Фотоаппарат

В фотоаппарате используется действительное, обратное, уменьшенное изображение, даваемое собирающей линзой (объективом). При этом предмет должен быть помещен перед линзой за ее двойным фокусным расстоянием (рис. 6.19).

Освещенность фотопленки пропорциональна квадрату диаметра d объектива и обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния F, т. е. величине, равной d 2 /F 2 , которую называют светосилой объектива. Корень квадратный из светосилы называют относительным отверстием и указывают на объективе в виде надписи 1: F/d.

Рис. 6.19

Проекционный аппарат

Проекционный аппарат предназначен для получения на экране действительного увеличенного изображения светящегося или освещенного объекта. Ход лучей в аппарате показан на. рис. 6.15, г. Для большего увеличения применяют короткофокусный объектив или удаляют экран от аппарата.

Линейное увеличение проекционного аппарата:

где/- расстояние от объектива до экрана (изображение); F - фокусное расстояние объектива.

Телескоп

Труба Кеплера состоит из длиннофокусного объектива и короткофокусного окуляра (который действует как лупа) и предназначена для наблюдения удаленных предметов. Второй главный фокус Роб объектива совпадает с первым главным фокусом окуляра (рис. 6.20). В глаз попадает пучок параллельных лучей под углом зрения (р 0 , где ф 0 - угол зрения, под которым предмет виден невооруженным глазом.

Угловое увеличение трубы Кеплера:

где F o6 и F OK - фокусные расстояния объектива и окуляра; D и D" - диаметры объектива и выходного зрачка системы.

Линейное увеличение:

Так как D" то зрительная труба дает уменьшение линейных размеров рассматриваемых объектов.

В зрительной трубе Галилея окуляром служит рассеивающая линза, причем вторые главные фокусы объектива F o6 и F 0K совпадают.

Диаскоп

Часто при чтении лекций или проведении научных семинаров возникает необходимость показать на экране большому числу слушателей какое-либо изображение, сделанное на прозрачной пленке – диапозитиве. Для этой цели используется специальный прибор – диаскоп . В него вставляют диапозитив, и на экране появляется его сильно увеличенное изображение.

Возникает вопрос: как же "работает" диаскоп?

Рис. 9.1

Главный секрет диаскопа – это собирающая линза. В самом деле, если на очень малом расстоянии от главного переднего фокуса собирающей линзы поместить небольшой предмет, то собирающая линза даст сильно увеличенное изображение этого предмета (рис. 9.1).

Изображение это действительное и перевернутое. Если в том месте, где получилось изображение, поставить непрозрачный экран (желательно белый), то мы увидим на нем четкое изображение предмета.

Читатель: Но нам же не нужно перевернутое изображение! Нам нужно нормальное изображение.

Эту проблему легко решить. Достаточно вставить диапозитив в диаскоп "вверх ногами". Тогда изображение как раз получится нормальным. А для того чтобы изображение всегда получалось четким, диапозитив можно перемещать вдоль главной оптической оси линзы, подбирая расстояние между линзой и диапозитивом так, чтобы изображение получалось точно в том месте, где находится экран. Это называется наводкой на резкость.

Теперь, когда основная идея устройства нами понята, рассмотрим схему реального диаскопа (рис. 9.2).

Диапозитив 1 помещается перед фокальной плоскостью собирающей линзы 5 , которая называется объективом. Источник света 2 освещает диапозитив с помощью системы линз, которая называется конденсором 3 . Конденсор нужен для того, чтобы вся поверхность диапозитива 1 была освещена равномерно. За источником света расположено вогнутое зеркало 4 , которое возвращает обратно свет, падающий от источника на заднюю стенку диаскопа. Изображение получается на экране 6 .

Увеличение диапозитива – это линейное увеличение в собирающей линзе:

Выразим d из (2): и подставим в (1), получим:

Ответ :

СТОП! Решите самостоятельно: А1, А2, В1, В2.

Фотоаппарат

Я думаю, нет нужды объяснять, что такое фотоаппарат. Но интересно было бы разобраться, как он устроен.

В фотоаппарате есть два основных секрета. Первый секрет – это светочувствительная фотопленка. Если на этой пленке на очень короткое время (доли секунды) удается получить четкое изображение фотографируемого предмета, то это изображение остается на ней навсегда. Дело здесь в химическом (весьма сложном) действии света на фотопленку. В детали химических процессов мы, понятное дело, сейчас вникать не будем.

Рис. 9.3

Второй секрет – это объектив. В простейшем случае объективом фотоаппарата служит обычная собирающая линза. С ее помощью и удается получать на фотопленке нужные изображения. Принцип действия фотоаппарата показан на рис. 9.3.

