Объектив. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Объектив (от лат. objectus - предмет) - оптич. система (или её часть), обращённая к объекту наблюдения или съёмки и создающая реальное, повёрнутое на 180° относительно объекта изображение. В зависимости от типа используемых оптич. деталей О. разделяют на линзовые, зеркальные, зеркально-линзовые и киноформные. Наиб. распространение получили линзовые О., обладающие широкими возможностями для получения разнообразных характеристик, что достигается увеличением кол-ва линз. Преимуществом зеркальных О. является принципиальное отсутствие хроматических аберраций и, как следствие, возможность использования для работы в области спектра, ограниченной лишь отражающей способностью зеркальных покрытий. Принципиальный недостаток зеркальных и зеркально-линзовых О. - экранирование (затенение) центр. части входного зрачка, за счёт чего ухудшается качество изображения и возникают дополнит. потери света. В киноформных О. наряду с линзами и зеркалами или без них используются киноформы - синтезиров. фазовые голограммы, аналогичные по своим аберрац. свойствам в монохроматич. свете линзам с асферич. поверхностями. Хроматич. аберрации киноформов не зависят от свойств материала, из к-рого они выполнены, а определяются (аналогично дифракционным решёткам)пространственной частотой структуры и спектральным диапазоном. Необычные дисперсионные свойства киноформов позволяют в сочетании с линзами, выполненными из обычных марок, оптических стёкол, получать О. апохроматы ,обладающие лучшим качеством изображения и более простой конструкцией, чем аналогичные О., содержащие кристаллич. среды и особые марки оптич. стекла. Применение киноформных О., не содержащих обычных линз и зеркал, возможно лишь в сочетании с лазерами, обладающими высокой монохроматичностью.
Фотографический О. или аналогичные О. киносъёмочных и телевизионных камер, приборов ночного видения, тепловизоров создают преим. уменьшенные изображения удалённых объектов на слое светочувствит. материала или на фотоэлектрич. приёмнике - телевизионной трубке, матрице или линейке фотоприёмников, фотокатоде электронно-оптич. прибора. Масштаб изображения пропорционален f' - фокусному расстоянию О., а освещённость обратно пропорц. квадрату диафрагменного числа К (К = f'/D, где D - диам. входного зрачка). Величину 1/К наз. относительным отверстием, а её квадрат - светосилой. Предельное значение диафрагменного числа, при к-ром возможно исправление аберраций, составляет K = 0,5, реально достигнутые значения K0,6, подавляющее большинство фотогр. О. имеют 3 > К1,2. Фотогр. разрешающая способность N_ф фото- и кинообъективов зависит от коррекции аберраций, а также от разрешающей способности N_cсветочувствит. слоя и может быть вычислена по приближённой ф-ле 1/N_ф1/N₀+ 1/N_c, где N₀ - визуальная разрешающая способность О. Для совр. фотообъективов N_ф достигает 50 мм^-1 в центре поля и 30 мм^-1 для края при съёмке на фотоплёнке КН-1 (кинонегатив). Часть пространства или плоскости, точки к-рой изображаются О. с требуемым качеством, характеризуются угловым полем - плоским углом

соответствующим телесному углу, соосному с оптич. осью и вершиной в центре входного зрачка. Угл. поле О. совр. фотоаппаратов составляет от 40° до 70°, аэрофотосъёмочных О. достигает 140°. На рис. 1 представлена оптич. схема совр. О. "Минитар" (f' = 32 мм, К = 2,8;

= 68°) малогабаритного фотоаппарата с форматом кадра 24 мм X 36 мм. О. телевизионных камер и приборов ночного видения не отличаются принципиально от фотообъективов. В О. тепловизоров, работающих в дальней (8 - 14 мкм) ИК-области спектра, используются оптич. материалы, обладающие показателями преломления п > 2 (германий, селенид цинка, халькогенидные стёкла), что позволяет уменьшить кол-во линз по сравнению с аналогичными по характеристикам О. для видимой или ближней ИК-областей спектра. Малая дисперсия Ge позволяет создавать О., все линзы к-рых выполнены из этого материала, не принимая спец. мер для устранения хроматич. аберраций. Использование асферич. поверхностей германиевых линз позволяет сократить кол-во линз в О., имеющих К1,5, до двух.

