Фейнмановские лекции по физике: Т.3 Излучение. Волны. Кванты
Фейнмановские лекции по физике: Т.3 Излучение. Волны. Кванты
ОглавлениеГлава 26 Оптика Принцип наименьшего времени§ 1. Свет § 2. Отражение и преломление § 3. Принцип наименьшего времени Ферма § 4. Применения принципа Ферма § 5. Более точная формулировка принципа Ферма § 6. Квантовый механизм Глава 27. Геометрическая оптика § 1. Введение § 2. Фокусное расстояние для сферической поверхности § 3. Фокусное расстояние линзы § 4. Увеличение § 5. Сложные линзы § 6. Аберрация § 7.  Разрешающая способностьГлава 28 Электромагнитное излучение § 1. Электромагнетизм § 2. Излучение § 3. Дипольный излучатель § 4. Интерференции Глава 29. Интерференция § 1. Электромагнитные волны § 2. Энергия излучения § 3. Синусоидальные волны § 4. Два дипольных излучателя § 5. Математическое описание интерференции Глава 30. Дифракция § 1. Результирующее поле n одинаковых осцилляторов § 2. Дифракционная решетка § 3. Разрешающая способность дифракционной решетки § 4. Параболическая антенна § 5. Окрашенные пленки; кристаллы § 6. Дифракция на непрозрачном экране § 7. Поле системы осцилляторов, расположенных на плоскости Глава 31. Как возникает показатель преломления § 2. Поле, излучаемое средой § 3. Дисперсия § 4. Поглощение § 5. Энергия световой волны § 6. Дифракция света на непрозрачном экране Глава 32. Радиационное затухание. Рассеяние света § 1. Радиационное сопротивление § 2.  Интенсивность излучения§ 3. Радиационное затухание § 4. Независимые источники § 5. Рассеяние света Глава 33. Поляризация § 1. Вектор электрического поля световой волны § 2. Поляризация рассеянного света § 3. Двойное лучепреломление § 4. Поляризаторы § 5. Оптическая активность § 6. Интенсивность отраженного света § 7. Аномальное преломление Глава 34. Релятивистские явления в излучении § 1. Движущиеся источники § 2. Определение «кажущегося» движения § 3. Синхротронное излучение § 4. Космическое синхротронное излучение § 5. Тормозное излучение § 6. Эффект Допплера § 7. Четырехвектор § 8. Аберрация § 9. Импульс световой волны Глава 35. Цветовое зрение § 1. Человеческий глаз § 2. Цвет зависит от интенсивности § 3. Измерение восприятия цвета § 4. Диаграмма цветности § 5. Механизм цветового зрения § 6. Физико-химические свойства цветового зрения Глава 36. Механизм зрения § 1.  Ощущение цвета§ 2. Физиология зрения § 3. Палочки § 4. Сложные глаза насекомых § 5. Другие типы глаз § 6. Нервные механизмы зрения Глава 37. Квантовое поведение § 1. Атомная механика § 2. Опыт с пулеметной стрельбой § 3. Опыт с волнами § 4. Опыт с электронами § 5. Интерференция электронных волн § 6. Как проследить за электроном? § 7. Начальные принципы квантовой механики § 8. Принцип неопределенности § 1. Волны амплитуды вероятности § 2. Измерение положения и импульса § 3. Дифракция на кристалле § 4. Размер атома § 5. Уровни энергии § 6. Немного философии |
Что такое фокусное расстояние линзы?
Главная » Оборудование » Фотооптика
Фотооптика
Термин фокусное расстояние линзы многим знаком с уроков физики в школе.
Под фокусным расстоянием линзы понимается расстояние от самой линзы до ее фокальной плоскости, измеренное в миллиметрах. Фокальная плоскость и плоскость линзы взаимно параллельны и фокальная плоскость проходит через фокус линзы.