Предмет АВ , который мы хотим сфотографировать, обычно находится достаточно далеко от объектива, то есть на расстоянии, значительно превышающем фокусное расстояние объектива. В этом случае изображение получается действительным, перевернутым и сильно уменьшенным. И находится это изображение за задней фокальной плоскостью объектива на очень малом расстоянии от нее. Значит, если в том месте, где находится изображение А ¢В ¢, поместить фотопленку, то на ней получится четкое изображение предмета АВ .

Рис. 9.4

Теперь рассмотрим схему простейшего фотоаппарата (рис. 9.4). Фотоаппарат состоит из объектива 1 и ящика 2 со светонепроницаемыми стенками. Этот ящик называется камерой. Объектив помещается в передней стенке камеры, а у задней стенки помещают светочувствительную фотопластинку 3 . Для получения четкого изображения объектив можно перемещать относительно задней стенки камеры (наводка на резкость).

Промежуток времени, необходимый для освещения фотопластинки (экспозиция) зависит от чувствительности пластинки к свету и от условий освещенности фотографируемого предмета. При фотографировании в яркий солнечный день экспозиция в современных фотоаппаратах составляет сотые и даже тысячные доли секунды. Но если вы захотите тем же фотоаппаратом сфотографировать ночное небо, потребуется экспозиция минут тридцать.

Рис. 9.5

Современные фотоаппараты принципиально устроены точно так же, разница лишь в деталях: например, вместо фотопластинки обычно используется фотопленка, да и размеры у современных фотоаппаратов как правило небольшие (рис. 9.5).

СТОП! Решите самостоятельно: А3, А4, В3, В4.

Задача 9.2. При съемке автомобиля длины l = 4,0 м пленка располагалась от объектива на расстоянии f = 6,0 см. С какого расстояния d снимали автомобиль, если длина его негативного изображения l = 32 мм?

СТОП! Решите самостоятельно: А5, В4.

Задача 9.3. Определить оптическую силу объектива фотоаппарата, которым фотографируют местность с самолета на высоте 5 км в масштабе 1: 20 000. В каком масштабе получится снимок, если этим фотоаппаратом сделать съемку поверхности Земли с искусственного спутника, находящегося на высоте 250 км? (Все значения считать точными.)

То есть масштаб и линейное увеличение – это одна и та же величина. В данном случае высота h – это расстояние от предмета до линзы. Пусть f – расстояние от линзы до изображения (от объектива до фотопленки), а F – фокусное расстояние объектива линзы. Тогда по формуле линзы получим

Теперь учтем, что в условии задачи h >> f , поэтому и слагаемым в формуле (1) можно пренебречь. Тогда f = F , т.е. изображение получается в фокальной плоскости линзы.

Линейное увеличение k , как известно, равно . А поскольку линейное увеличение в данном случае равно масштабу, получим формулу

Применим эту формулу к нашей задаче. В первом случае

во втором случае

Разделив уравнение (3) на уравнение (2), получим

.

Ответ :

СТОП! Решите самостоятельно: А6, А7.

Задача 9.4. С помощью фотоаппарата, имеющего размеры кадра 24´36 мм 2 и фокусное расстояние объектива F = 50 мм, проводится фотографирование стоящего человека, рост которого h = 1,8 м. На каком минимальном расстоянии d от человека нужно установить аппарат, чтобы сфотографировать человека во весь рост?

а формула линзы имеет вид

оптический проекционный аппарат фотографический

ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ АППАРАТ - оптико-механический прибор для создания оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое фотоматериала (фото - или киноплёнке, фотопластинке и др.). Содержит светонепроницаемую камеру, съёмочный объектив, видоискатель, фотографический затвор, механизм для протяжки фотоплёнки, фотокассету. Помимо этого, фотоаппараты часто оснащают дополнительными устройствами и приспособлениями, которые позволяют упростить процесс съёмки, облегчают выбор диафрагмы и выдержки, создают дополнительное освещение объекта съёмки (напр., автофокусировка объектива, экспонометрическое устройство, электронный импульсный осветитель, электропривод для протягивания фотоплёнки и взвода затвора). Фотоаппарат, в котором все операции, связанные с его подготовкой к съёмке, с самой съёмкой, а иногда и с получением готовых снимков, выполняются без участия фотографа (который только нажимает спусковую кнопку), называется автоматическим фотоаппаратом. Работает такой фотоаппарат по программе, заложенной в его конструкции (простейшие модели, предназначенные для фотолюбителей), либо содержащейся в памяти управляющего встроенного в аппарат микропроцессора (полные автоматы для профессиональных фотографов).

