Рисунок объектива: что это, как использовать | Статьи | Фото, видео, оптика
Помимо фокусного расстояния, светосилы, скорости фокусировки, у каждого объектива есть ещё и рисунок. Рисунок объектива — немного как привидение, или как настоящая любовь: все о нём слышали, многие о нём говорят, но мало кто может точно сказать, что это такое. Подробно и с примерами разбираемся в этой статье.
Рисунок не имеет прямого отношения ни к фокусному расстоянию, ни к светосиле, ни к фирме-производителю, ни к цене. Это не какая-то волшебная функция, присущая только дорогим объективам. Один из самых характерных и узнаваемых рисунков — у советского «Гелиоса» — знаменитое кручёное боке.
Размытие фона словно закручивается — это не эффект постобработки, это рисунок объектива / Фото: flickr.com
Что такое рисунок объектива
Резкий объектив для пейзажей и предметки, мягкий объектив для портретов
Характер размытия (боке)
Спокойное боке и нервное боке
Кручёное боке и другие творческие эффекты
Что такое пластичность объектива
Можно ли изменить рисунок объектива
Этому термину сложно дать точное определение, поэтому его часто используют как попало.
Рисунок объектива зависит от оптической схемы: от количества линз внутри него, от того, как сквозь эти линзы происходит свет, как он преломляется и рассеивается.
В понятие рисунка включают:
- резкость или мягкость;
- пластичность;
- характер размытия заднего плана.
Что интересно, если включить зануду, рисунок — это баг. На заре фотографии главной задачей создателей техники было разработать объектив, который будет минимально искажать реальность, передавать её максимально точно. Из-за несовершенства технологий сделать это не получалось, объективы всё равно давали небольшие искажения. Которые в общем-то и образуют тот самый, уникальный для каждого объектива, рисунок.
Современные оптические схемы позволяют передавать реальность с меньшим количеством искажений, за что некоторые люди считают их лишёнными рисунка, скучными и невыразительными.
Но давайте обо всём по порядку.
Первое, что определяет рисунок объектива — это резкий он или мягкий.
Все объективы можно поделить на более резкие и более мягкие. Причём нельзя точно сказать, что одно лучше, а другое хуже. Для макрофотографии или предметки резкость объектива будет определённым плюсом, для портретной — может оказаться минусом. Резкий объектив будет подчёркивать все мелкие детали: морщинки, поры на коже, волоски. И есть шансы, что всё это придётся потом ретушировать, особенно если речь идёт о сверхкрупных портретах.
Это работает и в обратную сторону: если нужно максимально точно передать, например, текстуру кожаного кошелька для каталожной съёмки или усики насекомого, то мягкость объектива станет вашим врагом. Скорее всего, резкость изображения потом придётся дополнительно поднимать.
Читайте также:
Что такое резкость и как поднимать её в Photoshop, Lightroom и онлайн
Резкие объективы особенно полезны, когда хочется показать на фото максимум деталей / Фото: unsplash.com
Что касается резкости, обычно фиксы более резкие, чем зумы.
Это связано с большой сложностью оптической схемы и подвижностью линз зум-объективов. Кроме того, более резкими будут объективы с приставкой макро.
К наиболее резким объективам относятся Sigma AF 50mm f/1.4, Canon EF 35mm f/1.4L II, Canon EF-S 24mm f/2.8, Nikon 85mm f/1.4G, Fujifilm XF 90mm f/2, Sony 50mm f/1.4, Sony FE 90 мм f/2.8 Macro G OSS, Olympus 75mm f/1.8.
Что касается наиболее мягких объективов, их несколько меньше. Однако есть специальные модели с приставкой soft: например, Canon EF 135 мм f/2.8 Soft focus или Pentax SMC FA Soft f/2.8.
Ещё одна важная часть рисунка объектива — это характер размытия заднего плана. Характер размытия или боке будет ярко проявляться на относительно светосильных объективах. Если вы снимаете на закрытых значениях диафрагмы, никакого размытия фона не будет. Соответственно, не будет и характера размытия.
Боке может быть спокойным, может быть нервным.
Спокойное боке и нервное боке
Характер боке проще всего показать на картинках с вечерними огнями города, ушедшими в нерезкость.
