходимости, включить расчет разницы оптических траекторий проходящих через линзу (установить статус OPD режима в 1 в соответствующей строке таблицы редактора). По умолчанию, OPD расчет не выполняется (статус OPD равен нулю [2]). Построим в Zemax идеальную линзу, например, с диаметром входного зрачка 10 мм и фокусным расстоянием 15 мм, собирающую параллельные лучи удаленного предмета в одной точке. 1. Откроем новую таблицу: меню > кнопка

Рис. 6.
Начальное состояние таблицы оптической схемы редактора Zemax. В строках таблицы (NN 0; 1 и 2) содержатся параметры предмета OBJ, апертурной диафрагмы STO и изображения IMA.

2. Добавим поверхность между диафрагмой и изображением: выделим последнюю строку строку IMA > меню Lens Data Editor > Edit > Insert Surface

Рис. 7.

Добавлена стандартная поверхность N2.

3. Выберем «Параксиальный» тип поверхности: строка N2 > колонка Surf:Type > окно свойства — Properties > Surface Type > Paraxial

Рис. 8.

Поверхность N2 изменена на идеальную (Paraxial) линзу с фокусным расстоянием 100 мм. Расстояние между линзой и изображением равно нулю. Расстояние между линзой и диафрагмой STO также равно нулю.

4. Изменим фокусное расстояние со 100 (по умолчанию) на 15 мм в колонке таблицы Focal Length 5. Зададим расстояние 15 мм от линзы до изображения в колонке Thickness

Рис. 9.

Фокусное расстояние линзы изменено на 15 мм. Расстояние между линзой и изображением увеличено до 15 мм.

6. Зададим диаметр входного зрачка 10 мм: Основное меню > кнопка > закладка Aperture > Aperture Value > 10

Рис. 10.

Задан диаметр входной апертуры оптической схемы: 10 мм.

7. Построим оптическую схему: Основное меню > кнопка

Рис. 11.

Оптическая схема в окне Layout. Координаты диафрагмы и линзы совпадают (расстояние между ними равно нулю) Координаты “мышки” на схеме (в масштабе оптической схемы) отображаются в заголовке рисунка.

8. На схеме Layout не показаны лучи слева от идеальной линзы (выделена красным), идущие от предмета расположенного на бесконечном расстоянии, которое обозначено как Infinity в колонке Thickness нулевой строки OBJ таблицы. Чтобы показать часть этих лучей на входе линзы введем поверхность на расстоянии, например, 7 мм перед апертурной диафрагмой STO.

Рис. 12.

Добавлена поверхность перед апертурной диафрагмой STO.

9. Добавим поверхность 1 к отображаемой части оптической схемы и увеличим количество лучей до 7 для наглядности: меню рисунка Layout > Setting > First Surface = 1 > Number of Rays = 7.

Рис. 13.

Показаны лучи на отрезке 7мм до диафрагмы. Увеличено количество лучей с 3-х до 7.

10. Сделаем невидимой первую поверхность: строка N1 таблицы > колонка Surf:Type > окно свойства — Properties > закладка Draw > 11. Обновим окно Layout оптической схемы через кнопку основного меню или дважды «кликнув» в зоне окна схемы.

Рис. 14.

Первая поверхность оптической схемы сделана невидимой.

В окне Layout можно отслеживать изменения табличных параметров оптической системы и параметров основного меню, показанных на Рис. 4 и Рис. 5.

Модель составной линзы фотокамеры смартфона

Для построения идеальной модели возьмем составную линзу фотокамеры SUNNY P13N05B смартфона Huawei P7 (Рис. 15). Линза смартфона состоит из пяти пластиковых элементов. Пример составной линзы показан на Рис. 16.

Рис. 15.
Размеры [3] и фотографии фотокамеры SUNNY P13N05B с фотодиодной матрицей SONY IMX214 13 МП. 1. – модуль фотокамеры с фотодиодной матрицей; 2- линза камеры; 3 – катушка привода автофокусировки — перемещения объектива относительно матрицы датчика.

Камера P13N05B имеет следующие характеристики. • Размер линзы: 1/3” • Размер фотодиодной матрицы: 6,1 мм (H) × 4,5 мм (V) • Диагональ активной зоны матрицы: 5,9 мм • Состав линзы: 5 пластиковых элементов (см. Рис. 16) • Фокусное расстояние: 3,79 мм • Апертурное число (f/#): 2 • Угол поля зрения: 75°±3° • Глубина резкости: от 7 см до ∞ • Диапазон привода автофокусировки: ≥ 0,24mm Рис. 16.

Пример составной линзы. Линза смартфона iPhone 6.

Параметры оптической схемы идеального объектива фотокамеры (см. Рис. 17) заданы в таблице Lens Data Editor и в окнах клавиш основного меню Zemax:. Функция выбираемая из списка функций выделенной ячейки колонки Thickness таблицы автоматически устанавливает наилучшее расстояние между линзой и изображением. Для построения наилучшего изображения удаленного на бесконечное расстояние предмета плоскость фотоприёмника должна проходить через точку главного фокуса отстоящей от линзы на 3,79 мм.

Рис. 17.

Оптическая схема параксиальной линзы фотообъектива. Предмет удален на бесконечное расстояние.

Приближение объекта к линзе на 10 мм с сохранением угла обзора 76о/2 в окне Field Data (Рис. 18) увеличило расстояние между линзой и изображением до 6,10 мм. Следовательно изменение автофокуса при приближении объекта с бесконечности до 10 мм равно 2,31 мм (как 6,10 мм – 3,79 мм).

Рис. 18.

Построение лучей от объекта находящегося в 10 мм от параксиальной линзы фотокамеры и нахождение положения автофокуса.

В спецификации фотокамеры P13N05B указано, что глубина резкости в пространстве предметов лежит в пределах от 7 см до ∞ (бесконечности). Установим предмет на минимальной дистанции в 70 мм от апертурой линзы. Zemax устанавливает расстояние между линзой и плоскостью изображения 4 мм (см. выделенную ячейку таблицы на Рис. 19). Таким образом, для построения качественного изображения предмета находящегося в зоне от 7 см до ∞ требуется изменять расстояние между линзой и фотодатчиком от 4 до 3,79 мм. Требуемое изменение 0,21мм перекрывается диапазоном привода автофокусировки фотокамеры 0,24 мм.

Рис. 19.

Расстояние до изображения равно 4 мм при расстоянии до объекта 70 мм. Фокусное расстояние линзы равно 3,79 мм.

Зависимость диапазона фокусировки от фокусного расстояния объектива

Зона фокусировки зависит не только от дистанции до предмета, но и от главного фокуса линзы (объектива). На Рис. 20 показана геометрия нахождения зон фокусировки для линз с главным фокусом F1=7,5 мм и F2=19 мм и положений предмета в диапазоне AB = 35… 52 мм. Для настройки резкости с линзой F1 требуется изменять расстояние меду главным фокусом линзы и плоскостью изображения в диапазоне 0,8 мм, тогда как для линзы с F2 этот диапазон вырос до 12 мм.

Рис. 20.
Пример построения зон фокусировки для линз с разными фокусными расстояниями F1 и F2.

Идеальные телескопы

Сравнительные размеры телескопов Кеплера и Галилея для одинакового увеличения F1/F2 показаны на Рис. 21. Телескоп Кеплера с собирающими линзами даёт перевернутое изображение. Более компактный телескоп Галилея включает рассеивающую линзу и даёт прямое изображение.
Рис. 21.
Схема телескопов Кеплера (а) и Галилея (б) при одинаковом увеличении F2/F1.

Миниатюрный монокуляр МГТ 2,5×17,5 СССР, ЛЗОС (Лыткаринский завод оптического стекла) собран по схеме Галилея (Рис. 22). Он имеет следующие характеристики. • Увеличение: 2,5 крат(раз) • Диаметр объектива: 17,5 мм • Угол поля зрения: 13,5 град • Разрешающая способность: 15 угл. сек • Предел фокусировки окуляра: -5…+5 диоптр • Габаритные размеры: 22 x 38 мм

Рис. 22.

Вид и примерные размеры миниатюрного монокуляра МГТ 2,5×17,5. Предмет находится справа.

Эквивалентная идеальная оптическая схема монокуляра МГТ 2,5×17,5 в ZEMAX показана на Рис. 23. Схема состоит из собирающей и рассеивающей линз с главными фокусами 37,5 мм и -15 мм соответственно, имеющими отношение 2,5 раз. Диаметр собирающей линзы 2х8,75 мм.

Рис. 23.

Табличные данные и идеальная оптическая схема монокуляра МГТ 2,5×17,5. Параллельные лучи идут от предмета удаленного на бесконечное расстояние.

Вариант замены параксиальной линзы реальной

Заменим первую параксиальную линзу (диаметр: 17,5 мм; фокусное расстояние: 37,5 мм) монокуляра ахроматической линзой из каталога Edmund Optics [4]. Чтобы минимизировать выборку линз установим следующие условия: категория — Achromatic Lenses; диаметр – 18 мм; эффективная фокальная длина EFL 30-39.99 мм; диапазон длин волн — 425 — 675 нм. Ближайшая к требуемым параметрам линза: 18mm Dia. x 35mm FL, VIS 0° Coated, Achromatic Lens, Stock No. #47-706 (номер по каталогу). Для построения ахроматической линзы в Zemax из ее спецификации возьмем параметры перечисленные в Таблица 1. Параметры можно найти и на чертеже линзы PDF drawing сайта Edmund Optics [4] или на Рис. 24.
Таблица 1.
Параметры составной ахроматической линзы Edmund #47-706

Параметр	Значение	Примечание
Diameter	18,0 мм	Диаметр
Clear Aperture CA	17,0 мм	Диафрагма
Effective Focal Length	35,0 мм	Эффективное фокусное расстояние
Center Thickness CT 1	6,01 мм	Толщина 1-го элемента по оси
Center Thickness CT2	1,60 мм	Толщина 2-го элемента по оси
Radius R1 (mm)	24,26 мм	Радиус первой поверхности
Radius R2 (mm)	16,23 мм	Радиус второй поверхности
Radius R3 (mm)	-152,99 мм	Радиус третьей поверхности
Substrate	N-BAF10 / N-SF10	Материалы элементов

Рис. 24.
Чертеж ахроматической линзы Edmund #47-706.