Схема фотоаппарата: 1 - элемент питания; 2 - объектив; 3 - фотоплёнка; 4 - система линз объектива; 5 - зеркало видоискателя; 6 - пентапризма зеркального видоискателя

Принцип действия фотографического аппарата

При фотографировании световое изображение фотографируемого предмета проецируется объективом на светочувствительный слой фотоплёнки, в котором образуется скрытое изображение этого предмета. Чтобы сделать его видимым, плёнку из аппарата вынимают и проявляют, получается негативное или позитивное изображение. Чтобы изображение было чётким, резким, объектив фокусируют или наводят на резкость. Фокусируют объектив либо по шкале расстояний (от фотоаппарата до главного объекта съёмки), либо с помощью дальномера, либо по изображению, видимому в зеркальном видеоискателе. В соответствии со способом фокусировки различают фотоаппараты шкальные, дальномерные и зеркальные. Отдельную группу составляют фотоаппараты, объективы которых сфокусированы постоянно на бесконечность; они дают резкое изображение, начиная с 1.5-2 м до объекта съёмки. Большинство современных фотоаппаратов отечественного и зарубежного производства оснащены системой автофокусировки, которая в момент нажатия спусковой кнопки затвора автоматически устанавливает объектив в положение, обеспечивающее резкое изображение снимаемых предметов. Однако наилучшее качество фотоснимка достигается при фокусировке объектива по изображению в зеркальном видоискателе. Дело в том, что изображение, наблюдаемое в таком видоискателе, в точности повторяет изображение, которое объектив во время съёмки нарисует на фотоплёнке. Получается, что фотограф как бы видит будущий снимок и потому заранее может внести нужные изменения: приблизиться к объекту или отойти от него, изменить угол съёмки (ракурс), сфокусировать объектив на сюжетно важном элементе, оставив остальную часть кадра слегка размытой, подобрать наиболее эффектное распределение света и теней и т. д. Вот почему практически все профессиональные фотографы и фотохудожники предпочитают пользоваться зеркальными фотоаппаратами.

Содержание. 1.Телескоп 1.Телескоп 2.Строение телескопа 2.Строение телескопа 3.Разновидности телескопов 3.Разновидности телескопов 4.Рефлекторы 4.Рефлекторы 5.Использование телескопов 5.Использование телескопов 6.Микроскоп 6.Микроскоп 7.Создание микроскопа 7.Создание микроскопа 8.Использование микроскопа 8.Использование микроскопа

Телескоп. Телескоп- астрономические оптические приборы для наблюдения небесных тел- планет, звезд, туманностей, галактик. Первые телескопические наблюдения сделал итальянский ученый Г. Галилей, когда в 1609 г. впервые применил для обозрения неба зрительную трубу. Лучший из телескопов Галилея давал увеличение в 32 раза, и этого было достаточно, чтобы увидеть горы и кратеры на Луне, открыть спутники Юпитера, разглядеть множество звезд, не видимых невооруженным глазом. Телескоп- астрономические оптические приборы для наблюдения небесных тел- планет, звезд, туманностей, галактик. Первые телескопические наблюдения сделал итальянский ученый Г. Галилей, когда в 1609 г. впервые применил для обозрения неба зрительную трубу. Лучший из телескопов Галилея давал увеличение в 32 раза, и этого было достаточно, чтобы увидеть горы и кратеры на Луне, открыть спутники Юпитера, разглядеть множество звезд, не видимых невооруженным глазом.

Строение телескопа. Конструктивно телескоп представляет собой трубу(сплошную, каркасную или ферменную), установленную на монтировке, снабженной осями для наведения телескопа на объект и слежения за ним. Принципиальная схема простейшего телескопа такова. На переднем конце зрительной трубы укреплена двояковыпуклая линза- объектив. Свет проходит через объектив и собирается в фокусе, где и получается изображение небесного тела. С помощью окуляра изображение можно рассматривать в увеличенном виде. Конструктивно телескоп представляет собой трубу(сплошную, каркасную или ферменную), установленную на монтировке, снабженной осями для наведения телескопа на объект и слежения за ним. Принципиальная схема простейшего телескопа такова. На переднем конце зрительной трубы укреплена двояковыпуклая линза- объектив. Свет проходит через объектив и собирается в фокусе, где и получается изображение небесного тела. С помощью окуляра изображение можно рассматривать в увеличенном виде.

Рефракторы. Рефракторы имеют линзовый объектив, который образует изображение наблюдаемых объектов посредством преломления лучей света. Они используются в основном для визуальных и фотографических наблюдений. Из- за трудностей изготовления крупных однородных блоков оптического стекла диаметр этих объективов не велик. Самый крупный рефрактор с диаметром объектива 0.65 м установлен на Пулковской обсерватории. Рефракторы имеют линзовый объектив, который образует изображение наблюдаемых объектов посредством преломления лучей света. Они используются в основном для визуальных и фотографических наблюдений. Из- за трудностей изготовления крупных однородных блоков оптического стекла диаметр этих объективов не велик. Самый крупный рефрактор с диаметром объектива 0.65 м установлен на Пулковской обсерватории.