В сферическом идеале в вакууме (который в природе, как известно, не существует), огни будут размываться в спокойный ровный круг. Без каких-либо скачков яркости. То есть край не более яркий, чем середина, не более тусклый, по краям нет никакой полоски-обводки.
Слева пятна не округлые, по краям отчётливо видно обводку. Боке более нервное. Справа характер размытия более спокойный / Фото: unsplash.com
На практике, чем более боке спокойное, тем меньше фон будет отвлекать от главного объекта съёмки.
Слева снимок на Nikon 50mm 1.8 d, справа — на Fujifilm 35mm 1.4. При плюс-минус одной крупности и схожих параметрах съёмки фон выглядит несколько по-разному / Фото: flickr.com
Эти два снимка демонстрируют разницу между нервным боке и спокойным. Если всматриваться в детали, фон на снимке слева выглядит более контрастным и перегруженным, в нём больше деталей, за счёт этого больше каши, и он сильнее отвлекает от модели.
На картинке справа этого контраста меньше, модель выглядит более хорошо отделённой от фона, а сам фон более однородный.
Можно было бы списать это на чуть большую светосилу объектива Fujifilm, но нет. Снимок справа сделан на кроп, слева на полный кадр. Кроп как раз забирает ступень светосилы, поэтому уровень размытия на этих снимках с технической точки зрения абсолютно одинаков, хотя и выглядит боке по-разному.
Впрочем, вокруг того, какой характер боке предпочтительнее, поломано немало копий. Дело в том, что у большинства более-менее современных фиксов боке спокойное. И многие адепты теплоты, плёночности и ламповости находят такой рисунок объектива скучным, избыточно техничным и невыразительным.
Но тут мы действительно вступаем в топкую пучину вкусовщины, искать выход из которой каждому приходится самому. Кому-то по душе более строгое и техничное спокойное боке, кому-то — более нервное, создающее больше связи между объектами и фоном. Впрочем, есть некоторое количество совсем далёких (но тем самым очень интересных) от спокойствия типов боке, о которых стоит поговорить отдельно.
Кручёное боке и другие творческие эффекты
Знаменитое кручёное боке «Гелиоса-40» и 44, наверное, знакомо каждому, кто интересуется фотографией. Эта особенность рисунка объектива интересно показывает себя при съёмке портретов на открытой диафрагме.
Вокруг тебя весь мир кружит / Фото: flickr.com
Интересно, что этот эффект как раз возникает из-за несовершенства оптической схемы объектива. В «Гелиосах» передняя линза несколько меньше, чем должна быть для более ровного боке. Это было сделано, чтобы уменьшить сферические аберрации объектива, а интересное кручёное боке стало побочным эффектом.
Ещё один интересный вид боке — мыльные пузыри. Он характерен для объектива Meyer-Optik Trioplan F/2.8.
Объектив позволяет создавать очень интересный художественный эффект на открытых диафрагмах / Фото: meyer-optik-goerlitz.com
Похожий эффект дают также зеркально-линзовые объективы, например, Samyang 500mm f/6.
3. У таких в центре передней линзы находится небольшое зеркало. Из-за этого боке приобретает характерный вид бублика или полумесяца.
Рисунок подобных объективов сложно спутать с чем-то другим / Фото: flickr.com
Пластичность — самый смутный и трудноопределимый термин из всех, которые имеют отношения к рисунку объектива. Пластичность — это способность объектива создать иллюзию объёма на плоском носителе.
Она имеет отношение к динамическому диапазону и определяет способность оптической системы системы работать с близкими тонами. Пластичность (её ещё называют микроконтрастом) определяет, насколько мягким или резким будет переход от более тёмных областей к более светлым.
Ценители считают лучшими по пластичности объективы Leica и Zeiss ZM. Также к пластичным относят некоторые объективы 7Artisans и многие советские объективы.
Рисунок объектива можно изменить. Но несильно. Например, избыточно резкий объектив можно сделать более мягким (например, для женского портрета), использовав софт-фильтр.
Что касается боке, изменить его характер сложно, но легко можно изменить форму боке. Сменить кружки, например, на сердечки или звездочки. Подробнее об этом читайте здесь.
