Автор: Владимир
Категория: Теория фотографии
Необходимые сведения
Вершинные расстояния линзы
Фотографическим объективом в простейшем случае может служить любая собирающая линза. Реальный фотографический объектив является сложной оптической системой нескольких линз и может подменяться при изучении единственной собирающей линзой, обладающей параметрами реального объектива.
Рассмотрим собирающую линзу. Линза представляет собой стеклянный диск, ограниченный двумя выпуклыми сферическими поверхностями.
Радиусы кривизны сферических поверхностей r1 и r2 будем называть радиусами линзы. Прямая О1О2, проходящая через центры кривизны линзы, называется главной оптической осью линзы. Главная оптическая ось линзы является осью симметрии линзы.
Точки пересечения поверхностей линзы А и В c её главной оптической осью называются вершинами линзы.
Направим на линзу пучок лучей, идущих параллельно главной оптической оси. После преломления в линзе пучок лучей будет сходящимся, лучи соберутся в одной точке, находящейся на главной оптической оси. Эта точка называется главным фокусом линзы. Расстояние между главным фокусом до ближайшей вершины называется вершинным фокусным расстоянием линзы или просто вершинным расстоянием.
Рис.1 Основные термины
Так как пучок света может быть направлен как на одну, так и на другую поверхность линзы, то, очевидно, линза имеет два главных фокуса и два вершинных фокусных расстояния — передние и задние. Величины вершинных фокусных расстояний зависят от кривизны поверхностей линзы и у неравновыпуклой линзы не одинаковы. Поэтому в качестве величины, характеризующей линзу, используют понятие не вершинного фокусного расстояния, а, так называемое, главное фокусное расстояние.
Главное фокусное расстояние линзы
Рис.2 Главные плоскости линзы
Рассмотрим рисунок:
- О1О2 — главная оптическая ось линзы
- точки A и B — вершины линзы.
Луч a, идущий параллельно главной оптической оси, падает на линзу в точке С, преломляется на первой поверхности линзы, идёт внутри линзы от точки C к точке D, преломляется на второй поверхности линзы и пересекает главную оптическую ось в точке главного фокуса F1.
Таким образом, луч света а преломляется в линзе дважды. Реальные оптические системы содержат большее количество линз, и, соответственно, поверхностей переломления — ещё больше. Чтобы упростить моделирование преломления, найдём точку K, которая является пересечением входящего и выходящего из линзы луча.
Плоскость h1, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через точку K называется главной плоскостью линзы.
Аналогичное построение можно построить и для луча b, идущего справа налево. Таким образом, линза, кроме двух главных фокусов — F1 и F2, имеет две главные плоскости: h1 и h2.
Реальные объективы рассчитываются и используются1 исходя только из одного направления прохождения света — от пространства сцены к плоскости изображения.
Рис.3 Реальный объектив
Соответственно, имеются две пары:
- h1 — задняя главная плоскость линзы, F1 — задний главный фокус;
- h2 и F2 — передняя главная плоскость и передний главный фокус.
Рис.4 Главное фокусное расстояниение
Главное фокусное расстояние — расстояние от точки главного фокуса линзы до соответствующей главной плоскости. Это расстояние одинаково для обеих пар:
f = H1F1 = H2F2
Примечания
1 Существуют ситуации, когда объективы используются «задом-наперёд». Подробнее о реверсивном использовании? (↑)
Контрольные вопросы
- Вопрос 1
- Вопрос 2