Рефлекторы. Рефлекторы- телескопы с зеркальным объективом, образующим изображение путем отражения света от зеркальной поверхности. В рефлекторах большое зеркало называют главным. Отраженные от него лучи небольшим плоским зеркалом или призмой полного внутреннего отражения направляются в окуляр, находящийся сбоку от трубы. В фокальной плоскости главного зеркала могут быть помещены фотопластинки для фотографирования небесных объектов. Рефлекторы используют в основном для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, реже- для визуальных наблюдений. Рефлекторы- телескопы с зеркальным объективом, образующим изображение путем отражения света от зеркальной поверхности. В рефлекторах большое зеркало называют главным. Отраженные от него лучи небольшим плоским зеркалом или призмой полного внутреннего отражения направляются в окуляр, находящийся сбоку от трубы. В фокальной плоскости главного зеркала могут быть помещены фотопластинки для фотографирования небесных объектов. Рефлекторы используют в основном для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований, реже- для визуальных наблюдений.

Использование телескопов. По роду использования телескопы подразделяют на астрофизические- для изучения звезд, планет, туманностей, солнечные, астрометрические; спутниковые фотокамеры- для наблюдения искусственных спутников Земли; метеорные патрули- для наблюдений метеоров; телескопы для наблюдений комет и др. По роду использования телескопы подразделяют на астрофизические- для изучения звезд, планет, туманностей, солнечные, астрометрические; спутниковые фотокамеры- для наблюдения искусственных спутников Земли; метеорные патрули- для наблюдений метеоров; телескопы для наблюдений комет и др.

Микроскоп. Микроскоп- оптический прибор, дающий сильно увеличенное изображение предметов, не видимых глазом. О назначении прибора говорит и его название, составленное из двух греческих слов: mikros- малый, маленький, skopeo- смотрю. Микроскоп- оптический прибор, дающий сильно увеличенное изображение предметов, не видимых глазом. О назначении прибора говорит и его название, составленное из двух греческих слов: mikros- малый, маленький, skopeo- смотрю.

Создание микроскопа. Имеются сведения, что около 1590 г. прибор типа микроскопа был создан в Нидерландах З. Янсеном. Более совершенный прибор, в котором можно найти черты современного микроскопа, сконструировал в 1665 г. известный английский физик Р. Гук. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы растительных и животных тканей, он открыл клеточное строение организмов. А в гг. в Нидерландах А. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил не известный ранее людям мир микроорганизмов. Имеются сведения, что около 1590 г. прибор типа микроскопа был создан в Нидерландах З. Янсеном. Более совершенный прибор, в котором можно найти черты современного микроскопа, сконструировал в 1665 г. известный английский физик Р. Гук. Рассматривая под микроскопом тонкие срезы растительных и животных тканей, он открыл клеточное строение организмов. А в гг. в Нидерландах А. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил не известный ранее людям мир микроорганизмов.

Использование микроскопа. При использовании исследуемый предмет (препарат, образец, биологический объект) помещают на предметном столике. Над столиком располагают устройство, в котором смонтированы линзы объектива тубус- трубка с окулярами. Наблюдаемый объект освещается с помощью системы, состоящей из лампы, наклонного зеркала и линзы. Объектив собирает лучи, рассеянные предметом, и образует увеличенное изображение предмета, которое можно рассматривать с помощью окуляра. Увеличение микроскопа зависит от фокусных расстояний объектива и окуляра. Оптический микроскоп может увеличивать в 2000 раз.

Электронный микроскоп. Первый электронный микроскоп был построен в начале х гг. В отличие от оптического в электронном микроскопе вместо лучей света используют быстрые электроны, а вместо стеклянных линз- электромагнитные катушки, или электронные линзы. Источник электронов для «освещения» объекта- электронная «пушка».

Строение электронного микроскопа. Электронный микроскоп состоит из: 1- анод; 2- катод; 3- фокусирующий электрод; 4- конденсорная линза; 5- объективная линза; 6- проекционная линза; 7- промежуточное изображение. Электронный микроскоп состоит из: 1- анод; 2- катод; 3- фокусирующий электрод; 4- конденсорная линза; 5- объективная линза; 6- проекционная линза; 7- промежуточное изображение.

Фотоаппарат. Фотоаппарат представляет собой замкнутую светонепроницаемую камеру. Изображение фотографируемых предметов создается на фотопленке системой линз, которая называется объективом. Специальный затвор позволяет открывать объектив на время экспозиции. Фотоаппарат представляет собой замкнутую светонепроницаемую камеру. Изображение фотографируемых предметов создается на фотопленке системой линз, которая называется объективом. Специальный затвор позволяет открывать объектив на время экспозиции. Особенностью работы фотоаппарата является то, что на плоской фотопленке должны получаться достаточно резкими изображения предметов, находящихся на разных расстояниях. Особенностью работы фотоаппарата является то, что на плоской фотопленке должны получаться достаточно резкими изображения предметов, находящихся на разных расстояниях.