Рисунок объектива и восприятие пространства на фото
« previous entry |
19. июн, 2010 | 06:14 pm
Итак…
Совсем недавно я показал эти две картинки, и обратился к уважаемым читателям с просьбой посмотреть на снимки с расстояния около метра и ответить на два вопроса:
1. На каком из этих двух фото, по вашему мнению, «объем» передан лучше, какое смотрится естественнее?
2. Почему вам так кажется?
Я получил 30 отзывов, из которых 14 человек проголосовали за правое фото, 13- за левое, и трое не смогли определиться.
Мнения разделились поровну, а другими словами, еще раз подтвердилась народная мудрость «на вкус и цвет…» 😉
БОЛЬШОЕ СПАСИБО ВСЕМ!
И хотя мои собственные мысли по этому поводу теперь , как бы, уже и не актуальны , я все таки обещал высказать своё мнение и кое-что рассказать.
..
Вобщем, я бы ответил следующим образом:
1. Непросто определиться, но мне кажется, что на втором (правом).
2. Несмотря на одинаковую силу размытия заднего плана, фон размыт принципиально по-разному. Мягкий монотонный фон на левом фото приятнее для глаза, но парадокс- глядя на левый снимок, меня не оставляет ощущение, что объект слишком отчужден от фона, кажется, словно он туда «вклеен»… совсем ничего не перекликается с объектом из такого размытия…
***
Вероятно, я не сильно ошибусь, если скажу, что ощущение «объемности» фото (или его отсутствие)- это лишь иллюзия, достигаемая изобразительными средствами художественной фотографии. Тем не менее, субъективное ощущение «трехмерности» плоского изображения является неотъемлемой частью нашего восприятия…
Лично я придерживаюсь мнения, что решающими и основными факторами здесь являются естественная перспектива, продуманная и грамотно построенная композиция кадра в сочетании с удачным освещением.
Если эти факторы соблюдены, остается еще кое-что.
Например, правильно выбранная для каждого конкретного случая глубина резкости и степень нерезкости второго плана. Это весьма гибкий параметр, т.к . с одной стороны, глубину резкости нежелательно делать чрезмерно большой, а с другой- размывать фон неоправданно сильно. И в том, и в другом случае многими отмечается потеря объемности фото, хотя ощущения в том и другом случае совершенно разные.
С этим, вроде, понятно. Какие же еще остаются средства, которые могут подчеркнуть или напротив, минимализировать ощущение «объемность» и естественности снимка?
Оптические свойства объективов. Пусть они и не настолько важны, но совершенно недооценивать их- большое упущение.
Многие подзабыли (а некоторые и не знали вовсе), что, например, большая и весьма заметная кривизна поля изображения была присуща практически всем портретным объективам позапрошлого столетия, а фотографы просто обязаны были мириться с ней и даже научились использовать как мощный изобразительный приём
Но сегодня я не об этом.
.. Одно из очевидных слагаемых понятия «рисунок объектива»- это характер размытия нерезкости.
То, каким образом объектив размывает точку избражения, во многом определяется характером хода кривой сферической аберрации (СФА) и ее остаточным уровнем.
Подавляющее большинство современных объективы «исправленные» а остаточный уровень СФА достаточно велик для того, что бы яркая точка размывалась не в однородно яркий диск- внутри него наблюдается разное, в зависимости от смещения плоскости фокусировки, распределение яркости.
То есть в зафокале мы видим вместо однородных дисков в той или иной степени «кольца», а предметы словно размазываются и двоятся, теряя узнаваемые очертания.
(При этом картина приобретает ещё дополнительные «изобразительные» средства, если оптическая система страдает и другими заметными аберрациями. Не стану останавливаться на данном явлении более подробно, да вы их и так все знаете… Гелиос 40 «закручивает», у 55-й Зуйки /1.2 от центра кадра разлетаются буквы «С», а у Волны-9 эти буквы «С» глядят в центр кадра.
.. список можно продолжить 🙂
К другой, гораздо менее распространенной группе объективов, размывающих фон принципиально иначе, можно условно отнести такие, кривая СФА которых уходит плавной дугой налево, или такое ее поведение характерно для бОльшей части кривой.
