Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Этот контур, реальный или изображенный, носит название входного окна или люка ф131 на рис. 14.7), а диафрагма, изображением которой он является, и будет служить диафрагмои поля зрения (ЯЯ на рис. 14.7). Изображение входного люка в оптической системе называют выходным л1оком фгЯ ). 296 ГЕОМЕТВИЧЕСКАЯ ОПТИКА Ф (ч Ф~о оо о~ ц ~ч Ыц о~ оо ф ~ о ь. Ф сг7 Фсч о~ 5 ~о оо о~ о м Я х с о жцФЯ' Рис. 14,7. Диафрагма поля зрения ЯЯ, входной Я1 Я~ и выходной Я1 Я2 люки системы видно, что входной люк Я1 Я~ задержит все лучи от точки Р, которые в его отсутствие прошли бы через верхнюю половину входного зрачка В1В1.
?1озтому освещенность изображения точки Р будет примерно в два раза меньше освещенности вблизи изображения осевой точки. Следовательно, главные лучи, касающиеся краев входного люка (на рис. 14.7 они изображены сплошными линиями), определяют величину поля зрения (Рф. Для резкого ограничения поля необходимо, чтобы Я1 Я1 совпадало с плоскостью объекта, т.е. ЯЯ лежало в плоскости, сопряженной с объектом относительно Х1, в частности, для труб, предназначенных для рассмотрения далеких объектов, ЯЯ должно лежать в главной фокальной плоскости объектива 1.1.
Перейдем теперь к рассмотрению важнейших оптических инструментов. Опгпическим иастпруменпьом называется сочетание линз, зерквл, диафрагм и других вспомогательных частей, предназначенное для решения той или иной задачи. 'й 90. Фотографический аппарат Фотообъектив и камера аппарата конструируются так, чтобы можно было получить резкое изображение предметов, находящихся на том или ином расстоянии от объектива, в плоскости светочувствительной Лучи, проходящие через центр апертурной диафрагмы, носят название главных лучей. Главный луч проходит и через центры входного и выходного зрачков, ибо эти точки сопряжены с центром апертурной диафрагмы.
Главный луч является осью конуса лучей, опирающегося на входной зрачок и имеющего вершину в точке предмета (заштрихованная область на рис. 14.6). Если главный луч от внеосевой точки предмета касается края входного люка, то через систему пройдет примерно половина лучей в сравнении с пучком от осевой точки. Из рис. 14.7 297 ГЛ. Х1У. ОПТИЧЕСКИЕ ИНС1РУМЕ11ТЫ й 91.
Глаз как оптическая система Глаз по своему устройству ~рис. 14.8) явл ле аналогом фотоаппарата. Роль объектива и ломляющих сред, состоящих из водянистой влаги А, хрусталика 1 и стекловидного тела ф Наводка на различно удаленные предметы, носящая название аккомодации, достигается путем мышечного усилия, изменяющего кривизну хрусталика. Пределы расстояний., на которые возможна аккомодация, носят название дальней и ближней точек. Для нормального глаза дальняя точка, фиксируемая без усилий, лежит в бесконечности, а ближняя --- на расстоянии, зависящем от возраста ~от 10 см для двадцатилетних до 22 см к сорока годам).
В более пожилом возрасте пределы аккомодации сужаются еще более (старческая дальнозоркость). Нередко встречаются глаза с ненормальными преде- Рис. 14.8. лами аккомодации уже в молодом глаза яется в известном смысграет совокупность пре- Схематический разрез пластинки или пленки. Для наводки применяются разные приспособления (перемещение объектива или его отдельных частей, перемещение пластинки). уменьшение апертурной диафрагмы позволяет улучшить «глубину» фокусировки, т.е.
резко отобразить на плоскость различно удаленные части объекта (см. ~ 87). Изменение апертурной диафрагмы служит в то же время для изменения количества света, поступающего в аппарат (светосила). Обычно в фотоаппарате получается уменьшенное изображение объекта, в современных аппаратах стремятся к получению хорошей резкости с тем, чтобы иметь возможность последующего увеличения снимка. Объективы непрерывно совершенствуются в смысле сочетания хороших качеств изображения со светосилой, т.е.
возможно большей освещенностью изображения. Освещенность изображения равна световому потоку, деленному на площадь изображения, т.е. для удаленных объектов пропорциональна нлои~ади апертурной диафрагмы, деленной на квадрат фокусного расстояния об'ьектива. Это отношение и называется светосилой объектива. Нередко светосилой называют отноп1ение диаметра максимальной диафрагмы к фокусному расстоянию и считают освещенность пропорциональной квадрату светосилы. Правильнее называть это отношение относительным отверстием. Таким образом, светосила измеряется квадратом относительного отверстия.
298 ГЕОМЕТВИЧЕСКАЯ ОПТИКА возрасте: близорукие, для которых дальняя точка лежит на конечном расстоянии, иногда на очень небалыпом, и дальнозоркие, с увеличенным расстоянием до ближней точки. Эти недостатки могут быть исправлены применением дополнительных линз, рассеивающих или собирательных (очки). На рис. 14.9 за1птрихованные места показывают, как расположены области, ясно различаемые глазом в пределах доступной ему аккомодации, т.е. области от ближней точки Аг до дальней точки А„. Нормальный глаз в состоянии аккомодировать область от Ар — — 10 — 22 см Ар Рис.