Фокус – это точка, в которой сходятся все лучи, которые прошли сквозь линзу. В цифровой фотокамере в фокальной плоскости находится ПЗС – матрица. Таким образом, объектив фотоаппарата собирает световой поток и обеспечивает его фокусировку на светочувствительную матрицу. От фокусного расстояние напрямую зависит степень увеличения линзы. С ростом фокусного расстояния растет степень увеличения объектива, но сужается угол его обзора.
Рисунок 1. Фокус и фокальная плоскость для двояковыпуклой собирающей линзы.
В зависимости от фокусного расстояния линзы объективы делятся на широкоугольные и длиннофокусные. Широкоугольные объективы, их еще часто называют просто «широкоугольниками», как бы отдаляют снимаемый предмет от зрителя, уменьшая его, Название как раз пошло от того, что у них очень большой (широкий) угол обзора.
Длиннофокусные объективы позволяют увеличить (приблизить) снимаемый объект к зрителю, но у них угол охвата гораздо меньше.
Рисунок 2. Типы объективов по фокусному расстоянию и углу охвата.
От чего зависит фокусное расстояние линзы объектива
Фокусировка на объекте съемки зависит от размера ПЗС – матрицы. Для пленочных фотокамер этот размер совпадает с шириной кадра 35 мм. пленки. Однако в цифровых фотокамерах размеры матриц гораздо меньше и кроме того, существенно отличаются в зависимости от модели фотокамеры и ее производителя.
Поэтому решено было параметры фокусного расстояния линзы объектива цифровой фотокамеры приводить относительно стандартных 35 мм. Это позволило делать сравнения различных типов объективов по фокусному расстоянию линзы, не беря в расчет параметры матриц, а также определять следующее:
- Объектив с фокусным расстоянием линзы 50 мм имеет угол обзора, соответствующий углу обзора глаза человека и используется в основном для съемки средних планов.
- Фокусное расстояние линзы объектива 90 – 130 мм идеально для проведения портретных съемок. Такие объективы имеют небольшую глубину резкости, что позволяет делать красивые боке.
- Начиная от 200 мм идут телеобъективы. Они идеально подходят для съемок животных, птиц или спортивных состязаний с больших дистанций.
- Объективы с фокусным расстоянием линзы 28 – 35 мм подходят для съемки в помещениях, где нет достаточной свободы передвижения. Чаще всего устанавливаются в недорогих фотокамерах начального уровня.
- Объективы с фокусным расстоянием линзы менее 20 мм называются рыбий глаз. Основное применение – создание художественных снимков.
Объективы с переменным фокусным расстоянием и цифровой зум
В цифровых фотокамерах, как правило, устанавливаются объективы, имеющие изменяемое фокусное расстояние линзы. От того, какое установлено фокусное расстояние они могут быть и широкоугольниками и телевиками. Увеличение фокусного расстояния может быть реализовано за счет оптики или программно (цифровое).
Оптическое увеличение фокусного расстояния линзы достигается за счет оптики объектива, т. е. изменением фокусного расстояния. Этот прием не качества изображения. Современные объективы позволяют получить увеличение изображения в 12 раз. Максимальное увеличение можно легко определить по маркировке на объективе. Допустим, указан диапазон 5,4 – 16,2 мм. Тогда максимальное увеличение составит 16,2/5,4 = 3, т. е. трехкратное увеличение.
Рисунок 3. Телеобъектив Nikkor с фокусным расстоянием 80-400 мм.
Цифровое увеличение повышает кратность увеличения, но сильно ухудшает изображение, поэтому использовать его можно только в крайних случаях, когда качество изображения не так критично. Аналогичное увеличение можно сделать на компьютере при последующей обработке изображения.
Суть цифрового увеличения достаточно проста. Процессор фотокамеры или компьютера проводит расчет, какого цвета пикселей добавить в изображение и в каких местах при увеличении. Проблема потери качества изображения в том, что эти новые пиксели не были приняты матрицей, так как они отсутствовали в исходном изображении.
— Каково фактическое значение фокуса объектива?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 2 года, 6 месяцев назад
Просмотрено 11 тысяч раз
$\begingroup$
Я знаю, как найти фокусное расстояние, используя формулы линзы, и я знаю, где находится фокус на диаграмме.