Уход в заднюю нерезкость у таких объективов плавный, а сами предметы не «размазываются», а словно бы растворяются в дымке, сберегая четкость контуров. Боке у них «мягкое и пушистое», в нем никогда ничего не рябит и не двоится.
(Весьма похожее размытие характерно для софт-объективов, любителем рисунка которых я являюсь. Однако, здесь следует участь, что «рабочая» диафрагма настоящих софт-объективов как правило весьма невелика, а ГРИП «продленная».). Например
А вот для современных анастигматов «светлая дырка» скорее правило, чем исключение, тем более что сильно прикрывать её нынче стало э… «немодно».
В этой связи меня одно время заинтересовал вопрос- найду ли я среди современных СВЕТОСИЛЬНЫХ анастигматов стекла, для которых было бы характерно размытие «второго рода», и понравится ли мне такое размытие на больших диафрагменных отверстиях и малой грипп в сочетании с СИЛЬНЫМ размытием заднего плана.
(Покажу на примере, что я имею ввиду- на снимке тестовый объект снят светосильными объективами с принципиально разным характером размытия).
Это было весьма заманчиво и актуально для портретной съемки- согласитесь, мало кому нравится когда на портретах волосы или детали одежды двоятся и превращаются в кашу…
К слову сказать, таких объективов весьма немного… навскидку: Yashica ML 50mm f/1.7, кропнутая Sigma 30mm f/1.4 EX DC HSM , Rodenstock Heligon 100/1.6, о котором я уже рассказывал здесь http://avtor-page.livejournal.com/5141.html , наша Волна-9 макро, и наконец Sigma AF 50 mm F/1.4 EX DG HSM.
Именно к ней я стал присматриваться в качестве походного портретника на кроп, проглядывая семплы в сети.
Несмотря на то, что эта Сигма мне определенно нравилась, обладая всеми атрибутами искомого в области размытия ближней зоны нерезкости, с характером размытия удаленного заднего плана что-то было не так, особенно в случае использования её «на всю катушку», то есть на 1.
4.
«Ватное» размытие субъективно казалось сильнее «привычного», несмотря на то, что степень нерезкости удаленных предметов была одинаковой. Казалось, что задний план размыт «в ноль» и на таком фоне объект словно диссонировал, казалось что он искусственно вклеен в фото, подобно тому, как это происходит порой с портретами с телевиков или съемкой на фоне «фотообоев».
В то же время как на аналогичных по степени размытия снимках с «обычным» и порой неспокойным размытием объект хотя и был отделен от фона, ощущения отчужденности и конфликта не возникало.
Все это приводило к тому, что при прочих равных условиях объектив с размытием такого характера словно бы упрощал ощущение пространства, разделяя планы…
Но ИМХО оно и есть ИМХО, поэтому мне и захотелось получить обратную связь в виде ваших мнений, которые бы подтвердили или опровергли мои ощущения- за что всем еще раз отдельное спасибо!!!
***
Об эксперименте. Оба моих снимка «специальные», — мне хотелось как можно сильнее минимизировать основные «объемообразующие» средства- композицию, перспективу, освещение, оптимальную диафрагму.
И, наоборот, преувеличить влияние «рисунка» объектива как изобразительного средства. Оба снимка «не настоящие», а противоположные акценты размытия синтезированы в Фотошопе настолько точно, насколько приблизительны мои о них представления 🙂
Ссылка | | Поделиться | Пожаловаться
Преломление и лучевая модель света
Мы уже узнали, что линза представляет собой тщательно отшлифованный или отформованный кусок прозрачного материала, который преломляет световые лучи таким образом, что формируется изображение. Линзы служат для преломления света на каждой границе. Когда луч света попадает в линзу, он преломляется; и когда тот же луч света выходит из линзы, он снова преломляется. Чистый эффект преломления света на этих двух границах состоит в том, что световой луч изменил направление. Из-за особой геометрической формы линзы световые лучи преломляются таким образом, что формируют изображения. Прежде чем мы приступим к теме формирования изображения, мы исследуем преломляющую способность собирающих и рассеивающих линз.