История фотографирования. Фотографирование было изобретено в начале прошлого века. В 1840 г. была впервые сфотографирована Луна, в 1842 г. – Солнце. В современной жизни, науке и технике фотография очень широко используется. Усовершенствованы фотоаппараты и способы съемки, освоено цветное фотографирование. Получают снимки молекул и атомов, планет и звезд, производят съемки под одой и из космоса. До 1959 г. человечество не знало, какой вид имеет обратная, не видимая с Земли сторона Луны. Она была впервые сфотографирована при помощи советской автоматической межпланетной станции, стартовавшей 4 октября 1959 г. В сентябре 1968 г. из космоса была сфотографирована наша планета- Земля. Фотографирование осуществлялось с помощью автоматической станции «Зонд- 5». Фотографирование было изобретено в начале прошлого века. В 1840 г. была впервые сфотографирована Луна, в 1842 г. – Солнце. В современной жизни, науке и технике фотография очень широко используется. Усовершенствованы фотоаппараты и способы съемки, освоено цветное фотографирование. Получают снимки молекул и атомов, планет и звезд, производят съемки под одой и из космоса. До 1959 г. человечество не знало, какой вид имеет обратная, не видимая с Земли сторона Луны. Она была впервые сфотографирована при помощи советской автоматической межпланетной станции, стартовавшей 4 октября 1959 г. В сентябре 1968 г. из космоса была сфотографирована наша планета- Земля. Фотографирование осуществлялось с помощью автоматической станции «Зонд- 5».

Проекционный аппарат. Проекционный аппарат предназначен для получения крупномасштабных изображений. Объектив O проектора фокусирует изображение плоского предмета (диапозитив D) на удаленном экране Э. Система линз K, называемая конденсором, предназначена для того, чтобы сконцентрировать свет источника S на диапозитиве. На экране Э создается действительное увеличенное перевернутое изображение. Увеличение проекционного аппарата можно менять, приближая или удаляя экран Э с одновременным изменением расстояния между диапозитивом D и объективом O. Проекционный аппарат предназначен для получения крупномасштабных изображений. Объектив O проектора фокусирует изображение плоского предмета (диапозитив D) на удаленном экране Э. Система линз K, называемая конденсором, предназначена для того, чтобы сконцентрировать свет источника S на диапозитиве. На экране Э создается действительное увеличенное перевернутое изображение. Увеличение проекционного аппарата можно менять, приближая или удаляя экран Э с одновременным изменением расстояния между диапозитивом D и объективом O.

Проекционные приборы дают на экране действительное, увеличенное изображение картины или предмета. Такое изображение может рассматриваться со сравнительно большого расстояния и благодаря этому может быть видно одновременно большому числу людей. На рис.240 изображена схема проекционного аппарата, предназначенного для демонстрации прозрачных объектов , например рисунков и фотографических изображений на стекле (диапозитивы ), фотопленке (слайды ) и т.п. Такие аппараты называются диаскопами (диа – прозрачный). Освещение объекта 1 производится ярким источником света 2 с помощью системы линз 3, называемой конденсором (рис.36). За источником устанавливается вогнутое зеркало 4, в центре которого находится источник. Это зеркало, отражая обратно в систему свет, падающий на заднюю стенку осветителя, увеличивает освещенность объекта

Рис.36. Схема диаскопа.

Объект помещается вблизи фокальной плоскости объектива 5, который дает изображение на экране 6. Для резкой наводки объектив может плавно перемещаться. Проекционные системы очень часто употребляются для демонстрации рисунков, чертежей и т.п. во время лекций (проекционный фонарь).

Киноаппарат представляет собой проекционную систему того же типа с тем усложнением, что демонстрируемые картины (кадры) очень быстро сменяют одна другую (24 кадра в секунду).

Интересна история создания киноаппарата. В 1893 г. профессор Московского университета Н.Любимов высказал механику Новороссийского (Одесского) университета Иосифу Тимченко свои соображения о необходимости скачкообразной смены фотокадров в диаскопе. Вскоре И.Тимченко сконструировал скачковый механизм - грейфер , зубец которого, попадая в отверстие перфорации пленки осуществлял прерывистую смену кадров. Этот механизм сравнительно долгие остановки зубчатого колеса ритмично чередовал с мгновенными и короткими его проворотами, сменявшими кадры фотопленки. Фильм передвигается скачками – каждый раз на один кадр. В момент передвижения фильма световой пучок перекрывается подвижной заслонкой обтюратором . На основе этого механизма И.Тимченко вместе с другим русским изобретателем, одесситом М.Фрейденбергом создал киноаппарат для съемок и демонстрации «живой фотографии». Это было в конце 1893 г., по шутке судьбы – в те самые дни, когда в Одессе демонстрировался электротахископ – громоздкое сооружение немецкого инженера О.Аншютца, где в небольшом окошечке зритель видел фотографии фаз движения, причем при смене фотографий на миг гасла лампа, освещавшая их.