Я прочитал несколько определений фокуса, таких как (Cbakken.net)
Вогнутая линза
Сходящиеся световые лучи, попадающие на вогнутую линзу, но направляющиеся к точке на другой стороне, могут быть изогнуты до тех пор, пока они не выйдут параллельно оси.
Точка, в которой это происходит, называется фокальной точкой.и
Фокус вогнутой линзы — это точка, из которой кажется, что световые лучи, параллельные оси, расходятся после прохождения через линзу. Расстояние от линзы до этой точки называется фокусным расстоянием линзы.
Выпуклая линза:
Фокус выпуклой линзы — это точка, в которой лучи света, параллельные оси, собираются в точку. Расстояние от линзы до этой точки называется фокусным расстоянием линзы. и
Расходящиеся световые лучи, падающие на выпуклую линзу, могут быть изогнуты до тех пор, пока они не выйдут параллельно оси. Точка, в которой это происходит, называется фокальной точкой.
Но что не щелкнуло, так это то, почему фокусное расстояние важно или полезно? Если бы у меня был объектив, какое мне дело до точки фокусировки? Это просто точка, где изображение (как в телескопе) фокусируется и становится резким?
Также для выпуклой линзы.
- оптика
- линзы
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Фокусное расстояние говорит нам, насколько будут преломляться световые лучи. Думайте о световых лучах как о бумажном конусе, точно таком же, как тот, который вы получаете, когда покупаете снежный конус. Устье конуса соответствует размеру линзы, а точка конуса является фокусом. Длина конуса – это фокусное расстояние. Теперь представьте себе конус, острие которого находится очень близко ко рту. Это будет очень крутой короткий конус. Лучи света входили под очень крутыми углами и после того, как пересекали фокальную точку, быстро рассеивались. На самом деле, они создали бы еще один конус, выходящий из фокуса, который соответствует конусу, входящему в фокус.
Лучи будут продолжать распространяться все шире и шире.
Теперь представьте себе очень длинный конус, скажем, три фута, новый снежный конус, обратите внимание, как эти лучи собираются в фокусе под гораздо меньшим углом, и после того, как они проходят фокусную точку, они образуют еще один длинный конус на выходе.
Ну вот, фокусное расстояние говорит нам, какова длина снежного конуса. Надеюсь, вас не обидели мои простые примеры и язык в этом ответе. Вот как я думаю о фокусном расстоянии. Проявив немного воображения, вы можете увидеть, как различные размеры конусов применимы для различных применений.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Фокусная точка — это место, где свет от параллельного пучка лучей фокусируется, это место находится на одном фокусном расстоянии от линзы. Это фокусное расстояние $f$ важно по сравнению с другими свойствами объектива.
Определяет местоположение изображения с помощью уравнения $$ \frac{n’}{z’} = \frac{z}{n} + \frac{1}{f}$$ где $z’$ — расстояние от линзы до изображения, $z$ — расстояние от линзы до плоскости объекта (обычно является отрицательной величиной, если объект находится слева от линзы), $f$ это фокусное расстояние линзы. Поэтому, если объект действительно далеко (больше нескольких фокусных расстояний), изображение будет там, где находится фокус. $$ z’ \приблизительно f $$ Подумайте об этом, потому что во многих случаях объект находится достаточно далеко, чтобы это приближение было верным. На самом деле мышцы ваших глазных яблок, отвечающие за фокусировку, наиболее расслаблены, когда вы смотрите на предметы, находящиеся далеко.
Местоположение изображения определяет высоту вашего изображения $h’$. Чем дальше ваше изображение от объектива, тем больше оно будет. Таким образом, комбинация $z$, $z’$ и $f$ напрямую определяет высоту вашего изображения.
Чтобы ответить на ваш последний вопрос: для малых и удаленных объектов лучи будут приблизительно коллимированы (относительно вашего глазного яблока), поэтому да, их будет трудно увидеть, потому что они крошечные по сравнению с палочками и колбочками ( пикселей вашей зрительной системы).