Сначала рассмотрим двояковыпуклую линзу. Предположим, что к линзе подходят несколько лучей света; и предположим, что эти лучи света движутся параллельно главной оси. Достигнув передней поверхности линзы, каждый луч света будет преломляться по нормали к поверхности. На этой границе световой луч переходит из воздуха в более плотную среду (обычно пластик или стекло). Поскольку световой луч проходит из среды, в которой он движется быстро (менее оптически плотной), в среду, в которой он движется относительно медленно (более оптически плотная), он будет отклоняться к нормальной линии. Это принцип преломления FST. Это показано для двух падающих лучей на диаграмме ниже. Как только световой луч преломляется через границу и входит в линзу, он движется по прямой линии, пока не достигнет задней поверхности линзы. На этой границе каждый луч света будет преломляться от нормали к поверхности. Поскольку луч света проходит из среды, в которой он движется медленно (более оптически плотной), в среду, в которой он движется быстро (менее оптически плотная), он будет отклоняться от нормальной линии; это принцип преломления SFA.
На приведенной выше диаграмме показано поведение двух падающих лучей, приближающихся параллельно главной оси. Обратите внимание, что два луча сходятся в одной точке; эта точка известна как фокус линзы. Первое обобщение, которое можно сделать для преломления света двойной выпуклой линзой, выглядит следующим образом:
Любой падающий луч, идущий параллельно главной оси собирающей линзы, будет преломляться через линзу и проходить через фокальную точку на противоположной стороне линзы. |
Теперь предположим, что лучи света проходят через фокус на пути к линзе. Эти лучи света будут преломляться, когда они входят в линзу, и преломляться, когда они выходят из линзы. Когда световые лучи входят в более плотный материал линзы, они преломляются по нормали; и когда они выходят в менее плотный воздух, они преломляются в сторону от нормали.
На приведенной выше диаграмме показано поведение двух падающих лучей, проходящих через фокальную точку на пути к линзе. Обратите внимание, что два луча преломляются параллельно главной оси. К первому обобщению можно добавить второе обобщение для преломления света двояковыпуклой линзой.
|
Приближение тонкой линзы
Эти два «правила» значительно упростят задачу определения местоположения изображения объектов, находящихся перед собирающими линзами.
Эта тема будет обсуждаться в следующей части Урока 5. А пока усвойте смысл правил и будьте готовы их использовать. Поскольку правила применяются при построении диаграмм лучей, не забывайте, что закон преломления света Снеллиуса выполняется для каждого из этих лучей. Так уж получилось, что геометрически, когда закон Снелла применяется к лучам, попадающим на линзу описанным выше образом, они будут преломляться в близком приближении к этим двум правилам. Тенденция падающих световых лучей следовать этим правилам увеличивается для тонких линз. Для таких тонких линз путь света через саму линзу очень мало влияет на общее изменение направления световых лучей. В данном устройстве мы будем использовать так называемое приближение тонкой линзы. Кроме того, для упрощения построения лучевых диаграмм мы будем избегать преломления каждого светового луча дважды — при входе в линзу и при выходе из нее. Вместо этого мы продолжим падающий луч до вертикальной оси линзы и преломим свет в этой точке. Для тонких линз это упрощение даст тот же результат, как если бы мы дважды преломляли свет.
Правила преломления для рассеивающих линз
Теперь исследуем преломление света двояковыпуклой линзой. Предположим, что к линзе подходят несколько лучей света; и предположим, что эти лучи света движутся параллельно главной оси. Достигнув передней поверхности линзы, каждый луч света будет преломляться по нормали к поверхности. На этой границе световой луч переходит из воздуха в более плотную среду (обычно пластик или стекло). Поскольку световой луч проходит из среды, в которой он распространяется относительно быстро (менее оптически плотной), в среду, в которой он распространяется относительно медленно (более оптически плотная), он будет отклоняться к нормальной линии. Это принцип преломления FST. Это показано для двух падающих лучей на диаграмме ниже. Как только световой луч преломляется через границу и входит в линзу, он движется по прямой линии, пока не достигнет задней поверхности линзы. На этой границе каждый луч света будет преломляться от нормали к поверхности.