О. микроскопа - важнейшая часть его оптич. системы, создающая увелич. изображение объекта наблюдения в передней фокальной плоскости окуляра .Масштаб изображения обратно пропорционален фокусному расстоянию О. и составляет примерно от 1,5 до 100 крат. Предел разрешения микроскопа

- мин. расстояние между центрами светящихся точек объекта, видимых раздельно, определяется дифракц. явлениями в О. и вычисляется по ф-ле

где А - числовая апертура О., равная произведению показателя преломления среды, находящейся между объектом и О., на синус апертурного угла. Для О. микроскопов 0,03

А1,4; диаметр поля изображения - от 18 мм до 32 мм. Простейшие О. микроскопов создают изображение, обладающее значит. кривизной, в результате чего при переходе от наблюдения центр. части поля к его краям необходима перефокусировка.
При фотографировании диаметр резкого изображения сокращается до 6 - 10 мм. Кривизну изображения в т. н. план-объективах устраняют существ. усложнением конструкции: на рис. 2 представлена схема высокоапертурного (А = 1,25) планахроматич. О. для металлографич. микроскопа.

Особую группу образуют панкратические О. (иногда неточно наз. трансфокаторами), фокусное расстояние к-рых может плавно изменяться в широких пределах путём перемещения отдельных линз или групп их вдоль оптической оси. Такие О. применяются в цветных передающих камерах телевидения, в кино- и видеокамерах, а также и в фотоаппаратах. Соотношение между макс. и мин. значениями фокусного расстояния достигает 40 у О. телекамер, (6 - у О. кино- и видеокамер, 3 - у фотогр. О. Кол-во линз в панкратич. О. доходит до 30. Для уменьшения потерь света совр. О. просветляют (см. Просветление оптики).
О. зрительных труб, биноклей и телескопов создают промежуточное изображение удалённых объектов в передней фокальной плоскости окуляра. При диаметрах О., не превышающих 100 мм, наиб. распространённым является О., состоящий из двух склеенных линз. При больших диаметрах линзы не склеиваются. Начиная с диам. 500 - 800 мм используются зеркальные О., что обусловлено трудностями в получении однородных по показателю преломления крупных заготовок оптич. стекла. Макс. диаметр (6 м) имеет О. телескопа Специальной астр. обсерватории АН СССР на Северном Кавказе. Диафрагменные числа О. телескопов, как правило, К3; угл. поля

предел разрешения - мин. угол

(в секундах) между светящимися равнояркими точками (напр., звёздами), к-рые видны раздельно, определяется по ф-ле:

= 140/D, где D измеряется в мм.
Проекционные О. создают увелич. изображения плоских объектов (кинокадров, слайдов, микрофильмов, кинескопов телевизоров) на отражающих и иросветных экранах. Оптич. системы этих О. аналогичны фотогр. О., но обычно обладают меньшими угл. полями и меньшими диафрагменными числами (К 1,8).
Репродукционные О., используемые в репрографии и для фотолитографии при произ-ве микроэлектронных схем, создают уменьш. изображения плоских оригиналов чертежей, текстов, рисунков, шаблонов; обладают повышенной разрешающей способностью, определяемой дифракцией и достигающей 1500 мм^-1 для фотолитографич. О. и 150 мм^-1 для репрографич. О.

Столь высокие значения достигаются у первых за счёт существенного усложнения оптич. системы, у вторых за счёт сравнительно малых угл. полей и числовой апертуры. Оптическая схема О. для фотолитографии с разрешением ~ 1000 мм^-1 на поле диам. 14 мм представлена на рис. 3.

Литература по объективам

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.