А вот объекты, которые не малы и не далеко, будут иметь не коллимативный пучок лучей, а значит и конечный размер изображения.
- Зная фокусное расстояние $f$ и диаметр линзы $d$, вы можете вычислить наименьшую разрешимую точку. Короче говоря, чем короче относительное фокусное расстояние и больше диаметр объектива, тем лучше детали объекта будут отображаться на вашем изображении. Это из известного критерия Рэлея $$ \Delta_x = \frac{0,61 \lambda}{ n \sin(\theta)}$$ Где $\Delta_x$ — это наименьшее расстояние, на котором изображение двух точек объекта будет иметь и все еще будет различимо, а $ \theta$ — половина угла, который диаметр линзы составляет с оптической осью, если смотреть с изображения, и пропорциональна отношению $ф/д$.
Есть много других причин, по которым важно фокусное расстояние. Короткий ответ: фокусное расстояние в сочетании с другими свойствами вашего объектива говорит вам все, что вам нужно знать о расстоянии до изображения, увеличении, количестве деталей, которые вы можете видеть (также известном как разрешение), и т.
д.
$\endgroup$
$\begingroup$
Посмотрите на изображение выше, где показаны три закона оптики:
- Луч, проходящий через оптический центр, остается нетронутым.
- Пучок, проходящий параллельно оптической оси, выходит через (проекционный) фокус.
- Луч, проходящий через фокус (объектива), выходит параллельно оптической оси.
Используя эти три закона, вы можете сконструировать, как будет проецироваться объект.
Легко видеть, что фокусное расстояние $f$ и положение объекта $S_1$ описывают:
- Увеличение $h_2/h_1$,
- Положение проекции $S_2$.
Размышляя о влиянии линз, используемых в биноклях, необходимо учитывать линзы для глаз. А здесь совсем непросто.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Чтобы ответить на этот вопрос, самому или группе учащихся необходимо понять, что такое фокусное расстояние и его значение.
Таким образом, это даст более четкое представление, если учащийся знает, как различать и как рисовать диаграммы каждой линзы, такой как вогнутая (рассеивающая линза) и выпуклая (собирающая линза).
Однако давайте определим фокусное расстояние. Фокусное расстояние — это расстояние от линзы (вертекса) до точки фокуса. Фокус — это точка, которая позволяет световым лучам проходить параллельно оси. Значение (важность) объектива иметь фокусное расстояние таково;
Определяет положение изображения после отражения или преломления объекта объективом.
Показывает увеличение формы изображения объекта, независимо от того, увеличено оно или уменьшено.
А также определяет высоту изображения. Это можно увидеть, когда объект был перемещен ближе или дальше от или к линзе. Иногда форма изображения отсутствует, когда объект находится в фокусе, а бывают случаи, когда изображение формируется за зеркалом, поскольку объект постоянно перемещается к линзе.
$\endgroup$
$\begingroup$
Здесь мы боремся с концептуальной проблемой. Нам не нужна математика для этого. Оригинальный плакат путает объект, на который он смотрит, со световыми лучами, отражающимися (или исходящими) от этого объекта. Я сам только что спустился в эту кроличью нору.
Наши глаза имеют линзы, а сетчатка служит фокальной плоскостью. Не отличается от камеры или телескопа или чего-то еще. Называть его фокальной «точкой» вводит в заблуждение, поскольку все наше поле зрения разрешается по всей поверхности нашей сетчатки, а не в одной дискретной точке. Фокусную «точку» следует рассматривать как фокальную «плоскость» на определенном расстоянии от линзы. Ни одной точки в космосе.
Если вы посмотрите на крошечную светящуюся точку, возможно, это индикатор кнопки питания на вашем компьютере или что-то в этом роде. Эта крошечная точка света излучает фотоны во всех направлениях одновременно.