На приведенной выше диаграмме показано поведение двух падающих лучей, приближающихся параллельно главной оси двояковыпуклой линзы. Как и в случае с двойной выпуклой линзой выше, свет отклоняется к нормали при входе и от нормали при выходе из линзы. Тем не менее, из-за другой формы двояковыпуклой линзы эти падающие лучи не сходятся в точку при преломлении через линзу. Скорее, эти падающие лучи расходятся при преломлении через линзу. По этой причине двойная вогнутая линза никогда не может дать реального изображения. Двойные вогнутые линзы создают виртуальные изображения. Это будет обсуждаться более подробно в следующей части Урока 5.
Теперь можно сделать первое обобщение для преломления света двойной вогнутой линзой:
Любой падающий луч, идущий параллельно главной оси рассеивающей линзы, будет преломляться через линзу и проходить вдоль фокальной точки (т. е. в таком направлении, что его продолжение будет проходить через фокальную точку). |
Теперь предположим, что лучи света движутся к фокусу на пути к линзе.
Из-за отрицательного фокусного расстояния для двояковыпуклых линз лучи света будут направляться к фокусу на противоположной стороне линзы. Эти лучи на самом деле достигнут линзы до того, как достигнут точки фокуса. Эти лучи света будут преломляться, когда они входят в линзу, и преломляться, когда они выходят из линзы. Когда световые лучи входят в более плотный материал линзы, они преломляются по нормали; и когда они выходят в менее плотный воздух, они преломляются в сторону от нормали. Эти специфические лучи будут выходить из линзы, двигаясь параллельно главной оси.
На приведенной выше диаграмме показано поведение двух падающих лучей, движущихся к фокальной точке на пути к линзе. Обратите внимание, что два луча преломляются параллельно главной оси. К первому обобщению можно добавить второе обобщение для преломления света двояковыпуклой линзой.
|
е. в таком направлении, что его продолжение будет проходить через фокальную точку).Третье правило преломления для линз
Вышеприведенное обсуждение сосредоточено на том, каким образом собирающие и рассеивающие линзы преломляют падающие лучи, которые проходят параллельно главной оси или проходят через (или к) фокальную точку. Но это не единственные два возможных падающих луча. Существует множество падающих лучей, которые попадают на линзу и преломляются различными способами. Тем не менее, есть три конкретных луча, которые ведут себя очень предсказуемо. Третий луч, который мы будем исследовать, — это луч, проходящий точно через центр линзы — через точку, где пересекаются главная ось и вертикальная ось. Этот луч будет преломляться при входе и преломляться при выходе из линзы, но чистый эффект этого двойного преломления заключается в том, что путь светового луча не изменяется.
Теперь у нас есть три падающих луча, преломление которых легко предсказать. Эти три луча приводят к нашим трем правилам преломления для собирающих и рассеивающих линз. Эти три правила приведены ниже.
|
|
Эти три правила преломления для собирающих и рассеивающих линз будут применяться до конца этого урока. Правила просто описывают поведение трех конкретных падающих лучей. В то время как линза улавливает и преломляет множество световых лучей, для определения местоположения изображения необходимы только два луча.
Итак, пока мы продолжаем этот урок, выберите два ваших любимых правила (обычно те, которые легче всего запомнить) и примените их к построению диаграмм лучей и определению местоположения и характеристик изображения.
Зачем просто читать об этом и когда вы могли бы взаимодействовать с ним? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного стенда Optics Bench. Вы можете найти это в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная скамья Optics Bench предоставляет учащимся интерактивную среду для изучения формирования изображений линзами и зеркалами. Это как полный набор оптических инструментов на вашем экране.
Посетите: Optics Bench Interactive
Следующий раздел:
Перейти к следующему уроку:
jpg»>
|
Знакомство с объективами
Термин линза применяется к куску стекла или прозрачного пластика, обычно круглой формы, который имеет две поверхности, отшлифованные и отполированные особым образом, предназначенные для схождения или расхождения света.
Двумя наиболее распространенными типами линз являются вогнутые линзы и выпуклые линзы , которые показаны ниже на рисунке 1.