Уже 9 января 1894 г. на заседании секции физики IX съезда русских естествоиспытателей и врачей в Москве аппарат И.Тимченко с механизмом прерывистого передвижения ленты и с проекцией на экран был показан зрителям, На экране они увидели скачущих кавалеристов и метателей копья. Участники съезда русские ученые-физики А.С.Столетов, П.Н.Лебедев, Н.А.Умов дали высокую оценку изобретению. Через два дня был опубликован протокол заседания, который зафиксировал «акт публичной демонстрации профессором Н.Любимовым «снаряда для анализа стробоскопических явлений, устроенного в осуществление его мечты механиком Новороссийского университета г.Тимченко. Секция отнеслась весьма сочувственно к работам г.Тимченко, его остроумию и оригинальности, засвидетельствованными профессорами Умовым и Клоссовским, и по предложению председателя профессора Пильчикова и профессора Боргмана решила выразить г.Тимченко благодарность...». Первое официальное известие о созданном И.Тимченко «снаряде для анализа «стробоскопических явлений» было опубликовано 11 января 1894 г., однако из-за недальновидности царских чиновников И.А.Тимченко не получил патент на свое изобретение.

Поэтому история принимает за дату рождения кинематографа – 28 декабря 1895 года. Именно в этот день сыновья процветающего владельца фабрики фотопластинок Луи и Огюст Люмьер, арендовав в самом фешенебельном районе Парижа подвал «Гран кафе», дали первый в мире платный публичный киносеанс (а кинематограф в Одессе существовал уже больше года! Другое дело, что владельцы фирмы фототоваров «Люмьер», имевшие представителей во всех крупных странах, сразу же взялись за энергичное продвижение своего аппарата, а гениальный механик И.Тимченко, тративший свое жалование на оборудование и станки, вынужден был брать частные заказы).

Рис. 37. Схема простейшего киноаппарата.

Свет от лампы 1 через конденсор 2 освещает проецируемый кадр на фотопленке 4. Синхронно действующие обтюратор 6, лентопротяжный механизм 5 и грейфер 4 осуществляют скачкообразное продвижение пленки, кадры которой объективом 3 проецировались на экран (рис.37).

При проецировании фильма на экране получается сильно увеличенное изображение. Так, например, при проецировании кадра кинофильма размером 18 х 24 мм на экран с размерами 3,6 х 4,8 м линейное увеличение равно 200, а площадь изображения превышает площадь кадра в 40 000 раз. Для того чтобы освещенность объекта была достаточно равномерной, важную роль играет правильный подбор конденсора Попытки «концентрации» света на объекте при- водят обычно только к тому, что конденсор дает на нем сильно уменьшенное изображение источника, и если этот последний не очень велик, то объект будет освещен крайне неравномерно. Кроме того, при этом часть светового потока пойдет мимо проекционного объектива, т.е. не будет участвовать в образовании изображения на экране. Выбор конденсора дает возможность избежать этих недостатков.

Рис.38. Освещение объекта с помощью конденсора.

Конденсор 1 устанавливается таким образом, чтобы он давал изображение 6 небольшого источника 2 на самом объективе 3 (рис.38.) Размеры конденсора выбираются с таким расчетом, чтобы весь диапозитив (кадр) 4 был равномерно освещен. Лучи, проходящие через любую точку кадра, должны затем пройти через изображение 6 источника света; следовательно, они попадут в объектив и по выходе из него образуют на экране изображение этой точки кадра. Таким образом, объектив даст на экране изображение всего объекта, которое будет правильно передавать распределение светлых и темных областей на прозрачном объекте (кадре).

С развитием механики и оптики получили распространение широкоэкранное кино (соотношение сторон кадра 16:9), широкоформатное кино (съемка производится на кинопленку шириной 70 мм, что позволяет значительно увеличить качество и размеры изображения на экране), стереокино (съемка и демонстрация производится двумя камерами, дающими изображение для рассматривания правым и левым глазом, что создает объемное впечатление, т.е стереоэффект ), панорамное кино (съемка и демонстрация производится синхронно действующими несколькими камерами, направленными на различные участки протяженного объекта, что позволяет создать на закругленном экране, изображение, рассматриваемое зрителем под широким углом поля зрения до 120 о -180 о. Созданы системы – циклорамы – создающие «круговое» изображение, охватываемое углом поля зрения 360 о.

Для демонстрации на экране непрозрачных предметов например чертежей и рисунков, выполненных на бумаге, их сильно освещают сбоку с помощью ламп и зеркал и проецируют с помощью светосильного объектива.

Рис.39. Проекционный аппарат для демонстрации непрозрачных объектов

Схема такого прибора, называемого эпископом или эпипроектором , изображена на рис.39. Источник 1 с помощью вогнутого зеркала 2 освещает объект 3, лучи от каждой точки S объекта поворачиваются плоским зеркалом 4 и направляются в объектив 5, который дает изображение на экране 6.

Часто применяют приборы, имеющие двойную систему для проецирования как прозрачных, так и непрозрачных предметов. Такие приборы называются эпидиаскопами .

15.Фотографический аппарат .

Фотоаппарат состоит из объектива 1 и корпуса 2 со светонепроницаемыми стенками, называемого камерой (рис.40). За объективом зеркальной камеры располагается откидное зеркало 4, при поднятом зеркале лучи, прошедшие сквозь объектив попадают на чувствительный к свету фотоприемник 3, при опущенном зеркале 4 изображение создается на матовом стекле 5 видоискателя. Это изображение рассматривается фотографом через увеличивающий окуляр видоискателя 6 при помощи оборачивающей призмы (пентапризмы ) 7 (см.рис.7).

Рис.40.Схема зеркального фотоаппарата.

В «классических» фотоаппаратах фотоприемником 3 является фотопленка. Под действием света в светочувствительном слое фотопленки образуется невидимое глазом скрытое изображение. Для выявления этого изображения экспонированная (освещенная) фотопленка подвергается специальной обработке.

В «цифровых» аппаратах приемником света 3 является мозаичная матрица, в ячейках которой под действием падающего света происходить накапливание электрического заряда. Количество мозаичных ячеек определяет качество получаемого изображения. В настоящее время существуют портативные цифровые аппараты с матрицами, позволяющими получить изображение, насчитывающее до 15-20 млн. пикселей.

Для того чтобы получить отчетливое изображение фотографируемого предмета на пленке наводка на резкость осуществлялась путем передвижения объектива в его тубусе, а качество «наводки на резкость» фотограф контролировал по изображению получаемому на матовом стекле видоискателя. В современных аппаратах наводка на резкость осуществляется автоматически передвижением линзы (группы линз) относительно друг друга в сложных многолинзовых объективах, а качество наводки контролируется специальными сенсорами по контрастности получаемого на фотоприемнике изображения. Такие фотоаппараты называются автофокусными .

Наиболее ответственной частью фотоаппарата является фотообъектив; им в основном определяется качество снимка и возможность снять в данных условиях тот или иной объект. Фотообъективы, сочетающие большую светосилу и большой угол зрения с высоким качеством изображен состоят обычно из нескольких линз и представляют довольно сложную конструкцию. На оправе объектива обычно гравируются характеризующие его величины, а именно, фокусное расстояние и знаменатель дроби относительного отверстия. Обычно применяемые фотообъективы имеют относительное отверстие от 1:5,6 до 1:2,8 при поле зрения 50 о –60 о, существуют и более светосильные объективы.

Существуют различные объективы, предназначенные для различных целей: макрообъективы (съемка малых объектов с расстояний порядка нескольких сантиметров); широкоугольные (поле зрения до 110 о -120 о), сверхширокоугольные («рыбий глаз » – fish eye ), обеспечивающие поле зрения 180 о и более; телеобъективы (с фокусным расстоянием до 2 м для фотосъемки удаленных предметов) и прочие.

Для того чтобы регулировать световой поток, поступающий в фотоаппарат, объектив снабжается диафрагмой, диаметр которой можно изменять и таким образом менять относительное отверстие. Необходимо заметить, что реальная светосила объективов значительно меньше той, которая получается из чисто геометрических построений. Дело в том, что не весь световой поток, падающий на систему, ходит через нее; часть света отражается, часть поглощается в системе. Доля поглощенного света обычно невелика, но отражения на поверхностях линз играют большую роль. Как мы знаем, при нормальном падении от границы стекло – воздух или воздух – стекло отражается около 4–5%% падающего света; при наклонном падении доля отраженного света несколько возрастает. Таким образом, в объективе, имеющем три-четыре линзы, т.е. шесть-восемь отражающих поверхностей, потери света достигают 30 – 40%%.

Отражение света от поверхностей линзы не только уменьшает светосилу прибора, но и приводит еще к одному неприятному явлению: отраженный свет создает световой фон, из-за которого скрадывается различие между темными и светлыми местами, т.е. понижается контраст изображения. Для уменьшения потерь на отражение разработан прием, называемый просветлением оптики . Этот прием состоит в том, что на поверхность линзы наносится тонкая прозрачная пленка из подходящего материала. Благодаря явлению интерференции доля отраженного света при правильном подборе пленки (ее толщины и показателя преломления) может 6ыть сильно уменьшена. Обычно толщина слоя выбирается из расчета минимального отражения зеленого света. Тогда для более коротких и более длинных волн отражение больше, чем для зеленого света. Если на такую поверхность падает белый свет, то отраженный свет имеет сине-красный оттенок. Оптические системы с подобными поверхностями получили название «голубой оптики ». Такая просветленная оптика имеет значительно большую реальную светосилу и дает более контрастное изображение, чем такая же оптика без просветления. В современных оптических приборах удается в известных пределах сочетать большую светосилу с хорошим качеством изображения за счет использования многолинзовых оптических систем. Такие SMC-объективы (SMC – super multi coating - сверхмногослойное покрытие) получили название «янтарной оптики».

Промежуток времени, необходимый для освещения пленки (выдержка), зависит от чувствительности пленки и от условий освещения фотографируемого предмета. Для того чтобы можно было производить съемку с очень маленькой выдержкой (сотые и тысячные доли секунды), в пленочных камерах применяется затвор – быстро движущаяся металлическая шторка 8 (см.рис.40) с регулируемой шириной щели. В цифровых камерах роль затвора выполняет импульс тока, считывающий заряд, накопленный отдельными ячейками матрицы, поэтому цифровые камеры работают практически бесшумно – в них отсутствуют шумы от перемотки пленки, спуска затвора и пр.

Во время фотосъемки мимовольное дрожание руки может вызвать размытость изображения, особенно в теле режиме или при относительно больших выдержках (десятые доли секунды). Эта проблема решается при помощи технологии оптической стабилизации изображения (рис.41).

Рис.41.Схема объектива с оптической стабилизацией изображения.

Обнаружив вибрацию камеры, встроенный гироскопический датчик 1 передает сигнал микропроцессору 2 для расчета коррекции. На основе полученных данных линейный мотор смещает корректирующую линзу 3, так, чтобы входной световой луч из объектива направлялся точно на матрицу 4. Весь процесс – от определения вибрации до коррекции положения линзы – занимает десятые доли секунды. Таким образом, можно использовать резкое изображение быстродвижущихся предметов.

Спектроскоп

Особое место среди оптических приборов занимают спектральные аппараты, с помощью которых можно исследовать спектральный состав света. Чаще всего в спектральных аппаратах используется в качестве устройства для разложения света по длинам волн призма, выполненная из материала со значительной дисперсией.

Ход лучей через призменный спектральный аппарат показан на рис.42.

Рис.42. Призменный спектроскоп.

Освещаемая светом щель S помещается в фокальной плоскости линзы L 1 , поэтому на призму падает параллельный пучок света. Призма Р раскладывает свет на составные части. Параллельные пучки, выходящие из призмы имеют для разных длин волн различное направление. Угол между направлением лучей различных длин волн определяется материалом, из которого изготовлена призма, величиной преломляющего угла α и положением призмы в параллельном пучке света, падающего на нее. Затем эти параллельные пучки света после призмы собираются линзой L 2 (коллиматором) в фокальной плоскости Э в виде спектра. Если свет, падающий на щель S представляет собой набор нескольких монохроматических пучков, то спектр имеет вид отдельных изображений щели в разных длинах волн, т.е. имеет вид отдельных узких линий, разделенных темными промежутками. Если на щель падает белый свет, то все отдельные изображения щели сливаются в цветную полосу.

Получаемую картину можно наблюдать визуально с помощью окуляра, прибор тогда называют спектроскопом , а можно регистрировать с помощью фотопластинки или фотопленки, тогда спектральный прибор называют спектрографом . Если же в фокальной плоскости линзы L 2 , установить выходную щель, с помощью которой будет выделяться узкий участок спектра, то прибор будет называться монохроматором .

В современных спектральных приборах в фокальной плоскости коллиматора устанавливается светочувствительная матрица, аналогичная используемой в цифровых фотоаппаратах, при этом расположение ячеек матрицы соответствует определенным длинам волн. Считывая сигнал с такой ячейки можно сразу определить интенсивность данной спектральной линии. Такие приборы получили название микрофотоспектрометров (МФС).

Обрабатывая полученную МФС информацию на ЭВМ, можно быстро провести атомный спектральный анализ исследуемой пробы. Качественный спектральный анализ дает ответ на вопрос: содержится ли конкретный элемент в данной пробе . Количественный спектральный анализ дает ответ на вопрос: сколько данного элемента содержится в данной пробе .