Единственные фотоны из этой крошечной точки света, которые получает ваш глаз, — это те, которые достигают поверхности хрусталика вашего глаза. Но ВЕСЬ хрусталик вашего глаза получает фотоны от этой крошечной дискретной точки света. Если бы в вашем глазу вообще не было хрусталика, то эта единственная светящаяся точка превратилась бы в одеяло беловатой непрозрачности. («Размытие»)
Это хрусталик вашего глаза преломляет все световые лучи, исходящие от этой крошечной четкой световой точки, которая теперь покрывает всю поверхность хрусталика вашего глазного яблока, обратно в эту крошечную четкую световую точку, представляющую место, откуда исходит свет в зрачке. первое место. Он возвращается к той крошечной точке света прямо на поверхности вашей сетчатки, откуда информация может быть отправлена в ваш мозг. И эта единственная линза выполняет этот трюк для всего вашего поля зрения и превращает все ваше поле зрения в красивую четкую визуализацию по всей поверхности вашей сетчатки.
Свет рассеивается во всех направлениях.
Линза фокусирует рассеянные световые лучи обратно во что-то, визуально представляющее точку их происхождения.
Линии, которые вы видите на диаграммах, входящие в линзы, обычно не представляют объект, они представляют световые лучи, исходящие ОТ объекта. Две разные вещи.
Также для выпуклой линзы. Если бы мой глаз был в фокусе, изображение казалось бы крошечным? Так как все лучи света сходятся там?
Я думаю, что ошибка в этом направлении мышления должна быть очевидна сейчас. Все световые лучи, попадающие в оптическую систему, не сходятся в одной точке. Они фокусируются на самолете. Только световые лучи из одной крошечной точки происхождения (например, кнопки питания или звезды) собираются обратно в крошечную точку. Что касается того, что вы на самом деле увидите, важно помнить, что оптическая система вашего глаза становится продолжением механической оптической системы, через которую вы смотрите. Единственная фокальная плоскость, которая ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеет значение, — это задняя часть сетчатки.
Думаю, не для того, чтобы уйти от вопроса. Что бы вы увидели? Я не совсем уверен, если честно. Я подозреваю, что вы увидите хорошую четкую визуализацию того, на что смотрите. Очень похоже на то, как если бы вы смотрели на поверхность плоского экрана телевизора.
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Обязательно, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
Видео с вопросами: Определение фокусного расстояния объектива
Стенограмма видео
Что из следующего является
правильное определение фокусного расстояния объектива? а) Фокусное расстояние линзы равно
расстояние между центром линзы и одним из центров ее кривизны.
б) Фокусное расстояние линзы равно
расстояние между двумя его фокусами. в) Фокусное расстояние линзы равно
расстояние между центром линзы и одним из ее фокусов. г) Фокусное расстояние линзы равно
расстояние между двумя его центрами кривизны.
В этом вопросе нас просят выберите одно из четырех утверждений, которые правильно описывают фокусное расстояние объектив. Вспомним, что такое фокус длина указана с помощью схемы. Нарисуем тонкую выпуклую линзу. Когда мы думаем о линзах, есть несколько важных вещей, которые нужно помнить. Вид сбоку на выпуклую линзу должно выглядеть как перекрытие между двумя кругами. Центры этих окружностей называются центрами кривизны линзы, а соединяющая их прямая называется оптической осью.
Когда проходят параллельные лучи света
через выпуклую линзу линза меняет направление лучей так, что они
сходятся или сближаются.
Пройдя через объектив,
световые лучи встречаются в точке на оптической оси, называемой фокальной точкой. Поскольку свет может проходить через
линзы в любом направлении, линза фактически имеет две фокальные точки или фокусы, один на
каждая сторона.
Итак, какое фокусное расстояние затем? Фокусное расстояние – это расстояние от центра линзы, который мы отметили этой розовой пунктирной линией, до одного из фокусных точек. Это расстояние необходимо измерить вдоль оптической оси. Теперь, когда мы знаем, что такое фокус длина, мы можем выбрать правильный ответ из списка вариантов.
Мы можем исключить варианты (А) и (Г)
сразу, потому что они оба упоминают центры кривизны линзы. Хотя объектив имеет два
центры кривизны, ни один из них не используется для определения фокусного расстояния
объектив.