Обычная двояковыпуклая линза считается положительной линзой, потому что она заставляет световые лучи сходиться или концентрироваться, формируя реальное изображение. Реальные изображения можно проецировать на экран или просматривать без помощи дополнительных линз, но они кажутся перевернутыми или противоположными ориентации просматриваемого объекта. Эти линзы толще в центре, чем на периферии, и кажутся выпуклыми наружу полусферическим образом с постоянной кривизной радиуса. Двояковыпуклая линза, показанная на рис. 1(а), имеет фокальную точку в точке 9.0252 F с соответствующим фокусным расстоянием FL . Поскольку эта выпуклая линза симметрична с одинаковыми углами кривизны по обеим сторонам линзы, на другой стороне линзы имеется еще один фокус такой же длины, как FL , хотя он и не показан.
Вогнутые линзы, с другой стороны, считаются отрицательными линзами , потому что световые волны, проходящие через них , расходятся или рассеиваются от фокальной точки или центральной линии. Это расхождение возникает из-за того, что линза тоньше в центре и толще на периферии, в результате чего свет, попадающий в линзу, преломляется от ее центра. Двояковогнутая линза, показанная на рисунке 1(b), работает аналогично вогнутым зеркалам, в которых световые волны преломляются, как если бы они исходили из точки позади линзы. Эти волны сходятся в отрицательной фокусной точке, обозначенной цифрой 9.0252 F на рисунке 2(b). Поскольку свет фактически не сходится в этой точке, она называется точкой виртуального фокуса, а соответствующее изображение является виртуальным изображением . Виртуальные изображения кажутся прямыми или имеют ту же ориентацию, что и реальный объект, но их можно просматривать или проецировать только с помощью другого объектива.
| Интерактивное руководство по Java | |||||||||||
Как показано на рис.
1, линза работает путем преломления входящих световых волн в точках, где они входят и выходят из линзы. Однако угол этого преломления и, следовательно, фокусное расстояние линзы зависят от материала, из которого она состоит. Материалы с высоким показателем преломления имеют меньшее фокусное расстояние, чем материалы с более низким показателем преломления (9).0252 РИ ). Например, линзы из синтетических полимеров, таких как Lucite (RI = 1,47), имеют более низкий показатель преломления, чем стеклянные (RI = 1,51), в результате чего их фокусное расстояние несколько больше. К счастью, показатели преломления люцита и стекла настолько близки, что люцит можно использовать вместо стекла во многих линзах, таких как популярный одноразовый фотоаппарат. Другой пример: линза из чистого алмаза (RI = 2,42) будет иметь фокусное расстояние значительно меньшее, чем у стекла или люцита, хотя стоимость разработки такой линзы будет непомерно высокой.
Линзы различных форм, размеров и материалов находят широкое применение.
Например, одиночные линзы, способные формировать реальные изображения, встречаются в инструментах, используемых для простого увеличения, таких как увеличительные стекла, очки, камеры с одним объективом, видоискатели и контактные линзы. Более сложные устройства, такие как составные микроскопы, телескопы и бинокли, используют комбинацию линз для увеличения увеличения и других желаемых оптических свойств. Тем не менее, эти инструменты обычно страдают ошибками объектива, которые искажают изображения с помощью различных механизмов, связанных с аберрации или дефекты, возникающие из-за сферической геометрии поверхностей линз. Существует несколько типов ошибок объектива, но общий эффект оптических аберраций в микроскопе заключается в появлении дефектов в мельчайших чертах и деталях наблюдаемого изображения. Таким образом, аберрация является одним из многих факторов, которые следует учитывать при выборе типа объектива.
Большинство линз классифицируются в соответствии с их двумя основными поверхностями и кривизной, поскольку тип преломления, возникающий при прохождении света через линзу, зависит от геометрии этой линзы.
Основные группы линз обычно делятся на две подкатегории: собирающие линзы и рассеивающие линзы. Каждая категория содержит несколько различных типов объективов, которые рассматриваются отдельно ниже.