Замена параметров первой линзы идеального телескопа (строка N2 таблицы Рис. 23) линзой Edmund #47-706 даёт вариант, представленный на Рис. 25.

Рис. 25.

Вариант оптики телескопа с реальной ахроматической линзой. Выделенное в таблице красным расстояние между линзами найдено ручным смещением движка Slider.

Расстояние между линзами (выделенное красным в таблице Рис. 25) изменялось ползунком Slider в ручную до момента когда лучи на выходе второй (идеальной линзы) установились параллельными главной оси (в этом положении фокусные расстояния линз телескопа находятся в одной точке). Действие ползунка в реальном времени отображается смещением элементов оптической схемы и изменением траекторий лучей на оптической диаграмме окна Layout. Ползунок можно открыть через основное меню Zemax > Tools > Miscellaneous > Slider. Если на выходе телескопа поставить дополнительную параксиальную собирающую линзу (элемент N6 в таблице и красная плоскость на оптической схеме Рис. 26), то можно увидеть вносимые реальной линзой искажения (см. часть диаграмм Zemax на Рис. 26).

Рис. 26. Оптическая схема и диаграммы искажений, вносимые реальной линзой.

Литература 1. Сайт Optics Realm. Видеоуроки по проектированию в среде Zemax и теории оптики. www.opticsrealm.com 2. Zemax Help > Optical Design Program User’s Guide .pdf 3. H&L ELECTRICAL MANUFACTORY LIMITED hnl.en.e-cantonfair.com/products/sunny-brand-p13n05b-imx214-sony-sensor-13-0m-pixel-mipi-csi-1080p-sunny-cmos-camera-module-552104.html 4. Edmund Optics. www.edmundoptics.com/optics/optical-lenses 5. Dr. Bob Davidov. Компьютерные технологии управления в технических системах portalnp.ru/author/bobdavidov.

Базовые понятия

Поскольку первая и вторая фокальная плоскость считаются основными понятиями при выборе оптического прицела, рассмотрим, как будет выглядеть местность в каждом из типов прицела (рисунок 3).

Рисунок 3. Внешний вид объекта в прицеле первой и второй фокальной плоскости

Итак, если оптическая сетка расположена перед оборачивающейся системой (находится в первом фокале), стрелок может менять увеличение прицела с помощью трансфокатора. В данном случае оптическая сетка тоже будет масштабироваться пропорционально. Однако угловые размеры будут оставаться прежними, вне зависимости от увеличения. Можно сделать вывод, что такие прицелы и объективы отлично подходят для определения дистанций и внесения поправок стрельбы по баллистическим таблицам.

Если сетка располагается между оборачивающейся системой и окуляром, то есть лежит во втором фокале, она остается неизменно тонкой при любых увеличениях, но откалибрована она только до определенного значения.

Как правило, надежные производители указывают кратность, до которой верна сетка.

В данном случае угловые размеры будут иметь разное значение для каждого конкретного увеличения. Это может показаться не очень удобным, так как стрелку придется постоянно сверяться со специальной таблицей, но на практике такие прицелы такой фокальной плоскости позволяют ставить визуальную метку и вести прицельную стрельбу даже по очень мелким объектам с большого расстояния.

Раздел #1. Общее устройство цифрового зеркального фотоаппарата с подвижным зеркалом

Внутри «чёрного ящика»

Зеркальный фотоаппарат (вне зависимости от того «плёночный» он или цифровой, с подвижным или неподвижным зеркалом) спроектирован таким образом, чтобы при построении кадра Вы могли с наибольшей точностью оценить, какой будет запечатлена на светочувствительном слое будущая фотография. Отмечу, в большей степени речь идёт о точности построения кадра, и в меньшей степени – об экспозиции или передаче цветов.

Другими словами, с зеркальным фотоаппаратом проще компоновать изображение: для фотографа очевидно, какие объекты снимаемой сцены попадут в кадр, а какие – нет. При этом, процессы компоновки и «фиксации» изображения на светочувствительном слое реализованы независимо: не нужно, построив новый кадр, вставлять-вынимать светочувствительный слой. Это существенно упрощает процесс фотосъёмки, а также увеличивает её скорость.

Теперь в деталях покажу, как зеркало помогает реализовать указанные возможности. Опишу путь прохождения световых лучей через цифровой однообъективный зеркальный фотоаппарат с подвижным зеркалом.

Рис. 1. Схема, демонстрирующая устройство современного цифрового фотоаппарата с подвижным зеркалом с установленным объективом. Обозначения на схеме: 1 – передняя линза объектива, 2 – задняя линза объектива, 3 – «полупрозрачное» подвижное зеркало (основное), 4 – пентапризма, 5 – матовое стекло, 6 – окуляр видоискателя, 7 – жидкокристаллический экран, 8 – вспомогательное зеркало, подвижно прикреплённое к основному зеркалу, 9 – шторки затвора, 10 – светочувствительный сенсор, 11 – электронная плата («мозг» цифрового фотоаппарата), 12 – датчики автофокуса, измерения экспозиции, определения баланса белого.

Ход световых лучей при построении кадра

Как только Вы сняли защитную светонепроницаемую крышку с объектива, световые лучи входят в объектив через переднюю линзу (метка 1 на рис. 1), проходят сквозь систему оптических элементов, которые на схеме для простоты не показаны, и выходят через заднюю линзу (метка 2 на рис. 2). При этом изображение, создаваемое объективом, зеркально отражено, «перевёрнуто», относительно как вертикальной, так и горизонтальной осей кадра:

Рис. 2. Слева – «естественное» изображение шара: источник света находится слева вверху, тень от шара падает на горизонтальную поверхность справа вниз; справа – изображение, созданное объективом.

Затем световые лучи попадают на «полупрозрачное» зеркало (метка 3 на рис. 1). Его наличие обусловливает прилагательное «зеркальный» в названии фотоаппаратов данного вида. В современных камерах зеркало частично отражает свет, частично пропускает сквозь себя, поэтому получило название «полупрозрачного». В камерах с подвижным зеркалом оно отражает 60% приходящих световых лучей, а пропускает через себя 40%.

Вначале прослежу ход отражённых световых лучей. Они попадают на матовое стекло (метка 5 на рис. 1). Так как стекло матированное, оно частично рассеивает свет, и, как следствие, на стекле формируется оптическое плоское изображение. Благодаря отражению в зеркале, оно остаётся «перевёрнутым» лишь относительно вертикальной оси кадра:

Рис. 3. Слева – «естественное» изображение шара: источник света находится слева вверху, тень от шара падает на горизонтальную поверхность справа вниз; справа – изображение, созданное объективом, и «перевёрнутое» относительно горизонтальной оси основным зеркалом фотоаппарата.

Если Вы посмотрите на матовое стекло сверху, то есть сверху вниз относительно корпуса фотоаппарата (при этом фотоаппарат придётся держать на уровне талии), то Вы увидите изображение схожее с правой иллюстрацией рис. 3. В некоторых зеркальных фотоаппаратах с так называемым шахтным видоискателем, выпущенных преимущественно в первой половине 20-ого века, именно таким образом ведётся построение кадра.

Оценка композиции по «перевёрнутому» изображению требует навыка и не удобно, если съёмка осуществляется с высоты человеческого роста. В середине прошлого века конструктор Вильгельм Винзенберг (Wilhelm Winzenberg) немецкой компании Zeiss Ikon разработал фотоаппарат, где впервые использовался оптический прибор – пентапризма (метка 4 на рис. 1). Пентапризма «переворачивает» изображение относительно вертикальной оси, а относительно горизонтальной оси оставляет неизменным (что и нужно, так как зеркало фотоаппарата уже «перевернуло» изображение относительно горизонтальной оси кадра). Благодаря пентапризме Вы можете видеть снимаемую сцену через объектив такой, какой Вы видите её непосредственно.

В 60-ых годах японская компания Asahi Optical выкупила немецкий бренд, а в 2002 году включила название бренда в название компании – Pentax Corporation.

Пентапризма состоит из пяти граней (от греч. «pente» – «пять»): две зеркальны, две прозрачны и одна грань не участвует в оптической схеме и выполняет конструктивную функцию. Световые лучи, распространяясь от матового стекла, входят в пентапризму снизу-вверх, а выходят слева-направо через окуляр видоискателя (метка 6 на рис. 1).

Линза между матовым стеклом и пентапризмой (коллективная линза) и система линз между пентапризмой и окуляром играют вспомогательные роли. Коллективная линза сохраняет изображение, сформированное на матовом стекле, приемлемым по качеству. А другие линзы позволяют вручную наводить снимаемый объект на резкость тем фотографам, у которых ослаблено зрение (развита близорукость или дальнозоркость). Приводной диск, регулирующий силу коррекции, находится, обычно, сбоку от окуляра видоискателя.

Фотограф, смотрящий в окуляр, видит изображение, создаваемое объективом, практически таким, каким его «видит» светочувствительный сенсор. Если снимаемый объект наблюдается в резкости в видоискателе, то и на изображении, «фиксируемом» сенсором, объект будет в резкости. Так происходит, потому что расстояния от центра зеркала до светочувствительного слоя и от центра зеркала до матового экрана равны.

Обращаю внимание, что пока Вы строите кадр с помощью видоискателя, светочувствительный сенсор «отдыхает». Эта особенность отличает цифровые зеркальные фотоаппараты от цифровых компактных и беззеркальных камер. В последних нет зеркала. О следствиях такого конструктивного различия я расскажу в конце раздела.

Теперь прослежу ход световых лучей, пропущенных «полупрозрачным» зеркалом.

Световые лучи отражаются от вспомогательного зеркала (метка 8 на рис. 1) и, проходя через систему линз и зеркал, попадают на специальный светочувствительный сенсор (метка 12 на рис. 1). В отличие от сенсора, который «сохраняет» оптическое изображение, этот имеет другую конструкцию и выполняет другие задачи. Прежде всего он участвует в автоматическом наведении снимаемого объекта на резкость. О том, как это происходит, я расскажу подробно в пятой части «основ».

Также специальный сенсор измеряет интенсивность освещения в нескольких зонах кадра – выполняет роль экспонометра. Дополнительно, он может определять качественные характеристики освещения снимаемой сцены, от которых зависит корректная передача цветов на снимках. Этой теме посвящена седьмая часть «основ». В некоторых моделях фотоаппаратов каждую из перечисленных ролей выполняет отдельные сенсоры.

Посмотрите на рис. 4. Он демонстрирует прохождение световых лучей от источника света до выхода из окуляра (глаза фотографа). Описание пути внутри зеркального фотоаппарата я привёл выше.

Рис. 4. Перед нажатием на кнопку спуска затвора до упора. Прохождение световых лучей от источника света до глаза фотографа, смотрящего в окуляр видоискателя.

Дополню описание. Объекты снимаемой сцены отражают свет, излучаемый источником, в различные направления. Часть этих лучей попадает в объектив. Объектив формирует плоское «перевёрнутое» (относительно двух осей одновременно) изображение, которое фотограф может наблюдать в «естественном» положении благодаря основному зеркалу и пентапризме.

Светочувствительный сенсор (метка 12 на рис. 1), который выполняет функцию экспонометра, оценивает отражённый от объекта свет. Поэтому интенсивность освещения определяется фотоаппаратом относительно отражающей способности снимаемых предметов. Так, если снимаемый объект – зелёная ель или человек европеоидной расы (со светлой кожей), то измерения экспонометра будут наиболее точными. Если снимаемый объект – человек негроидной расы (с тёмной кожей) или металлический, хромированный, предмет, то при расчёте экспозиции следует учитывать, что измерения экспонометра могут быть неточными.

Подробнее об особенностях измерения экспозиции по отражённому свету и методах адаптации к ним читайте в восьмой части серии «Основы фотографии». Для понимания принципов измерения также рекомендую прочитать седьмую часть, посвящённую качественным характеристикам света и передаче цветов.

Как же изображение, создаваемое объективом, попадает на светочувствительный слой?

Действительные и мнимые изображения

При выборе прицела первой или второй фокальной плоскости также учитывают понятия действительного и мнимого изображения.

Для начала следует определиться с понятие оптического изображения. Согласно определению, это картина, которую получают в результате прохождения световых лучей через оптическую систему, причем эти лучи либо отражаются от объекта, либо излучаются им. В результате оптическое изображение воспроизводит контуры и детали конкретного объекта.

Соответствие оптического изображения конкретному объекту достигается в том случае, если каждой его реальной точке соответствует аналогичная оптическая точка. Здесь и вступают в силу понятия действительного и мнимого изображения.

Для создания действительного изображения световые лучи, пересекаясь, должны сойтись в конкретной точке. Такие изображения можно наблюдать в объективах фото и видеокамер.

Рисунок 4. Вид мнимого изображения, полученного через рассеивающую линзу

Мнимое изображение формируется, когда лучи от конкретной точки, проходя через оптическую систему, образуют расходящийся пучок (рисунок 4). Если продлить эти лучи в противоположную сторону, они сойдутся в определенной точке. Совокупность таких точек и формирует мнимое изображение. Такую картинку нельзя наблюдать в объективе или на экране, но можно трансформировать в действительное изображение. Яркие примеры – микроскоп, бинокль или лупа.

Устройство цифрового зеркального фотоаппарата

О чём пойдёт речь. И почему

Что происходит, когда Вы включаете фотоаппарат, снимаете защитную крышку с объектива, строите кадр, нажимаете на кнопку спуска затвора? На половину её хода и до упора? Как снимаемая сцена превращается в файл на карте памяти?

Четыре раздела четвёртой части «основ» созданы, чтобы ответить на эти вопросы.

Путь от снимаемой сцены до цифрового изображения в виде файла на карте памяти украшен рядом особенностей, изучение и понимание которых позволит Вам стабильнее получать желаемый результат.

«Рождение» цифрового изображения можно разделить на два периода: 1) прохождение света от источника освещения снимаемой сцены до светочувствительного слоя, 2) превращение картинки, создаваемой объективом (оптического изображения), в последовательность нулей и единиц, сохраняемую на карте памяти (цифровое изображение).

Первому периоду посвящён первый раздел, раскрывающий, в частности, смысл прилагательного «зеркальный» в названии фотоаппаратов и, в общем, устройство цифрового зеркального фотоаппарата с подвижным зеркалом (DSLR camera – аббревиатура от англ. «Digital Single-lens Reflex camera»). В завершение первого раздела я приведу классификацию цифровых камер и два замечания: о её границах и о различиях цифровых и аналоговых, «плёночных», фотоаппаратов. Последнее поможет объяснить словосочетание «Single-lens» (с англ. «однообъективный») в названии рассматриваемого вида камер.

Первый раздел призван помочь Вам разобраться с причинами возможностей, которые реализуются в современных цифровых фотоаппаратах.

Второй раздел выполняет роль «переходного этапа» между двумя периодами. В нём я уделяю пристальное внимание главному элементу цифрового фотоаппарата – светочувствительному сенсору – который относится к одному из видов светочувствительных слоёв, применяемых в фотоаппаратах.

Понимание принципов работы светочувствительных сенсоров поможет Вам существенно улучшить техническое качество фотографий, снимая даже с камерами начального уровня. Условия для такого развития я также обозначу.

Третий раздел раскрывает второй период «рождения» цифрового изображения. Ознакомление с «конвейером» может быть полезным, если Вы хотите выработать простое и непредвзятое отношение к быстро сменяющим друг друга моделям фотоаппаратов, и впоследствии сконцентрироваться не на технической стороне фотографии, а на художественной. Также, ознакомление с «конвейером» поможет представить целиком этап обработки цифровых изображений. Процессы, происходящие в «конвейере», аналогичны процессам, происходящим на этапе обработки с помощью специализированного программного обеспечения (Camera Raw, Capture One и т.д.).

Четвёртый раздел посвящён режимам съёмки. Он может пригодиться Вам в реализации на практике содержаний первой, третьей и пятой частей «основ». Четвёртый раздел внешне похож на соответствующую часть инструкции к цифровому зеркальному фотоаппарату, но снабжён комментариями из личного опыта, опыта коллег и учеников.

Итак, ниже я приведу необходимые для практики сведения об устройстве цифровых фотоаппаратов с подвижным зеркалом и объясню причины явлений, происходящих в них на каждом этапе фотографирования, начиная с построения кадра. Существуют цифровые фотоаппараты с неподвижным зеркалом, но в настоящее время они менее распространены, чем их упомянутые «родственники», поэтому лишь толику внимания я уделю им в классификации цифровых фотоаппаратов, в конце первого раздела.

Преломления светового луча

При прохождении луча через плоскопараллельную пластинку световой луч претерпевает лишь параллельное смещение. Но смещением луча в очень тонкой пластинке можно пренебречь.

Если на линзу падает луч, не совпадающий ни с одной оптической осью, то он испытывает двойное преломление. Сначала на первой поверхности, ограничивающей линзу, а затем на второй, при этом луч отклоняется от своего первоначального направления.

Если через линзу пропустить пучок лучей, параллельных главной оптической оси и находящихся от нее на малом расстоянии, то после преломления все лучи пучка соберутся в одной точке, ее называют главным фокусом линзы (Рис. 6).

Рис. 6. Главный фокус линзы

Благодаря описанному свойству двояковыпуклую линзу, если она изготовлена из материала с относительным показателем преломления большим единицы, называют собирающей.

Таким образом, мы можем выделить два утверждения касательно собирающей линзы.

1. Луч, идущий вдоль одной из оптических осей собирающей линзы, при прохождении через нее не меняет своего направления.

2. Луч, который идет параллельно главной оптической оси и на небольшом расстоянии от нее, после преломления проходит через главный фокус линзы.

Теперь сделанные утверждения нужно дополнить выводом о том, как будет вести себя луч, который не проходит через оптический центр и не параллелен главной оптической оси. Для этого введем следующее определение.

1-ая причина почему люди считают, что в современном объективе могут быть пластиковые линзы

Во-первых современные объективы становятся всё легче и кажется предела этому нет. Когда вы покупаете объектив за 30-50тыс.руб вы ожидаете, что и весит он будет солидно. Иначе не очень понятно, куда уходят деньги. Проще понять дорогое = большое и тяжелое.

Но в современных объективах производитель старается максимально уменьшить вес, заменяя большинство тяжелых элементов лёгкими. Так корпуса объективов уже давно заменены в большинстве случаев на пластиковые. Хорошо ли это? Для долговечности объектива само собой плохо. Старые объективы 30-летней давности и сейчас вполне служат, а пластиковые разбиваются и обдираются очень быстро по этим меркам.

Насколько лучше пластик или металл защищают объектив от падения сложно сказать. С одной стороны металл крепче, но пластичен — деформируется и заклинивает внутренности при сильном ударе. А пластик хоть и более хрупкий, но пружинит и сохраняет форму, пока не треснул. Также пластиковый объектив более легкий и потому тоже менее склонен к разрушению при падении.

С другой стороны я видел падавшие объективы металлические и пластиковые. И те и другие часто выживают. Хотя давать падать объективу крайне нежелательно.

Но вернемся к линзам.

2-ая причина почему люди считают, что в современном объективе могут быть пластиковые линзы

Все мы знаем, что в наше время есть вполне приличные очки, сделанные из пластика, а если быть более точным — акрила. Оптические типы пластика позволяют производить линзы, не уступающие по качеству стеклянным, но сильно снижать вес и себестоимость. Чем за это приходится расплачиваться? В первую очередь царапиноустойчивостью. Во-вторую — устойчивостью к нагреву.

Также вы, наверное, уже слышали о гибридных асферических элементах в современных объективах. Такие элементы на сегодняшний день производят и вставляют в свои объективы уже все крупнейшие производители.

гибридный асферический элемент

Никон:

Nikon employs three types of aspherical lens elements. Precision-ground aspherical lens elements are the finest expression of lens-crafting art, demanding extremely rigorous production standards. Hybrid lenses are made of a special plastic molded onto optical glass. Molded glass aspherical lenses are manufactured by molding a unique type of optical glass using a special metal die technique.

Три типа асферических элементов у Никон. 1. Асферические элементы полученные точной шлифовкой 2. Гибридные асферические элементы полученные наплавлением пластика на стеклянную основу. 3. Асферические стеклянные элементы, полученные формовой отливкой

Canon:

Canon uses four different type of aspherical lens elements now depending on the purpose; 1. a ground and polished glass aspherical lens element. 2. a molded glass aspherical lens element. 3. a molded plastic aspherical lens element produced by a high-precision molding technology. 4. a replica aspherical lens element, ultraviolet-light-hardening resin layer on a spherical glass lens element. Large diameter ground and polished aspherical lens elements are used for «L» series lenses to achieve sharp definition.

Кэнон использует 4 типа асферических элементов 1. Шлифованные и полированные асферические элементы 2. Отлитые стеклянные асферические элементы 3. Отлитые пластиковые асферические элементы 4. Специальный пластик, затвердевающий на стеклянной сферической линзе, придающий ей асферическую форму

фото (с) Canon

Также мне известно про Pentax, который тоже использует гибридные элементы.

Хорошо это или плохо, что в объективе используется гибридный элемент?

Во-первых оптические свойства используемых типов пластиков не уступают стеклу. Во-вторых те же сорта пластика используются для формирования «склейки» линз (даблеты, триплеты).

Плюсы использования гибридных элементов: — пластики легкие в отливке, так что можно придавать асферическому элементу любую форму — пластик может быть нанесен с обеих сорон линзы, причем это не сильно увеличит себестоимость объектива

Минусы использования гибридных элементов: — пластик намного мягче стекла и потому не может быть использован для внешних элементов объектива, не для заднего или переднего элемента. — пластики легко царапаются и потому сильно усложняют ремонт объектива. — пластики подвержены «деламинированию», т.е. отслоению от стекла

К сожалению, у Вас не установлен flash плеер.

Это асферические элементы полученные традиционным путем шлифования стекла.

Плюсы: — Можно использовать любой тип стекла и придать элементу любую необходимую форму.

Минусы — Даже с развитием технологий и использованием шлифовальных машин, контролируемых компьютером, это долгий и затратный по времени процесс. Если вам нужно, чтобы обе стороны линзы были асферическими, то ваши затраты по времени и соответственно себестоимость удваиваются.

Поэтому такой тип асферических элементов встречается очень редко.

Изготовление литых асферических элементов довольно сложное. Вы не можете просто отлить стекло в форму и получить асферический элемент. Стекло соберется в складки и не примет нужную форму. Также для формирования правильной формы стекло должно находится в отливной форме достаточно долго при высокой температуре, что повредить отливную форму. Поэтому будущему асферическому элементу придают грубую форму, а далее нагревают и «запрессовывают» до необходимой окончательной формы при высокой температуре.

К сожалению, у Вас не установлен flash плеер.

Плюсы

— Данный процесс позволяет получить недорогие асферические элементы, которые могут быть использованы и для внешних элементов объектива. — Это единственный способ получить обе стороны линзы асферическими без дополнительных трудозатрат и удорожания себестоимости

Минусы — Несмотря на то, что металлические пресс-формы используются только для окончательно «запрессовки» стекла и сделаны из устойчивого к высоким температурам металла, стекло все же горячее и химически активное, так что пресс-формы не служат особенно долго. Потому вы вынуждены заказывать пресс-формы на замену изношенным, а также все новые формы для других типов асферических элементов. Это большая головная боль для производителя.

пресс-формы для литья стеклянных асферических элементов

Возвращаясь к идее, что раз пластик используется в очках, то почему ему не быть в линзах объективов. Учтите, что пластиковые стекла очков по фотографическим меркам весьма «тёмные» (2 диоптрии очков, 60см в диаметре дают светосилу F9) и «мутные». Всё прощает несовершенство оптической системы глаз и наш суперкомпьютер-мозг, который исправляет все дефекты оптической системы человека.

предложение от китайских производителей пластиковой оптики

Также нужно учесть: 1) Очки имеют один оптический элемент (как правило), а количество элементов в объективе может доходить до 28 2) Относительное отверстие глаза может принимать значение F2.3-10.4 (лекции ИТМО)

Для стекла существует масса формул, которые позволяют получить стекло с разной степенью рассеивания. Комбинируя положительные и отрицательные элементы с разными значениями дисперсии вы можете контролировать хроматические аберрации. Для пластика это невозможно.

Пластик не сохраняет свою форму так, как стекло. Со временем он «ползет». Через месяцы или годы, он уже не имеет той идеальной формы, выставленной на заводе с точностью до долей длины волны света и потому теряет разрешение.

Пластик гигроскопичен (впитывает воду). Поликарбонат, например, впитывает около 0.2% своего веса, при этом изменяя свою форму на 0.1%. Он распухает и деформируется. При 12Мпикс снимке 3000×4000пикс, если линза напитает 0.1%, то фокус сместится на 30-40пикселей вдоль кадра. Другие пластики дают лучшие показатели, но никто их них не показывает такие показатели как стекло.

При максимальных рабочих температурах 120-200С (для поликарбоната это 130С) сложно нанести на пластик оптическое просветление. Производители фотооптики сейчас бьются над задачей нанесения мультипросветления на пластик, которую решали 60лет назад для стекла.

Фокусы линзы, фокусные расстояния линзы, его зависимость от свойств линзы, формула шлифовщика

Тогда возникает вопрос: как же найти побочный фокус, в котором соберется этот пучок (Рис. 7)?

Рис. 7. Нахождение побочного фокуса

На рисунке показан этот побочный фокус, он является пересечением побочной оптической оси, параллельной лучам пучка, с фокальной плоскостью. Попробуем обосновать, почему именно таким способом лучи преломляются в линзе (конкретно в двояковыпуклой).

Данную линзу можно представить как совокупность призм, склеенных в одно целое. Мы знаем, что всякая прима, относительный показатель преломления которой больше единицы, отклоняет луч в сторону своего основания. Поскольку мы имеем дело с набором линз, преломляющие углы которых монотонно уменьшаются при удалении от главной оптической оси, то и углы, на которые эти призмы преломляют лучи параллельного пучка, будут различными.

Чем дальше луч расположен от главной оптической оси, тем больше угол его отклонения. В конечном итоге все лучи попадают в фокус (Рис. 8).

Рис. 8. Преломление пучка света

Мы предполагали, что пучок лучей падает на линзу слева направо, но ничего не изменится, если на линзу направить идентичный пучок лучей справа налево. Этот пучок лучей, направленный параллельно главной оптической оси, вновь соберется в одной точке во втором фокусе линзы, на некотором расстоянии от ее оптического центра.

Фокус обычно называют передним фокусом, а – задним фокусом линзы. Соответственно, расстояние до называют передним фокусным расстоянием, а до – задним фокусным расстоянием.

Рассмотрим, от чего может зависеть фокусное расстояние линзы. Совершенно ясно, что если любой луч, идущий параллельно главной оптической оси, попадает в главный фокус, то фокусное расстояние не зависит от параметров луча. Более общим утверждением будет такое: фокусное расстояние вообще не зависит от параметров источника света, но с той оговоркой, что мы рассматриваем лучи, близкие к главной оптической оси. От чего же тогда может зависеть фокусное расстояние? Во-первых, от материала, из которого изготовлена линза, во-вторых, оно зависит от кривизны поверхностей, ограничивающих линзу. Выражение, определяющее такую зависимость, называется формулой шлифовщика:

– относительный показатель преломления

, – радиусы боковых поверхностей линзы

Еще одной важной характеристикой линзы является ее оптическая сила .

= дптр =

Понятно, что чем больше фокусное расстояние, тем оптическая сила меньше.

Линза. Виды линз

Как вы уже знаете, законы преломления и отражения определяют поведение луча при его падении на границу раздела двух прозрачных сред. При этом граница раздела считалась плоской. Однако в жизни нам чаще приходится сталкиваться с криволинейными поверхностями. Одним из представителей таких границ является сфера.
Такой поверхностью, даже двумя, обладает линза. Она представляет собой один из самых важных оптических приборов.

Линзу можно представить как фигуру, образованную пересечением двух сфер. У некоторых линз одна из боковых поверхностей плоская. Эту поверхность можно представить как сферу с бесконечно большим радиусом. Конечно же, две сферы могут пересекаться различным способом (Рис. 1).

Рис. 1. Способы пересечения двух сфер.

Пересекая две сферы, можно вывести все виды линз (Рис. 2).

Рис. 2. Виды линз. Собирающие: 1. Двояковыпуклая; 2. Плоско-выпуклая; 3. Вогнуто-выпуклая. Рассеивающие: 4. Двояковогнутая; 5. Плоско-вогнутая; 6. Выпукло-вогнутая

Двояковыпуклая линза

Для первоначального изучения особенности прохождения света через линзы нам будет достаточно рассмотреть первый тип. Рассмотрим двояковыпуклую линзу, ограниченную двумя сферическими преломляющими поверхностями. Эти поверхности обозначим, как и . Центр первой сферы лежит в точке , второй – в точке

(Рис. 3).

На рисунке для ясности изображена линза с видимой толщиной. В действительности мы будем предполагать, что все рассматриваемые линзы очень тонкие.

Рис. 3, рис. 4. Двояковыпуклая линза

В таком случае точки и можно считать практически совпадающими и обозначить одной точкой . Точка называется оптическим центром линзы. Всякая прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется оптической осью линзы. Та из осей, которая проходит через центры обеих преломляющих поверхностей, называется главной оптической осью. Все остальные – побочные оптические оси.

Луч, идущий по какой-либо из оптических осей, проходя через линзу, практически не меняет своего направления. Действительно, для лучей, идущих вдоль оптической оси, участки обеих поверхностей линзы можно считать параллельными, ведь толщину линзы мы считаем малой (Рис. 5).

Рис. 5. Элементы линзы

Построение изображения, даваемого двояковыпуклой линзой

Теперь рассмотрим вопрос практического использования линзы. В первую очередь, для этого нам нужно изобрести алгоритмы, которые позволяют нам строить изображения, даваемые двояковыпуклой линзой.

Для начала введем обозначения, тонкую двояко-выпуклую линзу будем изображать отрезком со стрелочками, главная оптическая ось перпендикулярна линзе и проходит через ее оптический центр , главные фокусы линзы находятся на одинаковом расстоянии от оптического центра, по обе стороны. Фокусное расстояние, как и саму точку фокуса, обозначим . Предмет, изображение которого нам нужно получить, обозначим стрелочкой. (Пока рассмотрим случай, когда предмет расположен перпендикулярно главной оптической оси.)

Для получения изображения предмета нам достаточно построить изображения концов отрезка, более того, если один из концов отрезка лежит на главной оптической оси, то достаточно построить лишь изображение второго конца отрезка, который не принадлежит оси, затем опустить перпендикуляр на главную оптическую ось и получить изображение всего предмета.

Для этого, как уже говорилось, проведем два луча из верхнего конца предмета, найдем точку пересечения этих лучей после преломления в линзе. В качестве первого луча возьмем тот, что проходит через оптический центр, он не преломляется, а в качестве второго – луч, идущий параллельно главной оптической оси. Второй луч после преломления идет в фокус.

Получаем изображение точки, опускаем перпендикуляр на ось, соединяем полученные точки и получаем изображение предмета (Рис. 9).

Рис. 9. Построение изображения предмета

Формула тонкой линзы

Обозначим через расстояние от предмета до линзы и от изображения до линзы. Отношение высоты изображения () к высоте предмета (), назовем увеличением линзы и обозначим через гамма. Тогда можно вывести такую формулу:

Предмет обозначим , изображение – . Рассмотрим две пары подобных треугольников (Рис. 10), и из этого можно вывести еще одну формулу:

Рис. 10. Геометрическая задача по нахождению изображения

Также из подобия треугольников и следует, что:

Теперь мы можем приравнять полученные равенства, производим несложные арифметические вычисления и получаем конечную формулу:

Двояковогнутая линза

Двояковогнутую линзу, изготовленную из материала с коэффициентом преломления большим 1, называют рассеивающей. Такое название обусловлено тем, что лучи, идущие до преломления в линзе параллельно ее главной оптической оси, после преломления отклоняются от своего направлению в сторону от главной оптической оси, в отличие от собирающей линзы. Все утверждения о ходе лучей в рассевающей линзе являются аналогами для соответствующих утверждений в собирательной линзе с той лишь разницей, что теперь говорить стоит не о ходе самих лучей, а об их продолжениях (Рис. 11).

Рис. 11.

1. Луч, проходящий через оптический центр, не преломляется

2. Луч, параллельный главной оптической оси, после преломления идет так, что его продолжение проходит через главный фокус

Луч, параллельный побочной оптической оси, после преломления идет так, что его продолжение проходит через побочный фокус, который является точкой пересечения побочной оптической оси параллельной лучу с фокальной плоскостью (Рис. 12).

Рис. 12. Преломление луча, идущего параллельно побочной оси

Формула тонкой рассевающей линзы будет иметь вид:

Полученная формула является формулой тонкой линзы, как мы видим, она связывает три величины: расстояние от предмета до линзы, расстояние от изображения до линзы и фокусное расстояние линзы. Зная два из выше приведенных параметров, мы с легкостью можем найти третий.

Важно отметить, что в задачах лишь два из этих параметров могут менять свое значение, а именно расстояние от предмета до линзы и расстояние до изображения.

Пример решения задачи

Задача № 1: определить увеличение, даваемое линзой, фокусное расстояние которой равно 0,26 м, если предмет отстоит от нее на расстоянии 30 см.

Решение: используем выведенные формулы.

,,

Таким образом, нам не хватает лишь расстояния до предмета. Воспользовавшись формулой тонкой линзы, найдем это расстояние:

Ответ: 6,5.

Фокусное расстояние линзы, как мы знаем, не зависит от положения предмета и от положения изображения, а определяется только лишь параметрами самой линзы. Об этом мы уже говорили, когда ознакомились с формулой шлифовщика.

Также важно отметить, что в формулу не входит размер предмета и размер изображения. И тут важно сделать еще один вывод: вышеприведенная картинка не изменится, если изображение и предмет поменять местами. Это обусловлено принципом обратимости световых лучей, о котором говорилось на прошлых уроках.

Основные понятия, уравнения и методы современной оптической микроскопии

Чтобы в полной мере использовать возможности оптического микроскопа, необходимо глубокое понимание фундаментальных физических принципов, лежащих в основе его работы. Такие важные в микроскопии понятия, как разрешающая способность, числовая апертура, глубина поля, яркость изображения, рабочее расстояние объектива, сопряжённые плоскости и диапазон полезного увеличения, обсуждаются в статьях, ссылки на которые приведены ниже.

Сопряжённые плоскости в оптическом микроскопе. Анализ оптической системы правильно сфокусированного и отъюстированного оптического микроскопа выявляет наличие в ней двух наборов сопряжённых друг с другом фокальных плоскостей вдоль оптического пути микроскопа. Один набор состоит из четырёх полевых плоскостей и называется набором сопряжённых плоскостей изображения или сопряжённых полевых плоскостей, в то время как другой набор, называемый набором сопряжённых плоскостей освещения, состоит из апертурных плоскостей. Все плоскости в каждом наборе сопряжены между собой, поскольку одновременно находятся в фокусе, и при наблюдении образцов в микроскоп накладываются друг на друга.

На рисунке 1 представлена схема современного микроскопа (Nikon Eclipse E600) в разрезе, на которой показано принципиальное расположение оптических компонентов, составляющих два набора сопряжённых плоскостей, находящихся в оптическом пути микроскопа, при наблюдении как в проходящем, так и падающем (отражённом или эпископическом) свете. Компоненты набора сопряжённых полевых плоскостей обозначены чёрным шрифтом, а плоскости апертурного набора (т.е. набора освещения) – красным шрифтом. Следует обратить внимание, что обозначенные сопряжённые плоскости относятся как к режиму непосредственно наблюдения, так и к режиму формирования изображения (микрофотографированию). В таблице 1 приведён список элементов, составляющих каждый набор сопряжённых плоскостей, в том числе их часто используемые альтернативные обозначения (заключённые в скобках), которые могут встретиться в литературе. Существует небольшая разница в относительном положении полевой и конденсорной диафрагмы в зависимости от применяемого освещения (падающего или проходящего), что будет пояснено позже.

Сопряжённые фокальные плоскости

Набор сопряженных апертурных плоскостей (или плоскостей освещения)	Набор сопряжённых полевых плоскостей (или плоскостей изображения)
Выходной зрачок микроскопа: Диафрагма радужной оболочки глаза, диск Рамсдена и вынос глаза	Сетчатка глаза, плоскость изображения камеры
Задняя фокальная плоскость объектива (задняя апертура объектива)	Плоскость промежуточного изображения (фиксированная диафрагма окуляра)
Апертурная диафрагма конденсора (передняя фокальная плоскость конденсора)	Плоскость образца (плоскость предметов)
Нить лампы накаливания	Полевая диафрагма (диафрагма Кёллера)

Таблица 1

В режиме обычного наблюдения (с помощью окуляров) сопряжённый набор предметных или полевых плоскостей может наблюдаться одновременно, при условии, что образец находится в фокусе. Этот режим наблюдения называется ортоскопическим, а получаемое при этом изображение – ортоскопическим изображением. Для наблюдения сопряжённого набора апертурных или дифракционных плоскостей требуется приведение задней апертуры объектива в фокус, для чего необходимо, чтобы микроскоп был оснащён телескопическим окулярным тубусом (вместо окуляра) или встроенной линзой Бертрана. Этот режим наблюдения называется коноскопическим, апертурным или дифракционным, а изображение, наблюдаемое в задней апертуре объектива, соответственно, – коноскопическим изображением. Хотя обозначения «ортоскопический» и «коноскопический» довольно часто встречаются в литературе, многие микроскописты предпочитают называть эти режимы нормальным и апертурным, соответственно, поскольку эта терминология ближе к работе микроскопа, как таковой. Плоскости, принадлежащие к разным сопряжённым наборам, чередуются между собой по ходу луча, начиная от нити источника света и заканчивая изображением, формируемым на сетчатке или плоскости изображения фотоприёмника. Глубокое понимание соотношений между этими наборами сопряжённых плоскостей и их расположением в микроскопе существенно для правильного представления о формировании изображения и правильной настройки освещения. К тому же, расположение главных сопряжённых плоскостей часто является ключевым фактором при монтаже таких оптических компонентов, как фазовые пластины, призмы Волластона в методе дифференциального интерференционного контраста (ДИК), поляризаторов, модуляторов, фильтров и окулярных сеток.

На рисунке 2 представлен ход луча освещения и луча, формирующего изображение, в микроскопе, настроенном для освещения по Кёлеру. Плоскости каждого сопряжённого набора по ходу лучей снабжены стоящими посредине надписями. На рисунке отчётливо виден взаимно обратный характер двух этих наборов сопряжённых плоскостей микроскопа. Оптически, соотношение между сопряжёнными плоскостями этих наборов основывается на том факте, что сферический волновой фронт освещающего пучка (показан красным) сводится в фокус в апертурных плоскостях, а сферический волновой фронт пучка изображения (показан жёлтым) – в полевых плоскостях. Световой пучок, сфокусированный в сопряжённых плоскостях одного набора, оказывается почти параллельным при прохождении через сопряжённые плоскости другого набора. Взаимно обратное соотношение между сопряжёнными плоскостями этих двух наборов определяет суть взаимодействия двух пучков на оптическом пути при формировании изображения в микроскопе, а также имеет практическое значение для работы микроскопа.

Освещение является, возможно, наиболее важным фактором, определяющим общую производительность оптического микроскопа. Заполнение освещением всей апертуры и поля измерительного прибора лучше всего достигается при настройке его осветительной системы в соответствии с принципами, впервые введёнными Августом Кёлером в конце девятнадцатого века. Именно в условиях освещения по Кёлеру удовлетворяются требования по расположению сопряжённых фокальных плоскостей двух разных наборов (полевых и апертурных плоскостей) в физически строго определённых в микроскопе местах. Настройка каждого отдельного микроскопа для освещения по Кёлеру в некоторой степени может зависеть от того, насколько требования для этого освещения учитывались при его производстве, но здесь эти подробности не обсуждаются.

Основные требования освещения по Кёлеру очень просты. Собирающая линза блока осветителя должна сводить лучи, испускаемые из разных точек нити накаливания лампы в переднюю апертуру конденсора, заполняя её при этом полностью. В то же время, конденсор должен быть сфокусирован таким образом, чтобы сопряжённые плоскости из двух наборов были выставлены в определенное положение по оптической оси микроскопа (при условии, что образец находится в фокусе). Выполнение этих условий обеспечивает яркое и ровное освещение плоскости образца даже такими, по своему существу, неоднородными источниками света, как галогенная лампа с вольфрамовой нитью (поскольку сама нить не фокусируется в плоскости образца). Нахождение образца и конденсора в фокусе обеспечивает правильное положение сопряжённых фокальных плоскостей; при этом разрешающая способность и контрастность доводятся регулировкой полевой диафрагмы и апертурной диафрагмы конденсора.

Расположение апертурных сопряжённых плоскостей

Понятие сопряжённости отдельных плоскостей на оптическом пути микроскопа означает их эквивалентность. То есть, то, что появляется в фокусе одной из плоскостей сопряжённого набора, обязательно будет в фокусе и всех других плоскостей, принадлежащих этому же набору. С другой стороны, взаимно обратный характер двух наборов сопряжённых плоскостей микроскопа требует, чтобы объект, сфокусированный в одном наборе плоскостей, был вне фокуса в другом наборе. Существование двух взаимосвязанных оптических путей и двух наборов плоскостей характерно для освещения по Кёлеру и лежит в основе использования различных регулируемых апертурных диафрагм микроскопа для регулировки угла конуса света, размера светового пятна, яркости и равномерности освещения в поле зрения. Плоскости, принадлежащие к полевому набору, иногда называются плоскостями, ограничивающими поле, поскольку любая диафрагма, помещённая в одну из этих плоскостей, ограничивает диаметр изображения поля. Плоскости, софокусные и совмещённые с изображением образца, представлены на рисунке 3. Апертурные плоскости могут считаться ограничивающими апертуру, поскольку числовая апертура оптической системы может регулироваться установкой в одну из этих плоскостей постоянной или переменной (ирисовой) диафрагмы. Взятые вне микроскопа компоненты оптической системы, представляющие набор апертурных плоскостей, т.е. не являющихся софокусными с образцом, показаны на рисунке 4.

Микроскопист может не знать, что в нормальном режиме наблюдения, изображение образца, в действительности, является комбинированной проекцией четырёх плоскостей сфокусированного изображения (включая плоскость самого образца), оптические характеристики которого определяются или модулируются другим набором четырёх (несущих расфокусированное изображение) апертурных плоскостей. Если микроскоп хорошо отъюстирован, об этом можно не задумываться. Однако когда необходимо исправить серьёзные дефекты изображения, механизм его формирования становится более понятным и приобретает непосредственный практический интерес. Понимание расположения и вклада в формирование изображения каждой из сопряжённых полевых и апертурных плоскостей является необходимым при устранении возникающих в процессе наблюдения проблем. Это также необходимо для правильной установки и использования фильтров, диафрагм, фазовых колец, ДИК призм и других оптических компонентов. В конструкции современных микроскопов учитывается расположение сопряжённых плоскостей и необходимость их доступности для микроскописта.

полная версия статьи в формате pdf

Фокальная плоскость — это… Что такое Фокальная плоскость?

Фокальная плоскость

Фока́льная пло́скость в параксиальной оптике — плоскость, на которой расположены точки, в которых собираются попавшие в систему плоскопараллельные пучки лучей. В реальной оптике поверхность, обладающая такими свойствами, плоскостью, вообще говоря, не является. Аберрация, связанная с несоответствием данной поверхности с плоскостью, называется кривизной поля изображения.

Для тонких линз фокальной плоскостью является плоскость перпендикулярная главной оптической оси, проходящая через фокус.

См. также

Категории:

• Оптика
• Фототермины

Wikimedia Foundation. 2010.

• O (значения)
• Насос (созвездие)

Полезное

Смотреть что такое «Фокальная плоскость» в других словарях:

• ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ — оптической системы плоскость, перпендикулярная оптической оси системы и проходящая через ее главный фокус …   Большой Энциклопедический словарь

• фокальная плоскость — Плоскость, перпендикулярная оптической оси и проходящая через фокус. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики физическая оптика Обобщающие… …   Справочник технического переводчика

• ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ — плоскость, проходящая через главный (см.) линзы перпендикулярно главной оптической оси …   Большая политехническая энциклопедия

• ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ — (см. ФОКУС В ОПТИКЕ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

• фокальная плоскость — оптической системы, плоскость, перпендикулярная оптической оси системы и проходящая через её главный фокус. * * * ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ оптической системы, плоскость, перпендикулярная оптической оси системы и проходящая через ее …   Энциклопедический словарь

• фокальная плоскость — židinio plokštuma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. focal plane vok. Brennebene, f; Fokalebene, f rus. фокальная плоскость, f pranc. plan focal, m …   Fizikos terminų žodynas

• Фокальная плоскость — плоскость, перпендикулярная к оптической оси системы и проходящая через её главный фокус …   Астрономический словарь

• ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ — оптич. системы, плоскость, перпендикулярная оптич. оси системы и проходящая через её гл. фокус …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• Фокальная плоскость —         см. Фокус в оптике …   Большая советская энциклопедия

• фокальная плоскость светового прибора — Экваториальная плоскость, проходящая через фокус оптической системы светового прибора. [ГОСТ 16703 79] Тематики лампы, светильники, приборы и комплексы световые …   Справочник технического переводчика

Ручная фокусировка

1. Центр загрузки
2. Руководство по эксплуатации D7500
3. Фокусировка
4. Ручная фокусировка

Ручную фокусировку можно использовать для объективов, не поддерживающих автофокусировку (объективы NIKKOR без АФ), или в случаях, когда автофокусировка не дает необходимых результатов (0 Получение хороших результатов съемки при автофокусировке).

Объективы AF: установите переключатель режима фокусировки объектива (если имеется) и переключатель режимов фокусировки фотокамеры в положение M.

Переключатель режимов фокусировки

Не используйте объективы AF, если переключатель режима фокусировки объектива установлен в положение M, а переключатель режимов фокусировки фотокамеры установлен в положение AF. Несоблюдение данной меры предосторожности может повредить фотокамеру или объектив. Это не относится к объективам AF-S, которые могут быть использованы в режиме M без установки переключателя режимов фокусировки в положение M.

Объективы с ручной фокусировкой: Сфокусируйтесь вручную.

Для выполнения фокусировки вручную отрегулируйте фокусировочное кольцо объектива до тех пор, пока объект не будет в фокусе. Фотографии можно делать в любое время, даже если изображение не сфокусировано.

Электронный дальномер (фотосъемка с использованием видоискателя)

Индикатор фокусировки видоискателя можно использовать для того, чтобы проверить, сфокусирован ли объект в выбранной точке фокусировки (можно выбрать любую из 51 точки фокусировки). Поместив объект в выбранную точку фокусировки, нажмите спусковую кнопку затвора наполовину и вращайте кольцо фокусировки объектива, пока не появится индикатор фокусировки (I). Обратите внимание, что при фокусировке на объектах, перечисленных в «Получение хороших результатов с помощью автофокусировки» (0 Получение хороших результатов съемки при автофокусировке), индикатор фокусировки может отображаться, даже если объект не сфокусирован; перед съемкой проверьте фокусировку в видоискателе. Для получения информации об использовании электронного дальномера с дополнительными телеконверторами AF-S/AF-I, см. «Телеконверторы AF-S/AF-I» (0 Телеконверторы AF-S/AF-I).

Когда объектив AF-P (0 Совместимые объективы с микропроцессором) используется в режиме ручной фокусировки, индикатор фокусировки будет мигать в видоискателе (или в режиме live view точка фокусировки будет мигать на мониторе) предупреждая, что продолжительное вращение кольца фокусировки в текущем направлении не сфокусирует объект.

Для определения расстояния между объектом и фотокамерой произведите измерение от метки фокальной плоскости (E) на корпусе фотокамеры. Расстояние от крепежного фланца объектива до фокальной плоскости составляет 46,5 мм.

46,5 мм

Метка фокальной плоскости

Кнопка X (T)

Понимание фокальной плоскости в фотографии 📸

Камера действует аналогично человеческому глазу. Как изображения захватываются и передаются в цифровые изображения или пленку, так и изображения обрабатываются и преобразуются в изображения внутри мозга. По мере того, как затвор камеры регулируется, чтобы пропускать больше или меньше света, то же самое происходит и с диафрагмой. Одним из самых захватывающих аспектов человеческого глаза является его способность фокусироваться на одной части сцены и блокировать отвлекающие факторы. Регулируя фокальную плоскость и глубину резкости на камере, фотограф может создать аналогичный эффект выборочной фокусировки.

ФОКУСНАЯ ПЛОСКОСТЬ, ОБЪЯСНЕНИЕ

Фокальная плоскость — это расстояние между объективом камеры и идеальной точкой фокусировки на изображении. Эта область расположена на определенном расстоянии перед объективом камеры и простирается по горизонтали слева направо по всему кадру.

Несмотря на то, что следует из названия, фокальная плоскость или самая резкая плоскость фокуса на изображении — не единственная часть изображения, которая на самом деле кажется в фокусе.Хотя точки, прилегающие к фокальной плоскости, не находятся в идеальном фокусе, мозг регистрирует их как находящиеся в фокусе, если они находятся в определенном диапазоне.

Область вокруг плоскости фокуса, которая кажется сфокусированной, называется глубиной резкости. Вы можете настроить глубину резкости, сделав ее более глубокой (большая часть изображения оказывается в фокусе) или более мелкой (меньшая часть изображения оказывается в фокусе), регулируя диафрагму (f-ступень), часть камеры, которая контролирует попадание света.

Вот краткое руководство по увеличению и уменьшению глубины резкости:

• Глубокая глубина резкости = большая диафрагма (малая диафрагма) + длинная выдержка
• Малая глубина резкости = Малая диафрагма (большая диафрагма) + короткая выдержка

Первый снимок сделан на диафрагме f / 1.4, а второй был снят с диафрагмой f / 13 на точно таком же расстоянии Уилом Клауссеном, отредактированный с помощью Mastin Labs Portra 160 +1, предустановка

.

Диафрагма и расстояние — два самых важных фактора в фокальной плоскости и глубине резкости; расстояние между камерой и объектом, а также расстояние между объектом и их фоном и передним планом.

• Расстояние между объектом и камерой: уменьшите глубину резкости, переместив камеру ближе к фокальной плоскости. Сделайте его глубже, отодвинув камеру дальше от фокальной плоскости.Приближение к объекту — отличный прием для съемки изображений с мягким фоном с использованием ограниченного объектива.
• Расстояние между объектом и фоном: Создайте эффект малой глубины резкости, отодвинув объект дальше от фона. Это создаст изображение, которое показывает четкий гипер-сфокусированный объект, стоящий на размытом фоне. Сделайте больше фона в фокусе, переместив объект (плоскость фокуса) ближе к фону

Снято с f / 2, Вил Клауссен, отредактировано с помощью Mastin Labs Portra 160 +1 предустановка

Фотографы-портретисты могут использовать фокальную плоскость и узкую глубину резкости, чтобы привлечь внимание к веснушкам на лице объекта съемки, располагая объект с веснушками в фокальной плоскости и располагая их на расстоянии от фона для получения драматического эффекта размытия фона.Пейзажный фотограф может использовать фокальную плоскость и большую глубину резкости, чтобы продемонстрировать горный хребет, расширяя область фокусировки, чтобы показать его четкие линии хребтов и величие.

Точно так же, как человеческий глаз фокусируется и перефокусируется на интересующих объектах, фокальная плоскость направляет внимание зрителя на наиболее важные части изображения, , и помогает размыть любые отвлекающие элементы фона или переднего плана. Независимо от вашего стиля фотографии, понимание фокальной плоскости и глубины резкости только повысит ваши фотографические возможности.Неспособность управлять фокальной плоскостью может привести к хаотичным, загруженным изображениям, но хорошо спроектированная фокальная плоскость может помочь вам рассказать историю, которую вы хотите рассказать, и может заставить зрителя почувствовать, что они действительно там.

Подробнее о фокальной плоскости и глубине резкости читайте в нашей предыдущей статье «Понимание глубины резкости».

фокальной плоскости; Плоскость изображения; Фильм Самолет; Плоскость датчика;

фокальная плоскость; Плоскость изображения; Фильм Самолет; Плоскость датчика

Фокальная плоскость камеры — это поверхность, на которую фокусируется свет после прохождения через фотографический объектив.В цифровых камерах фокальной плоскостью является поверхность цифрового датчика изображения. Следовательно, используется термин «плоскость датчика».

Различия между плоскостями «фокус» и «изображение»

Термин «плоскость изображения» также относится к поверхности, обычно называемой «фокальной» плоскостью в камере. Фактически, в разговоре термины легко меняются местами. Однако в оптике плоскости фокуса и изображения могут быть технически разными. Это связано с тем, что объектив не проецирует плоское изображение. Кривизна линзы создает изогнутую проекцию.В пленочных камерах (особенно камерах с фиксированным фокусным расстоянием) плоскость изображения часто была искривленной. Это с поправкой на кривую в проекции изображения. Улучшения линз уменьшили этот эффект. На самом деле искажения, создаваемые объективами, часто корректируются встроенным программным обеспечением. Кстати, это хороший повод подобрать объектив и корпус камеры одного производителя. Кроме того, программное обеспечение для редактирования может исправить искажения. Таким образом, хотя между терминами нет практической разницы, могут быть оптические различия.

В пленочных фотоаппаратах плоскость пленки — это поверхность, созданная пленкой, на которую фокусируется свет. Современные производители зеркальных фотокамер называют поверхность цифрового датчика изображения «плоскостью изображения».

Пролитый свет

Свет, проходящий через линзу, проецирует большую световую область, чем сенсор. Однако свет от краев линзы имеет тенденцию к аберрациям. Примеры включают снижение интенсивности света (виньетирование) и оптическое искажение. К счастью, свет, проходящий через центр линзы, лучше контролируется.Итак, линза предназначена для фокусировки качественной части изображения на активную область сенсора. В результате остальная часть света игнорируется камерой.

Будьте осторожны при использовании правильного термина

Осторожно, термин «фокальная плоскость» в фотографии не используется таким же образом в других областях. Помните, вы должны убедиться, что используете правильные термины в других полях.

Например, использование термина «задняя фокальная плоскость» (RFP) неверно в контексте плоскости изображения камеры.Обычно запрос предложения направлен на сетку или сетку, а не на поверхность. Обычно RFP относится к оптическим прицелам или измерительным приборам, таким как прицел.

Интересные факты…

«Затвор в фокальной плоскости» (или «Затвор») расположен очень близко к плоскости датчика изображения и прямо перед ней.

Положение плоскости датчика внутри камеры часто отмечается снаружи корпуса камеры. Следовательно, отметка называется «отметкой фокальной плоскости». Итак, ознакомьтесь с этой статьей, чтобы узнать, как выглядит знак и как оно используется на практике!

Оптика

— Какая форма фокальной плоскости?

Одиночная собирающая линза реальной толщины имеет искривленное поле фокусировки.Большинство линз, предлагаемых производителями, включают в себя корректирующие элементы, чтобы в той или иной степени сгладить поле фокусировки ближе к плоской фокальной плоскости. Есть несколько хорошо известных и востребованных линз, которые особенно хорошо сглаживают фокальную плоскость: например, серия Zeiss Planar. Существуют также линзы, известные и желательные для , а не для , исправляющие некоторую или всю кривизну их поля, и фотографии «взгляда», сделанные с использованием этих линз, демонстрируют. Canon EF 85mm f / 1.2 L II — один из таких объективов.

Какова форма фокальной плоскости?

Одноэлементный объектив с нормальными поверхностями, использующий математически простые оптические формулы, продемонстрирует кривизну поля. При проецировании на плоский датчик / пленку различное расстояние от центра объектива до середины и углов датчика приведет к потере фокуса по краям и углам, если центр находится в фокусе должным образом. Если бы пленку или датчик можно было сконструировать так, чтобы все части находились на одинаковом расстоянии от оптического центра линзы, все было бы в равной фокусировке.Такой датчик будет охватывать ту же часть (выраженную в угловых градусах) дуги сферы, что и величина дуги, покрываемая линзой в поле зрения камеры. Радиус кривизны будет зависеть от показателя преломления линзы.

В современной практике мало, если таковые имеются, простых одноэлементных объективов, предлагаемых производителями и используемых для фотографии, как это определено в рамках photo.stackexchange.com. Форма фокальной плоскости, более правильно называемая полем фокусировки, полностью зависит от конструкции линзы. Сферическую аберрацию / кривизну поля можно оставить полностью нескорректированной или сильно скорректировать в зависимости от решений, принятых разработчиками линз, и эффективности их конструкции.

Обсуждая оптику по сторонам света, следует иметь в виду, что линз нулевой толщины на самом деле не существует. Они теоретические. Из статьи в Википедии о Cardinal point (оптика) :

Единственная идеальная система, которая была достигнута на практике, — это самолет зеркало.

Терминология

— Как фотография (в отличие от физики) определяет «фокальную плоскость»?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я больше изучал вопрос о фокальной плоскости и плоскости изображения. Описание под линией === верно в оптике, а иногда и в специализированной фотографии.

При общем использовании,

• ( оптика ) плоскость изображения = ( фотография ) фокальная плоскость (например, см. Nikon’s отметку фокальной плоскости или эту статью). Это сенсорная плоскость, это плоскость, куда, если вы положите кусок бумага, изображение считается «сфокусированным», резким.
• (оптика ) фокальная плоскость / задняя фокальная плоскость = не имеет эквивалента в общем фотография. Наверное, потому что у вас сидит диафрагма / заслонка. там вы не можете связываться с этим, поэтому термин не нужен.

Обратите внимание на два определения здесь.

================================================= ====

Позвольте мне провести вас через определение фокальной плоскости и плоскости изображения в оптике (!!), где это две разные плоскости.

Начнем с: http: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Cardinal-points-1.svg/500px-Cardinal-points-1.svg.png

Вы видите две точки фокусировки, F и F ‘. Их функция: если вы излучаете свет из любого, скажем, F ‘, вы увидите параллельные световые лучи с другой стороны линзы. И наоборот, объект, который находится бесконечно далеко, испускает параллельные лучи, и все они проходят через точку F ‘. Вот это здорово. Почему? Поскольку все эти лучи проходят через сконцентрированное небольшое пространство, поэтому вы можете поместить туда затвор в фокальной плоскости, вы можете управлять диафрагмой, используя диафрагму, а поскольку все лучи проходят через эту точку F ‘, вам не нужно беспокоиться о том, как у вас есть большой объектив (может быть, 77 мм? может быть 1 м?), очень легко пропустить лучи через него или остановить их распространение.

Хорошо, это точка F ‘. Очевидно, что вы используете только одну из точек фокусировки, поэтому вас не волнует F.

Фокальная плоскость — это плоскость, которая перпендикулярна оптической оси линзы и проходит через точку F ‘. По сути, вы помещаете диафрагму, фокальный затвор прямо в фокальную плоскость.

Обратите внимание:

• параллельные световые лучи, которые также параллельны оптической оси, будут сходятся к фокусу.
• параллельных световых лучей, находящихся под углом к ​​оптической оси, будут сходятся точки на фокальной плоскости.

(см. Анимацию — иногда просто статичное изображение …)

Пленка или сенсор находится в плоскости изображения. Это вовсе НЕ фокальная плоскость в оптике.

Если вы поместите пленку или сенсор в фокальную плоскость, в идеале у вас будет одно крошечное белое пятно на сенсоре. Поскольку объектив не идеален, вы увидите очень размытое маленькое пятно, вот и все.

Теперь, надеюсь, все ясно, извините за мой английский.

Если вы поняли и согласились с тем, что я написал, вот еще одна ссылка: http: // en.wikipedia.org/wiki/File:BackFocalPlane.svg

Лучи, идущие вертикально от «объекта», являются параллельными лучами. Есть две красные и черная ось. Все они проходят через пересечение задней фокальной плоскости и оптической оси (по вертикали, оси симметрии).

Если объект находится не бесконечно далеко, вы увидите другие линии, исходящие от объекта. Они проходят через заднюю фокальную плоскость, и вы можете видеть, что они близки к фокальной точке, но эти световые лучи создают яркое пятно в фокальной плоскости.

На плоскости изображения все лучи, исходящие из одной точки объекта, попадают в одну точку плоскости изображения. Это важно: это требование, чтобы изображение было в фокусе, чтобы оно было резким. (Это очевидно: если точка на объекте создает несколько точек изображения, например, кончик иглы создает большое пятно — тогда это явно не в фокусе).

Надеюсь, мое описание понятно.

Основы камеры

— Как может объектив с одним фокусным расстоянием фокусироваться более чем в одной плоскости?

Это фундаментальное непонимание значения фокусного расстояния.Начните с простого одноэлементного объектива. Держите его достаточно далеко от самолета, чтобы что-то на «бесконечном» расстоянии (например, солнце или луна) было в фокусе. Расстояние от объектива до объекта, на котором вы фокусируетесь, и есть фокусное расстояние этого объектива.

Фокусное расстояние, однако, является прямым следствием того, насколько эта линза преломляет свет, который (по крайней мере, в основном) зависит от двух вещей: показателя преломления этого стекла / пластика / всего, что находится в линзе, и кривизны линзы. поверхности линз.

Чтобы изменить фокус линзы, вы перемещаете линзу относительно плоскости, на которой вы формируете изображение. В частности, чтобы сфокусироваться на более близком объекте, вы перемещаете линзу так, чтобы она находилась дальше от плоскости фокусировки.

Учитывая нормальную ситуацию, когда объектив будет проецировать изображение немного больше, чем плоскость сенсора / пленки, по мере того, как вы перемещаете объектив дальше от фокальной плоскости, угол обзора, записанный в фокальной плоскости, будет уменьшаться. На самом деле это , а не изменение угла обзора, обеспечиваемого объективом, а просто уменьшение той части угла обзора, обеспечиваемого объективом, которую ваш датчик / пленка может записать:

Здесь серые линии представляют изображение, проецируемое объективом.Нижний представляет то, что мы получили бы, если бы он сфокусирован на бесконечности, а верхний, если бы он был сфокусирован значительно ближе. Красные линии вверху показывают более узкий угол зрения видимого из-за более близкой фокусировки. Обратите внимание, однако, что это действительно вопрос не захвата всего изображения, проецируемого объективом, , а не , потому что сам объектив имеет более узкий угол обзора.

Как бы то ни было, тот же эффект учитывает уменьшение эффективной диафрагмы по мере того, как вы фокусируетесь ближе — свет, который проецируется за края сенсора, очевидно, не проецируется на сенсор, поэтому чем ближе вы фокусируетесь, тем меньше света фокусируется на датчике, поэтому меньшее количество света из центральной части изображения распространяется по всей площади центра.Это означает, что в любой части датчика меньше света, следовательно, меньшая эффективная диафрагма (например, с типичным макрообъективом 1: 1 вы теряете почти 2 полных ступени, поэтому объектив с f / 2,8 требует примерно выдержка f / 5,6).

Есть еще один эффект, о котором следует помнить: объектив, который выполняет внутреннюю фокусировку, по сути, также является зумом, то есть изменяет фокусное расстояние (и соответствующий угол обзора через объектив), когда вы фокусируетесь. Некоторые из них (например, нынешний 105 Micro-Nikkor) предназначены для того, чтобы эти эффекты противодействовали друг другу (в основном, в любом случае), поэтому вы сохраняете примерно тот же реальный угол обзора и независимо от того, на чем вы сосредоточены.

Объектив

— кажущееся противоречие в Википедии о задних узловых точках и о том, как главная плоскость связана с фокусным расстоянием

.

Фокусное расстояние линзы — это измерение, выполняемое, когда линза отображает удаленный объект, например звезду. Если структура линзы является односимметричной (выпуклой-выпуклой), то это измерение проводится от центра линзы до сфокусированного изображения. Далекий объект находится на бесконечном расстоянии, когда его световые лучи попадают в объектив камеры в виде пучка параллельных лучей.

Для всех практических математических целей объект находится на бесконечном расстоянии на расстоянии 1000 метров (1000 ярдов). Трасса луча начинается с единственной точки на объекте, а затем расширяется, чтобы показать, как он проходит через линзу. Затем трасса луча продолжается, показывая ее путь вниз по потоку от линзы. При правильной фокусировке след внутри камеры будет изображать треугольник, вершина которого просто касается поверхности цифрового датчика изображения или пленки. Ключевым моментом является то, что трассировка луча — это всего лишь одна точка на объекте.

На самом деле каждая точка объекта может быть отслежена лучом. Такой след луча показывает, что каждая точка на объекте имеет след луча, напоминающий световой конус. Видите ли, объектив работает, разбивая свет от объекта (перспективы) на гуголплекс световых конусов. У каждого есть вершина. Поскольку все линзы имеют оптические дефекты, называемые аберрациями, вершина каждого луча, когда они попадают на датчик, никогда не является точкой; на самом деле это крошечный круг света, расположенный рядом с другими, и у него есть зубчатые границы.Поскольку он рассматривается как несовершенный круг, перемешанный с другими, его называют кругом замешательства. Таким образом, изображение, полученное от линзы, представляет собой бесчисленное количество световых конусов, каждый из которых имеет вершину, которая целуется на датчике. Как правило, след луча для отображения фокусного расстояния — это просто след луча, проходящего через центр (ось) линзы. Все остальные лучи не светятся.

Оптики не могут устранить эти аберрации. Лучшее, что можно сделать, — это смягчить каждую из них. Для этого линза сконструирована так, чтобы она состояла из нескольких стеклянных элементов.Некоторые из них представляют собой плотное стекло, некоторые менее плотные, некоторые выпуклые с положительной силой, а некоторые вогнутые с отрицательной силой. Некоторые скреплены вместе, некоторые с воздушным зазором. Воздушное пространство имеет фигуру (форму), образованную поверхностями линзы, в которой оно находится. Это воздушное пространство в форме линзы также действует как слабая линза. Есть семь основных типов аберраций. Для смягчения требуется семь и более стеклянных линз разной силы. Поскольку объектив камеры представляет собой сложный массив стекла, точки измерения, используемые для определения расстояния до объекта и расстояния до изображения, являются двумя кардинальными точками или узловыми точками.Вероятно, их размещение не попадает в центр оправы объектива. Передний узел — это точка измерения расстояния до объекта. Задний узел — это точка измерения расстояния до изображения.

Оптик, вероятно, использует линзы разной силы, и это приводит к смещению узловых точек. У настоящего телеобъектива, по сравнению с длинным объективом с таким же фокусным расстоянием, задний узел смещен вперед. Он может даже упасть в воздух перед объективом. Это укорачивает тубус объектива, что делает его менее неудобным, чем его аналог с длинным объективом.Часто фокусное расстояние широкоугольного объектива слишком мало, чтобы дотянуться до датчика изображения / пленки. Оптик сдвигает задний узел, чтобы удлинить задний фокус (расстояние от последней линзы до пленки / сенсора).

Фокусное расстояние измеряется от заднего узла до вершины конуса лучей, формирующих изображение. Когда мы фокусируемся на объекте ближе, чем бесконечность, конус лучей, формирующих изображение, удлиняется из-за того, что в этом случае преломляющая способность ограничена. Refract в переводе с латыни означает сгибание назад или внутрь.

Ключевой момент для вас: трассировки лучей для отображения фокусного расстояния представляют собой упрощенные рисунки, вероятно, показаны только осевые лучи. Принцип работы линз — разбить объект на бесчисленное количество точек. Каждый из них испускает световые лучи, проходящие через объектив камеры. Каждый очерчивает конус света. Будет гуголплекс конусов света и, следовательно, гуголплекс кругов нерезкости. При фокусировке на объектах, находящихся ближе бесконечности, мы фокусируемся, перемещая объектив дальше от пленки / сенсора. Никто не говорил, что это легко!

Кривизна поля

— В чем преимущество линз с изогнутой фокальной плоскостью?

Отчетливый «вид», который он обеспечивает.Помимо добавления более приятного размытия боке к фоновым объектам у краев кадра, он также позволяет размывать объекты на периферии, которые находятся в той же плоскости, что и объект, когда эта плоскость перпендикулярна оптической оси объектива, как ну, хотя и не в такой степени, как фоновые элементы.

Некоторым это нужно, особенно в портретных объективах, где края обычно намеренно размыты. Некоторым людям, например тем, кто занимается воспроизведением плоских документов или макросами, это не нужно, и они предпочитают плоское поле.Вы платите деньги и делаете свой выбор.

Вот типичное изображение, связанное с Flickr. Честно говоря, кривизна поля по сравнению с плоским полем не имеет большого значения для этого, потому что нет ничего возле края кадра, который находится в плоской плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива на расстоянии от объекта. Вот еще один. Посмотрите, как части скамейки перед моделью, но ближе к краю поля зрения, такие же резкие, как и точка фокусировки, в то время как части ее рук, которые находятся на том же расстоянии, что и ее лицо от камеры, не совсем такой резкий? Также этот (где цветы в той же плоскости, что и точка фокусировки в середине, но около края кадра, более размытые) и этот (в котором элементы по краям не такие резкие, как элементы в в центре, хотя все они находятся в одной плоскости, параллельной сенсору камеры).

Обратите внимание, что на этом изображении размыты даже капли дождя, которые находятся на таком же расстоянии от камеры, что и объект съемки. На этом фото перила в левом нижнем углу, которые ближе, чем основной объект, находятся в фокусе и демонстрируют форму передней фокальной плоскости, которая является частью сферы.

Напротив, обратите внимание, как EF 100mm f / 2.8 L IS Macro поддерживает ровное поле фокусировки на всем протяжении кадра. В этом случае это демонстрируется деревом по левому краю.Волосы испытуемых справа на этом изображении показывают плоское поле. В этом случае плоское поле объектива EF 100mm f / 2.8 L IS Macro сделало плечо в нижнем левом углу кадра таким же резким, как лицо объекта. Если бы вместо этого использовался объектив с кривизной поля, такой как EF 85mm f / 1.2 L II, плечо было бы немного смягчено и, возможно, меньше отвлекало бы от лица объекта. То же самое можно сказать и об этом.

Еще одним преимуществом использования объектива с кривизной поля является меньшая погрешность в расстоянии фокусировки при использовании техники «фокусировки и изменения композиции», если камера вращается вокруг оптического центра объектива.Большая часть ошибок, обычно возникающих при использовании команды «сфокусируй и поменяй композицию», происходит из-за того, что центр вращения находится в центре фотографа, а не в центре объектива. Но даже когда камера вращается вокруг оптического центра объектива, есть большая ошибка с объективом, имеющим более плоскую фокальную плоскость, чем с кривизной поля, которая соответствует фокусному расстоянию объектива.

---

Обновление: две фотографии, включенные в этот вопрос, являются прекрасными примерами типов снимков, для которых был бы полезен объектив с нескорректированной кривизной поля.

.

No related posts.