14.9. Ближние Ая и дальние А, точки аккомодации для глаза нор- мального (а), близорукого (б) и дальнозоркого (в) до бесконечности. Для близорукого глаза область аккомодации приближена и ограничена на своей дальней границе. Для дальнозоркого глаза начало области аккомодации отодвинуто, а дальняя точка лежит на отрицитвяъном расстоянии, т.е.
за глазом. Это значит, что дальнозоркий глаз способен рассматривать мнимые точки, т.е. сводить на сетчатую оболочку не только параллельные, но и сходящиеся пучки. Таким образом, оптическая сила близорукого глаза больше,. а дальнозоркого меньше, чем нормального. Апертурная диафрагма осуществляется в глазу радужной оболочкой 1 (ирис) (см. рис. 14.8), определяющей «цвет глаза» и обладающей отверстием переменной величины (зрачок глаза). Изображение зрачка в передней оптической части глаза (камера с водянистой влагой) определяет собой входной зрачок; он почти совпадает с реальным зрачком. Изменение диаметра зрачка играет ту же роль, что изменение апертурной диафрагмы в фотообъективе: регулирует доступ света в глаз и изменяет глубину фокусировки.
Фотографической пластинке аппарата соответствует сетича1иая оболочка глаза Л, сложное устройство и функции которой описаны ниже (см. 9 193). Для многих чисто оптических задач преломляющая система глаза может быть заменена приведенным глазом, построенным из однородного прозрачного вещества и имеющим следующие постоянные (по Гульстранду): Преломляющая сила в диоптриях б8 48 Длина глаза 22 мм Радиус кривизны преломляющей поверхности 5,7 мм Показатель преломления среды 1,33 Радиус кривизны сетчатки 9,7 мм 299 1'Л. Х1У.
О11ТИЧЕСКИЕ И11СТВУМЕ1ГГЫ Так как изображение в глазу получается внутри среды, отличной от воздуха, то переднее и заднее фокусные расстояния глаза не равны между собой (17,1 и 22,8 мм) и, следовательно, узловые точки глаза не совпадают с главными. Впрочем, ввиду близости всех этих точек их можно практически объединить в оптический в,снтр глаза. Здоровый глаз в общем можно рассматривать как центрированную систему поверхностей вращения. Строго говоря, это не очень совершенная система, ибо в ней ясно выражены и сферическая аберрация, и астигматизм наклонных пучков, и значительная хроматическая аберрация.
Однако все эти недостатки очень мало чувствуются благодаря ряду особенностей глаза. Так, сферическая аберрация не очень заметна, потому что распределение освещенности в пятнах рассеяния неравномерно, а самая светлая и самая важная для зрительного ощущения часть пятна очень мала; при сильном же освещении, когда боковые части кружка рассеяния могли бы дать себя знать, сильно уменьшается диаметр зрачка, что улучшает дело.
Астигматизм наклонных пучков почти незаметен, ибо способность сетчатки к хорогпему распознаванию быстро понижается от центра к краям; поэтому изображение каждой фиксируемой точки бессознательно приводится на ось глаза, проходящую через самую выгодную часть сетчатки («центральная ямка», см. ~ 193). Недостаточность поля зрения этой малой рабочей части превосходно компенсируется подвижностью глаза. Хроматическая аберрация практически незаметна, потому что глаз очень чувствителен лишь к сравнительно узкой части спектра.
Комбинация указанных факторов приводит к тому, что нормальньтй глаз позволяет очень хороп1о судить о внешнем виде предметов. Однако вследствие характера структуры сетчатой оболочки, состоящей из отдельных элементов, глаз воспринимает как единую две точки обьекта, если они настолько близки, что обе изображаются па одном элементе сетчатки ~колбочке). Таким образом, участок предмета, Рис. 14.10. Действие оптической системы на видимый угловой размер изображения: О оптический центр глаза: 6 глубина глаза,; АВ предмет; аб его изображение в невооруженном глазу; у — угол зрения невооруженного глаза; а б' — изображение предмета в глазу, вооруженном оптической системой Е; у' — угол зрения вооруженного глаза изображение которого лежит внутри границ, определяемых структурой сетчатки, воспринимается как точка ~так называемая физиологическая точка), и никакое распознавание деталей в пределах этого З00 ГЕОМБТВИЧЕСКАЯ ОПТИКА участка.
невозможно. Величина такого участка зависит, конечно, от расстояния объекта до глаз и может быть определена углом зрения, обусловливающим соответственный размер изображения (рис. 14.10), ибо диаметр изображения аЬ = рй, где ~ — угол зрения, Ь вЂ” глубина глаза (от оптического центра О до сетчатки), равная для среднего глаза. 15 мм. Минимальный угол зрения, необходимый для различения деталей, носит название физиологического предельного угла и равен для невооруженного глаза приблизительно одной минуте. Однако такое значение угла разрешения деталей невооруженным глазом имеет место при условии, что наблюдаемый объект хорошо освещен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