Двояковыпуклая линза . Простейшей увеличительной линзой является двояковыпуклая (иногда называемая двояковыпуклой) собирающая линза, которая собирает световые лучи в фокусе, как показано на рис. 1(а). Фокусное расстояние двояковыпуклой линзы, также представленной на рис. 2(а), зависит от угла кривизны ее граней. Более высокие углы кривизны приводят к более коротким фокусным расстояниям из-за того, что световые волны преломляются под большим углом по отношению к центральной линии линзы. Симметричный характер двояковыпуклых линз сводит к минимуму сферическую аберрацию в приложениях, где изображение и объект находятся на симметричных расстояниях. Эти линзы обычно используются для фокусировки и увеличения изображения.
Двояковыпуклая линза — Вогнутые линзы, подобные показанной на рис.
2(d), в основном используются для рассеивания света и уменьшения изображения, а также для увеличения фокусных расстояний системы и коллимации сходящихся световых лучей. Двояковогнутая (иногда называемая двояковыпуклой) линза преломляет параллельные входные лучи так, что они расходятся от оптической оси на выходной стороне линзы, но образуют отрицательный фокус перед линзой, как показано на рисунке. 1(б). Хотя выходные лучи на самом деле не пересекаются, образуя фокальную точку, кажется, что они расходятся от виртуального изображения, расположенного на стороне объекта линзы. Двояковогнутые линзы часто соединяют с другими линзами, чтобы уменьшить фокусное расстояние оптических систем.
Плоско-выпуклая линза . На Рисунке 2(b) и Рисунке 3 показаны типичные плосковыпуклые линзы, которые имеют одну положительную полусферическую сторону и одну плоскую сторону. Плоско-выпуклые линзы являются сходящимися, фокусируя параллельные лучи света в положительную фокальную точку, как показано на рисунке 3.
Таким образом, эти линзы формируют реальные изображения, которые можно проецировать или манипулировать с помощью пространственных фильтров. Асимметрия плосковыпуклых линз сводит к минимуму сферическую аберрацию в приложениях, где объект и изображение находятся на неравных расстояниях от линзы. Когда изогнутая поверхность объектива ориентирована на объект, достигается максимально четкая фокусировка. Плосковыпуклые линзы полезны для коллимации расходящихся лучей света и для фокусировки оптической системы.
Вогнуто-выпуклая линза . Третий тип собирающей линзы — это вогнуто-выпуклая линза, которая изображена на рис. 2(c) и рис. 4. Более известная как положительная (собирающая) менисковая линза, эта линза также имеет асимметричное строение. Одна его грань имеет выпуклую полусферическую форму, а другая слегка вогнутая. Менисковые линзы чаще всего используются в сочетании с другой линзой для создания оптической системы с более длинным или более коротким фокусным расстоянием, чем у оригинальной линзы. Например, положительную менисковую линзу можно поместить после плосковыпуклой линзы, чтобы сократить ее фокусное расстояние без ухудшения характеристик оптической системы. Линзы с положительным мениском имеют больший радиус кривизны на вогнутой стороне линзы, чем на выпуклой, что позволяет формировать реальное изображение.
Плоско-вогнутая линза — Плоско-вогнутая линза, показанная на рис. 2(e) и рис. 5, представляет собой рассеивающую линзу с отрицательным фокусом, создающую мнимое изображение. Когда коллимированный световой пучок падает на криволинейную поверхность плосковогнутой линзы, выходная сторона образует расходящийся пучок. Этот луч появляется из меньшего виртуального точечного источника, чем если бы плоская поверхность была обращена к коллимированному лучу. Плоско-вогнутые линзы используются для расширения световых лучей или увеличения фокусного расстояния в существующих оптических системах.
Выпукло-вогнутая линза . Эту линзу обычно называют отрицательной (расходящейся) менисковой линзой, поскольку ее вогнутая поверхность имеет меньший радиус кривизны, чем выпуклая поверхность, как показано на рис. 2(f) и рис. 6. , Этот тип объектива можно использовать для уменьшения или устранения сферической аберрации в оптических системах, с которыми связан объектив, и его можно комбинировать с другими объективами для повышения разрешающей способности.
Соавторы
Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.
Shannon H. Neaves и Michael W. Davidson – Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 East Paul Dirac Dr., Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.
НАЗАД К СВЕТУ И ЦВЕТУ
Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1998-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды.