Проект: «Оптические системы» Выполнил: ученик 11 класса «А» Молодкин Андрей Михайлович Руководитель: учитель физики Кубышева Наталья Владимировна. - презентация

1 Проект: «Оптические системы» Выполнил: ученик 11 класса «А» Молодкин Андрей Михайлович Руководитель: учитель физики Кубышева Наталья Владимировна.

2 Оптика – это один из самых значимых разделов физики. Оптика помогает решить современные технические задачи в различных областях приборостроения, помогает в развитие промышленного производства. Цель проекта: Изучить раздел геометрической оптики с точки зрения принципа действия оптических систем.

3 Основные задачи проекта: 1) Исследовать и изучить основные понятия и зависимости физической и геометрической оптики, необходимые для обоснования принципа действия оптических систем; 2) Дать теорию основных видов оптических систем (микроскопов, телескопических систем, фотографических объективов) и представить глаз как оптическую систему; 3) Описать основные детали и узлы этих оптических систем.

4 1. Понятие оптики Оптика - раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, длина которых составляет приблизительно м, и поэтому оптика - часть общего учения об электромагнитном поле. Оптика - раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, длина которых составляет приблизительно м, и поэтому оптика - часть общего учения об электромагнитном поле. По традиции оптику принято подразделять на геометрическую, физическую и физиологическую. По традиции оптику принято подразделять на геометрическую, физическую и физиологическую. Одна из важнейших традиционных задач оптики - получение изображений, соответствующих оригиналам. Одна из важнейших традиционных задач оптики - получение изображений, соответствующих оригиналам. Все оптические системы по положению предмета и его изображения делят на следующие четыре вида: Все оптические системы по положению предмета и его изображения делят на следующие четыре вида: микроскопы; микроскопы; телескопические системы; телескопические системы; объективы; объективы; проекционные системы. проекционные системы. Разнообразие оптических приборов и других оптических устройств и их совершенствование связано как с потребностями народного хозяйства, так и с успехами в области физики, автоматики, электроники, вычислительной техники и технологии. Разнообразие оптических приборов и других оптических устройств и их совершенствование связано как с потребностями народного хозяйства, так и с успехами в области физики, автоматики, электроники, вычислительной техники и технологии.

5 2. Оптика – одна из древнейших наук О прямолинейном распространении световых лучей люди узнали ещё в глубокой древности, наблюдая за тенями от предметов. Возможно, и само понятие прямой линии возникло на основе таких наблюдений. Поэтому неудивительно, что автором первых дошедших до нас сочинений по оптике был великий древнегреческий математик Евклид, живший в III веке до нашей эры. О прямолинейном распространении световых лучей люди узнали ещё в глубокой древности, наблюдая за тенями от предметов. Возможно, и само понятие прямой линии возникло на основе таких наблюдений. Поэтому неудивительно, что автором первых дошедших до нас сочинений по оптике был великий древнегреческий математик Евклид, живший в III веке до нашей эры. Закон, описывающий отражение света, был известен ещё Евклиду и Архимеду, а во II веке Клавдий Птолемей проверил его экспериментально. Он обнаружил, что угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности плоского зеркала (угол падения) равен углу между этим перпендикуляром и отраженным лучом (углу отражения). Закон, описывающий отражение света, был известен ещё Евклиду и Архимеду, а во II веке Клавдий Птолемей проверил его экспериментально. Он обнаружил, что угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности плоского зеркала (угол падения) равен углу между этим перпендикуляром и отраженным лучом (углу отражения). Свет, попав на границу раздела двух прозрачных сред, частично отражается обратно, в первую среду, оставшаяся же часть преломляется и проникает во вторую. Свет, попав на границу раздела двух прозрачных сред, частично отражается обратно, в первую среду, оставшаяся же часть преломляется и проникает во вторую. Закон, которому подчиняется преломление, пытались найти сначала греческие, а позже арабские ученые. Вителлий, поляк по происхождению, живший в Италии в VIII веке, обнаружил свойство обратимости световых лучей: углы между лучами и перпендикуляром к поверхности не зависят от того, с какой стороны свет пересекает преломляющую поверхность. Но автором закона преломления считается голландец Виллеброрд Снелль, экспериментально открывший его в 1621 году. Закон, которому подчиняется преломление, пытались найти сначала греческие, а позже арабские ученые. Вителлий, поляк по происхождению, живший в Италии в VIII веке, обнаружил свойство обратимости световых лучей: углы между лучами и перпендикуляром к поверхности не зависят от того, с какой стороны свет пересекает преломляющую поверхность. Но автором закона преломления считается голландец Виллеброрд Снелль, экспериментально открывший его в 1621 году.

6 3. Основные законы оптики Закон прямолинейного распространения света в однородной среде. Закон прямолинейного распространения света в однородной среде. Закон независимости световых лучей. Закон независимости световых лучей. Закон отражения света от зеркальной поверхности. Закон отражения света от зеркальной поверхности. Закон преломления света на границах двух прозрачных сред. Закон преломления света на границах двух прозрачных сред.

7 3.1 Закон прямолинейного распространения света Согласно этому закону свет между двумя точками в однородной и изотропной среде (в среде, оптические свойства которой не зависят от положения точки и от направления луча) распространяется по прямой, соединяющей указанные точки. На основе закона прямолинейного распространения света обычно объясняют возникновение теней и полутеней, явления солнечных и лунных затмений. Все самые точные физические и астрономические измерения основаны на применении этого закона. Согласно этому закону свет между двумя точками в однородной и изотропной среде (в среде, оптические свойства которой не зависят от положения точки и от направления луча) распространяется по прямой, соединяющей указанные точки. На основе закона прямолинейного распространения света обычно объясняют возникновение теней и полутеней, явления солнечных и лунных затмений. Все самые точные физические и астрономические измерения основаны на применении этого закона.

8 Точечный источник Прямолинейность световых лучей означает, что форма тени предмета при его освещении точечным источником соответствует геометрической центральной проекции контура предмета (с центром в источнике).

9 Протяженный источник При освещении предмета протяженным источником света края тени оказываются размытыми. В переходную область между полной тенью и светом (в область полутени) попадают лучи не от всех точек источника.

10 3.2 Закон независимости распространения световых пучков Сущность этого закона заключается в том, что отдельные лучи и пучки, встречаясь и пересекаясь друг с другом, не оказывают взаимного влияния. Другими словами, производимое одним пучком действие не зависит от наличия других пучков. Этот закон нарушается при распространении в веществе света высокой интенсивности (сфокусированное лазерное излучение), а также в активных средах с инверсией населенностей (в рабочем веществе лазера). Сущность этого закона заключается в том, что отдельные лучи и пучки, встречаясь и пересекаясь друг с другом, не оказывают взаимного влияния. Другими словами, производимое одним пучком действие не зависит от наличия других пучков. Этот закон нарушается при распространении в веществе света высокой интенсивности (сфокусированное лазерное излучение), а также в активных средах с инверсией населенностей (в рабочем веществе лазера).

11 3.3 Закон отражения света При падении света на зеркальную поверхность свет отражается, причем луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения: q1 = q'1. Закон отражения справедлив как для плоских, так и для искривленных поверхностей. 3.3 Закон отражения света При падении света на зеркальную поверхность свет отражается, причем луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения: q1 = q'1. Закон отражения справедлив как для плоских, так и для искривленных поверхностей. S1 - отражающая поверхность; S2 - плоскость падения; АО - падающий луч; ОВ - отраженный луч; ON - нормаль к отражающей поверхности.

12 Пучок лучей, выходящих из точечного источника (т. е. гомоцентрический пучок), после отражения в плоском зеркале остается гомоцентрическим: если отраженные лучи мысленно продолжить назад, эти продолжения лучей пересекутся за зеркалом в одной точке, которую можно считать мнимым изображением источника. Источник и его изображение расположены симметрично относительно зеркала. Наблюдателю кажется, что отраженные от зеркала лучи выходят из точки S', расположенной за зеркалом симметрично точке S. При отражении от плоской зеркальной поверхности световых лучей, исходящих от некоторого предмета, возникает мнимое изображение предмета. Предмет и его мнимое изображение располагаются симметрично относительно зеркальной поверхности. Изображение предмета в плоском зеркале равно по размеру самому предмету.

13 Мнимое изображение пространственного (трех- мерного) предмета в плоском зеркале отличается от самого предмета как правая система координат отличается от левой (т.е. как правая рука отличается от левой).

14 3.4 Закон преломления света При падении света на границу раздела прозрачных сред с показателями преломления n1 и n2 часть света отражается, а часть проходит во вторую среду, изменяя направление распространения (преломляется). 3.4 Закон преломления света При падении света на границу раздела прозрачных сред с показателями преломления n1 и n2 часть света отражается, а часть проходит во вторую среду, изменяя направление распространения (преломляется). Лучи падающий, отраженный, преломленный и нормаль к границе раздела лежат в одной плоскости. Угол падения и угол отражения равны друг другу: a = a1. Углы падения и преломления связаны соотношением n1 sina1 = n2 sinb. Математическую формулировку этого закона дал Декарт. n1 sina1 = n2 sinb

15 При прохождении света через плоскопараллельную пластину свет дважды на своем пути претерпевает преломление, в результате чего луч падающий на пластину и луч выходящий из нее оказываются параллельными. Смещение луча можно вычислить по формуле: X = d (sina - tgb cosa). При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду по мере увеличения угла падения направление преломленного луча приближается к границе раздела. Когда угол падения превосходит некоторое предельное значение, преломленный луч не существует - падающий на границу раздела свет полностью отражается. Это свойство называется полным внутренним отражением. n1 > n2 Схема хода лучей при преломлении

16 Преломление на сферической границе раздела Когда луч падает на сферическую границу раздела двух сред, построение отраженного и преломленного лучей производится следующим образом: строится плоскость касания в точке падения луча на сферическую поверхность и восстанавливается нормаль к этой плоскости в точке падения. Дальнейшие построения и расчеты проводятся так же, как при падении на плоскую поверхность.

17 4. Оптические материалы 4.1 Оптическое стекло Стекло твердое аморфное состояние вещества. Характерные для стекла свойства высокое светопропускание (прозрачность), светопреломление, изотропность (реже, у спецстёкол анизотропность) и др. Кварц SiO2

18 Оптическое стекло прозрачное стекло специального состава, используемое для изготовления различных оптических приборов. Для изготовления оптических деталей применяют оптическое стекло бесцветное и цветное, кварцевое оптическое стекло, кремневое оптическое стекло (только Кремниевые (ОС) способны пропускать ИК лучи, Кварцевые (ОС) пропускать ультрафиолетовые лучи + лучи видимого спектра электромагнитного излучения), пластмассы и другие материалы. Оптическое стекло прозрачное стекло специального состава, используемое для изготовления различных оптических приборов. Для изготовления оптических деталей применяют оптическое стекло бесцветное и цветное, кварцевое оптическое стекло, кремневое оптическое стекло (только Кремниевые (ОС) способны пропускать ИК лучи, Кварцевые (ОС) пропускать ультрафиолетовые лучи + лучи видимого спектра электромагнитного излучения), пластмассы и другие материалы.

19 В силу исключительно высоких требований, предъявляемых к качеству изображения оптических систем, естественно возникла необходимость в изготовлении широкого ассортимента специальных сортов стёкол, различных по своим свойствам. Оптическое стекло, в отличие от обыкновенного, должно обладать особенно высокой прозрачностью, чистотой, бесцветностью, однородностью, преломляющей способностью. В силу исключительно высоких требований, предъявляемых к качеству изображения оптических систем, естественно возникла необходимость в изготовлении широкого ассортимента специальных сортов стёкол, различных по своим свойствам. Оптическое стекло, в отличие от обыкновенного, должно обладать особенно высокой прозрачностью, чистотой, бесцветностью, однородностью, преломляющей способностью.

20 «Просветление» оптики После полирования производится контроль качества поверхности стекла и затем для улучшения характеристик изделия может быть произведено просветление оптики путем нанесения тонких прозрачных пленок, как правило, металлических. Эти пленки улучшают оптические характеристики и могут улучшать механические, например, защищать стекло от помутнения при длительном нахождении во влажной атмосфере. После полирования производится контроль качества поверхности стекла и затем для улучшения характеристик изделия может быть произведено просветление оптики путем нанесения тонких прозрачных пленок, как правило, металлических. Эти пленки улучшают оптические характеристики и могут улучшать механические, например, защищать стекло от помутнения при длительном нахождении во влажной атмосфере.

21 4.2 Диафрагма Диафрагма (оптика) (греч. diáphragma перегородка) оптический прибор, ограничивающий поток света, непрозрачная преграда, ограничивающая поперечное сечение световых пучков в оптических системах (в телескопах, дальномерах, микроскопах, кино- и фотоаппаратах и т.д.).

22 Роль диафрагмы Роль диафрагмы часто играют зачерненные элементы оправы линз, призм, зеркал и др. оптических деталей, зрачок глаза, границы освещённого предмета, в спектроскопе щелевая диафрагма, в фотоаппаратах ирисовая или ступенчатая диафрагма. Роль диафрагмы часто играют зачерненные элементы оправы линз, призм, зеркал и др. оптических деталей, зрачок глаза, границы освещённого предмета, в спектроскопе щелевая диафрагма, в фотоаппаратах ирисовая или ступенчатая диафрагма. Ирисовая диафрагма

23 Любая оптическая система – глаз вооруженный и невооруженный, фотографический аппарат, проекционный аппарат – в конечном счете рисует изображение на плоскости (экран, фото- пластинка, сетчатка глаза); объекты же в большинстве случаев трёхмерны. Однако даже идеальная оптическая система, не будучи ограниченной, не давала бы изображений трехмерного объекта на плоскости. Действительно, отдельные точки трехмерного объекта находятся на различных расстояниях от оптической системы, и им соответствуют различные сопряженные плоскости. Любая оптическая система – глаз вооруженный и невооруженный, фотографический аппарат, проекционный аппарат – в конечном счете рисует изображение на плоскости (экран, фото- пластинка, сетчатка глаза); объекты же в большинстве случаев трёхмерны. Однако даже идеальная оптическая система, не будучи ограниченной, не давала бы изображений трехмерного объекта на плоскости. Действительно, отдельные точки трехмерного объекта находятся на различных расстояниях от оптической системы, и им соответствуют различные сопряженные плоскости. Размер и положение диафрагмы определяют поле зрения, освещённость и качество изображения, глубину резкости и разрешающую способность оптической системы. Размер и положение диафрагмы определяют поле зрения, освещённость и качество изображения, глубину резкости и разрешающую способность оптической системы.

24 4.3 Линза Линза (от лат. lens - чечевица) обычно диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями - сферическими или плоской и сферической, хотя, в настоящее время, все чаще применяются и т. н. «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы.

25 Иногда линзами называют и другие оптические приборы, которые создают сходный оптический эффект, хоть они не обладают указанными внешними характеристиками. Например, плоские «линзы», изготовленные из материала с переменным коэффициентом преломления, изменяющимся в зависимости от расстояния от центра, или линзы Френеля (зонная пластинка), использующие явление дифракции. Иногда линзами называют и другие оптические приборы, которые создают сходный оптический эффект, хоть они не обладают указанными внешними характеристиками. Например, плоские «линзы», изготовленные из материала с переменным коэффициентом преломления, изменяющимся в зависимости от расстояния от центра, или линзы Френеля (зонная пластинка), использующие явление дифракции. В качестве материала линз, чаще всего, используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы. В качестве материала линз, чаще всего, используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

26 История Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана (V –IV вв. до н.э.) «Облака» (424 год до н.э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь. Из произведений Плиния Старшего (23 79 гг. н.э.) следует, что такой способ разжигания огня был известен и в Римской Империи там также описан, возможно, первый случай приме- нения линз для коррекции зрения известно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости. Аристофан (V - IV в.в. до н.э.)

27 Сенека (4 год до н.э. – 65 год н.э.) описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой. Сенека (4 год до н.э. – 65 год н.э.) описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой. Арабский математик Альхазен ( гг.) написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии. Арабский математик Альхазен ( гг.) написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии. Характеристика линз В зависимости от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно, только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например, пузырек воздуха в воде двояковыпуклая рассеивающая линза. В зависимости от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно, только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например, пузырек воздуха в воде двояковыпуклая рассеивающая линза.

28 Виды линз: Собирательные: Рассеивающие: 1 двояковыпуклая 4 двояковогнутая 2 плоско-выпуклая 5 плоско-вогнутая 3 вогнуто-выпуклая (положительный мениск) 6 выпукло-вогнутая (отрицательный мениск) Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием, а также апертурой. Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.

29 Основные элементы линзы: NN главная оптическая ось прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O оптический центр точка, которая у двояковыпуклых или двояковогнутых (с одинаковыми радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси внутри линзы (в её центре).

30 Построение изображения собирающей линзой Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображен ход только трёх лучей. Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображен ход только трёх лучей. Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся с соответствующих точках схода на A1B1, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым. Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся с соответствующих точках схода на A1B1, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым. В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удаленной от главной фокальной плоскости FF, проходящей параллельно ей через главный фокус. В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удаленной от главной фокальной плоскости FF, проходящей параллельно ей через главный фокус.

31 Различные случаи построения изображений предмета, помещённого на различных расстояниях от линзы При приближении предмета из бесконечности к переднему фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости переднего фокуса оказывается в бесконечности от него. При приближении предмета из бесконечности к переднему фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости переднего фокуса оказывается в бесконечности от него. Эта закономерность имеет большое значение в практике различных видов фотографических работ, поэтому для определения зависимости между расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения используют основную формулу линзы. Эта закономерность имеет большое значение в практике различных видов фотографических работ, поэтому для определения зависимости между расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения используют основную формулу линзы.

32 Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

33 Если предмет приближен к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием. d>2F Применяется в фотоаппаратах.

34 Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету. d=2F Применяется в оптических приборах для получения четкого изображения.

35 Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным. 2F>d>F Применяется в фотоувеличителях, проекционных аппаратах, киноаппаратах, объективах микроскопов.

36 Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности. d=F Применяется в лупах (для четкого изображения предмета), окулярах, микроскопах и телескопах.

37 Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния, то лучи выйдут из линзы расходящимся пучком, нигде не пересекаясь. Изображение при этом получается мнимое, прямое и увеличенное, т. е. в данном случае линза работает как лупа. d

38 В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования. В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования. Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков (аберрации) не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему объектив. Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков (аберрации) не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему объектив. Знак качества (немецкая оптика )

39 Применение Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем. Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем. Традиционное применение линз бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фото-видеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла. Традиционное применение линз бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фото-видеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла. Другая важная сфера применения линз офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы. Другая важная сфера применения линз офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы. Перфорационные очки Реабилитационные очки

40 В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели. В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели. В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (т.е. с разным коэффициентом преломления). В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (т.е. с разным коэффициентом преломления).

41 4.4 Зеркало Зеркало гладкая поверхность, предназначенная для отражения. Наиболее известный пример плоское зеркало. Ваза, отражённая в зеркале

42 История Археологи обнаружили первые, небольшие зеркала из серебра, меди или бронзы, относящиеся к бронзовому веку (4000 –500 г.г. до н.э.) (например, типа современных индийских зеркалец ручной работы en:Aranmula kannadi). Позже научились делать зеркала из стекла, нанося на тыльную сторону стеклянной пластинки тонкий слой серебра, золота или олова. Наибольшую известность получили знаменитые венецианские зеркала, которые стоили столь дорого, что для их покупки французские аристократы иногда были вынуждены продавать целые имения. Романо-кельтское бронзовое зеркало

43 Применение в быту и в научных приборах Первые зеркала были созданы для того, чтобы следить за собственной внешностью. В настоящее время зеркала, особенно большие, широко используются в дизайне интерьеров, чтобы создать иллюзию пространства, большого объёма в небольших помещениях. Первые зеркала были созданы для того, чтобы следить за собственной внешностью. В настоящее время зеркала, особенно большие, широко используются в дизайне интерьеров, чтобы создать иллюзию пространства, большого объёма в небольших помещениях.

44 Как оптический инструмент, используются плоские, вогнутые и выпуклые сферические зеркала. Плоские зеркала применяются в оптических системах для изменения направления или смещения оптической оси, разделения пучка лучей, для оборачивания изображения. Плоское зеркало образует мнимое изображение предмета. Сферические зеркальные поверхности находят применение в оптических системах различного назначения (в осветительных Как оптический инструмент, используются плоские, вогнутые и выпуклые сферические зеркала. Плоские зеркала применяются в оптических системах для изменения направления или смещения оптической оси, разделения пучка лучей, для оборачивания изображения. Плоское зеркало образует мнимое изображение предмета. Сферические зеркальные поверхности находят применение в оптических системах различного назначения (в осветительных и проекционных системах, в объективах фотоэлектрических следящих устройств и т.п.). и проекционных системах, в объективах фотоэлектрических следящих устройств и т.п.). Боковое зеркало автомобиля

45 Зеркала широко используются в оптических приборах - спектрофотометрах, спектрометрах в других оптических приборах: телескопы, лазеры, зеркальные фотоаппараты, объективы, например, зеркально-линзовый телеобъектив системы Максутова (МТО). Зеркала широко используются в оптических приборах - спектрофотометрах, спектрометрах в других оптических приборах: телескопы, лазеры, зеркальные фотоаппараты, объективы, например, зеркально-линзовый телеобъектив системы Максутова (МТО). Телеобъектив Olympus Digital ED-50

46 Зеркала в фольклоре, поверьях, мифах и литературе Зеркальное отражение очень сильно действовало на людей, впервые столкнувшихся с возможностью существования "второго я". Они часто полагали, что в зеркале отражён кто-то совсем другой, затем - что в зеркале отражена душа человека. Франс Ван Миерис Старший. «Дама перед зеркалом», Мюнхен, Старая пинакотека

47 С этим связано большое число гаданий, обрядов и предрассудков (например, запрет глядеться в разбитое зеркало, или завешивание зеркал в доме на 9 дней после смерти человека). С этим связано большое число гаданий, обрядов и предрассудков (например, запрет глядеться в разбитое зеркало, или завешивание зеркал в доме на 9 дней после смерти человека). В греческой мифологии Персей убил Медузу Горгону, пользуясь блестящим щитом, как зеркалом (взгляд Горгоны превращал людей в камень, но, очевидно, потерял свою силу в отражённом виде). В греческой мифологии Персей убил Медузу Горгону, пользуясь блестящим щитом, как зеркалом (взгляд Горгоны превращал людей в камень, но, очевидно, потерял свою силу в отражённом виде). Литературный приём «в зазеркалье» широко используется авторами книг. Наибольшую известность приобрела дилогия Льюиса Кэролла Алиса в стране чудес и Алиса в Зазеркалье. Аналогичный прием использовал Гастон Леру: в книге "Призрак Оперы" Кристина попадает в "царство" Призрака через зеркало. Литературный приём «в зазеркалье» широко используется авторами книг. Наибольшую известность приобрела дилогия Льюиса Кэролла Алиса в стране чудес и Алиса в Зазеркалье. Аналогичный прием использовал Гастон Леру: в книге "Призрак Оперы" Кристина попадает в "царство" Призрака через зеркало. В других произведения зеркало является источником видений. Так в сказке о мертвой царевне и семи богатырях Зеркало рассказывала злой мачехи, кто красивее нее. Во Властелине Колец Зеркало Галадриэли показывало смотрящему в него видения из прошлого, настоящего и будущего. В других произведения зеркало является источником видений. Так в сказке о мертвой царевне и семи богатырях Зеркало рассказывала злой мачехи, кто красивее нее. Во Властелине Колец Зеркало Галадриэли показывало смотрящему в него видения из прошлого, настоящего и будущего.

48 4.5 Оптоволокно Оптоволокно это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков. Связка оптоволокна

49 Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться. Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.

50 История Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории ( гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи. Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории ( гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи.

51 Применение Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. С помощью оптоволоконной связки можно было бы легко передать всю необходимую информацию, в которой нуждается вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне). Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. С помощью оптоволоконной связки можно было бы легко передать всю необходимую информацию, в которой нуждается вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне).

52 Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки. Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки. Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, создаваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

53 5. Современные оптические системы 5.1 Микроскоп Микроскоп (греч. μικρός маленький и σκοπέω смотрю) лабораторный прибор для получения увеличенных изображений малых объектов. Микроскоп, 1876 год

54 История Невозможно точно определить, кто изобрёл составной микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янссен и его сын Захария Янссен изобрели первый микроскоп в 1590, но это было заявление самого Захария Янссена в середине XVII века. Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захария родился около 1590 г. Другим претендентом на звание изобретателя микроскопа был Галилео Галилей. Он разработал «occhiolino» («оккиолино»), или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами в 1609 г. Галилей представил свой микроскоп публике в Академии Деи Линчеи, основанной Федерико Чези в 1603 г. Галилео Галилей ( )

55 Устройство микроскопа Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом. Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом. Основными частями светового микроскопа являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубус-содержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемы- ми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива. Основными частями светового микроскопа являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубус-содержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемы- ми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.

56 1. Окуляр 2. Тубус 3. Держатель 4. Винт грубой фокусировки 5. Винт точной (микрометренной) фокусировки 6. Револьверная головка 7. Объектив 8. Предметный столик

57 1. Осветитель 2. Ирисовая полевая диафрагма 3. Зеркало 4. Ирисовая апертурная диафрагма 5. Конденсор 6. Препарат 6'. Увеличенное действительное промежуточное изображение препарата, образуемое объективом 6''. Увеличенное мнимое окончательное изображение препарата, наблюдаемое в окуляре 7. Объектив 8. Окуляр

58 Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. Виды микроскопов В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы разделяются на: В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы разделяются на: 1) Оптические микроскопы; 1) Оптические микроскопы; 2) Электронные микроскопы; 2) Электронные микроскопы; 3) Рентгеновские микроскопы; 3) Рентгеновские микроскопы; 4) Лазерные рентгеновские микроскопы. 4) Лазерные рентгеновские микроскопы.

59 Оптический микроскоп Оптический микроскоп - самый простой по строению микроскоп для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. Максимальное увеличение лучших оптических микроскопов достигает 2000 раз. Оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм. Микроскоп Leica BME 10

60 Электронный микроскоп Электронный микроскоп (ЭМ) микроскоп отличающийся возможностью получать сильно увеличенное изображение объектов, используя для их освещения электроны. Электронный микроскоп (ЭМ) микроскоп отличающийся возможностью получать сильно увеличенное изображение объектов, используя для их освещения электроны. Некоторые электронные микроскопы позволяют увеличивать изображение в 2 млн. раз. В электронных микроскопах используются электростатические или электромагнитные линзы для формирования изображения путем управления пучком электронов и концентрации его на отдельных участках изображения подобно тому, как оптический микроскоп использует стеклянные линзы для фокусирования света на (или сквозь) изображении. Некоторые электронные микроскопы позволяют увеличивать изображение в 2 млн. раз. В электронных микроскопах используются электростатические или электромагнитные линзы для формирования изображения путем управления пучком электронов и концентрации его на отдельных участках изображения подобно тому, как оптический микроскоп использует стеклянные линзы для фокусирования света на (или сквозь) изображении. Рентгеновский микроскоп У рентгеновского микроскопа разрешающая способность достигает до 100 нм, что в 2 раза выше, чем у оптических микроскопов (200 нм). Тем не менее современный оптический микроскоп - наноскоп имеет разрешение до порядка 3-10 нм. У рентгеновского микроскопа разрешающая способность достигает до 100 нм, что в 2 раза выше, чем у оптических микроскопов (200 нм). Тем не менее современный оптический микроскоп - наноскоп имеет разрешение до порядка 3-10 нм.

61 Это обусловлено тем, что длина волны рентгеновского излучения порядка в 2 раза меньше длины волны видимого оптического излучения. Впервые, применение рентгеновской оптики, которая используется в рентгеновских микроскопах, стало возможным благодаря ученому М. А. Кумакову, разработавшему первое рентгеновское зеркало. Именно, получена возможность преломлять рентгеновские лучи и разрабатывать рентгеновскую оптику. То есть рентгеновские лучи стали использовать вместо видимого света и электронных лучей. Это обусловлено тем, что длина волны рентгеновского излучения порядка в 2 раза меньше длины волны видимого оптического излучения. Впервые, применение рентгеновской оптики, которая используется в рентгеновских микроскопах, стало возможным благодаря ученому М. А. Кумакову, разработавшему первое рентгеновское зеркало. Именно, получена возможность преломлять рентгеновские лучи и разрабатывать рентгеновскую оптику. То есть рентгеновские лучи стали использовать вместо видимого света и электронных лучей. Лазерный рентгеновский микроскоп Лазерный рентгеновский микроскоп (ЛР-МСК) прибор или микроскоп c применением рентгеновских лазерных лучей отличающийся разрешающей способностью, обеспечивающей получение изображений на субатомном, атомном уровне с высокой скоростью без фокусировки лучей (электромагнитных волн) в динамике. (Например, в ходе химической реакции в режиме 3D и др.) Лазерный рентгеновский микроскоп (ЛР-МСК) прибор или микроскоп c применением рентгеновских лазерных лучей отличающийся разрешающей способностью, обеспечивающей получение изображений на субатомном, атомном уровне с высокой скоростью без фокусировки лучей (электромагнитных волн) в динамике. (Например, в ходе химической реакции в режиме 3D и др.)

62 5.2 Телескоп Телескоп (от греч. τ λε (далеко) + σκοπέω (смотрю, наблюдаю)) астрономический прибор, который собирает и фокусирует световое излучение от астрономических объектов. Действительно, это оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил. Гигантские телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной. Зеркальный телескоп И. Ньютона

63 История Имя первого изобретателя телескопа так до сих пор доподлинно и не было установлено. Некоторые исследователи склонны считать первым изобретателем телескопа голландского оптика и торговца линзами для очков Захария Янсена. Однако, упоминают, что, представив в XVII веке прибор- дальновидец ("телескоп"), Янсен воспользовался разработками неизвестного итальянского изобретателя. Другая группа ученых считает, что первые упоминания о телескопе встречаются у английского философа XIII века Роджера Бэкона, и что именно он является первым изобретателем телескопа. Роджер Бэкон (около после 1294)

64 Конструкция телескопа Телескоп – это оптическая система, которая, «выхватывая» из пространства небольшую об- ласть, зрительно приближая расположенные в ней объекты. Телескоп улавливает параллельные своей оптической оси лучи светового потока, собирает их в одну точку (фокус) и увеличивает при помощи линзы или, чаще, системы линз (окуляра), которая одновременно снова преобразует расходящиеся лучи света в параллельные. В результате этого, можно с хорошими подробностями рас- смотреть объекты, удаленные на значительное расстояние. При этом диаметр наблюдаемого пространства зависит от поля зрения окуляра. Телескоп Skywatcher 909EQ

65 По типу элемента, используемого для сбора световых лучей в фокусе, все современные потребительские телескопы подразделяются на: По типу элемента, используемого для сбора световых лучей в фокусе, все современные потребительские телескопы подразделяются на: 1) Линзовые (рефракторы); 1) Линзовые (рефракторы); 2) Зеркальные (рефлекторы); 2) Зеркальные (рефлекторы); 3) Зеркально-линзовые (катадиоптрические). 3) Зеркально-линзовые (катадиоптрические).

66 Линзовые телескопы (рефракторы)

67 Перед телескопами других систем рефракторы имеют целый ряд преимуществ. Так, закрытая труба телескопа предотвращает проникновение внутрь трубы пыли и влаги, которые оказывают негативное воздействие на полезные свойства телескопа. Кроме того, рефракторы просты в обслуживании и эксплуатации – положение их линз зафиксировано в заводских условиях, что избавляет пользователя от необходимости самостоятельно производить юстировку, то есть тонкую подстройку. Наконец, у линзовых телескопов отсутствует центральное экранирование, которое уменьшает количество поступающего света и ведет к искажению дифракционной картины. Рефракторы обеспечивают высокую контрастность и превосходное разрешение изображений при наблюдении планет. Перед телескопами других систем рефракторы имеют целый ряд преимуществ. Так, закрытая труба телескопа предотвращает проникновение внутрь трубы пыли и влаги, которые оказывают негативное воздействие на полезные свойства телескопа. Кроме того, рефракторы просты в обслуживании и эксплуатации – положение их линз зафиксировано в заводских условиях, что избавляет пользователя от необходимости самостоятельно производить юстировку, то есть тонкую подстройку. Наконец, у линзовых телескопов отсутствует центральное экранирование, которое уменьшает количество поступающего света и ведет к искажению дифракционной картины. Рефракторы обеспечивают высокую контрастность и превосходное разрешение изображений при наблюдении планет.

68 Зеркальные телескопы (рефлекторы)

69 Телескопы другой большой группы собирают световой пучок при помощи зеркала, поэтому называются зеркальными телескопами, рефлекторами. Самая популярная конструкция зеркального теле- скопа называется по имени своего изобретателя, телескопом системы Ньютона. Телескопы другой большой группы собирают световой пучок при помощи зеркала, поэтому называются зеркальными телескопами, рефлекторами. Самая популярная конструкция зеркального теле- скопа называется по имени своего изобретателя, телескопом системы Ньютона. Проникающий в телескоп свет попадает на зеркало, которое отражает лучи вверх. В точку фокуса свет отражается при помощи плоского вторичного зеркала эллиптической формы, укреп- ленного в центре трубы под углом 45 градусов. Разумеется, само вторичное зеркало в окуляр увидеть нельзя, однако оно является препятствием на пути светового потока и экранирует свет, что может приводить к небольшой потере контрастности. Среди плюсов рефлекторов – отсутствие хроматизма, ведь лучи света в силу самой конструкции отражаются от стекла, а не проходят сквозь него. В конструкции рефлектора присутствуют всего две нуждающиеся в полировке и специальных покрытиях поверхности. Среди минусов рефлекторов необходимо отметить большую длину трубы, делающую телескоп более уязвимым к колебаниям, например, вследствие воздействия ветра, а также сложное обслуживание, предполагающее регулярную юстировку каждого зеркала. Проникающий в телескоп свет попадает на зеркало, которое отражает лучи вверх. В точку фокуса свет отражается при помощи плоского вторичного зеркала эллиптической формы, укреп- ленного в центре трубы под углом 45 градусов. Разумеется, само вторичное зеркало в окуляр увидеть нельзя, однако оно является препятствием на пути светового потока и экранирует свет, что может приводить к небольшой потере контрастности. Среди плюсов рефлекторов – отсутствие хроматизма, ведь лучи света в силу самой конструкции отражаются от стекла, а не проходят сквозь него. В конструкции рефлектора присутствуют всего две нуждающиеся в полировке и специальных покрытиях поверхности. Среди минусов рефлекторов необходимо отметить большую длину трубы, делающую телескоп более уязвимым к колебаниям, например, вследствие воздействия ветра, а также сложное обслуживание, предполагающее регулярную юстировку каждого зеркала.

70 Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) Третью группу современных телескопов составляют своеобразные гибриды – катадиоптрические телескопы, оптические системы которых комбинируют линзы и зеркала. Здесь представлены катадиоптрические телескопы системы Ньютона, телескопы Шмидта- Кассегрена и Максутова-Кассегрена. Третью группу современных телескопов составляют своеобразные гибриды – катадиоптрические телескопы, оптические системы которых комбинируют линзы и зеркала. Здесь представлены катадиоптрические телескопы системы Ньютона, телескопы Шмидта- Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

71 Зеркально-линзовые телескопы системы Ньютона Телескоп системы Ньютона с объективом MAK90 SP Зеркально-линзовые телескопы системы Ньютона отличаются от классических представителей своего класса наличием на пути светового потока к точке фокуса корректирующей линзы, которая, при сохранении компактных размеров телескопа, позволяет добиваться большего увеличения.

72 Телескопы системы Шмидта-Кассегрена Телескоп системы Шмидта-Кассегрена с объективом MEADE LX90 Оптические схемы телескопов Шмидта-Кассегрена включают тонкие асферические коррекционные пластинки, которые направляют свет на первичное вогнутое зеркало, обеспечивая исправление сферической аберрации.

73 Телескопы системы Максутова-Кассегрена Телескоп системы Максутова-Кассегрена с объективом МТО-500 Телескопы системы Максутова-Кассегрена имеют схожую конструкцию. Так же, как системы Шмидта-Кассегрена, эти модели исправляют сферическую аберрацию при помощи корректора, в качестве которого, вместо пластинки Шмидта, используется толстая выпукло-вогнутая линза (мениск).

74 Большой Телескоп Азимутальный БТА САО РАН (Большой Телескоп Азимутальный Специальной Астрофизической Обсерватории Российской Академии Наук) является крупнейшим в России и Евразии оптическим телескопом. Имеет статус национального российского инструмента. Располагается на горе Пастухова на высоте 2070 м над уровнем моря в живописных местах Карачаево- Черкесии в предгорьях Северного Кавказа. Первичное зеркало имеет диаметр 6.0 м и весит 42 т, фокусное расстояние - 24 м, масса подвижной части телескопа т. Принятый впервые в мире альт- азимутальный принцип движения его оптической оси дал название телескопу и открыл путь для создания крупнейших наземных оптических телескопов. БТА работает в трех фокусах.

75 5.3 Объектив Объектив оптическое устройство, проецирующее изображение на плоскость. В оптике рассматривается, как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид, например Камера- обскура. Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах и зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы. Также, в зависимости от назначения и конструкции, может включать следующие элементы: диафрагму, для управления количеством проходящего света, систему фокусировки, затвор. Объектив Canon L

76 Объективы применяются в фото-, кино- и видеосъёмке, проекционной фотопечати, микро- скопах, наблюдательных и измерительных приборах. Объективы применяются в фото-, кино- и видеосъёмке, проекционной фотопечати, микро- скопах, наблюдательных и измерительных приборах. В наблюдательных оптических приборах (дальномер, бинокль, микроскоп) объективом называется (порой весьма условно) первый компонент прибора, создающий изображение, рассматриваемое через окуляр. В этом случае объектив может представлять из себя и рассеивающую линзу (так построены видоискатели многих дальномерных и шкальных фотоаппаратов), а образуемое им изображение может быть мнимым. В наблюдательных оптических приборах (дальномер, бинокль, микроскоп) объективом называется (порой весьма условно) первый компонент прибора, создающий изображение, рассматриваемое через окуляр. В этом случае объектив может представлять из себя и рассеивающую линзу (так построены видоискатели многих дальномерных и шкальных фотоаппаратов), а образуемое им изображение может быть мнимым. Применение Зеркальный фотоаппарат Nikon D5000 Kit

77 Характеристики объективов 1) Главное фокусное расстояние (и возможность его изменения); 1) Главное фокусное расстояние (и возможность его изменения); 2) Максимальное относительное отверстие; 2) Максимальное относительное отверстие; 3) Уровень и характер оптических искажений; 3) Уровень и характер оптических искажений; 4) Разрешающая способность 4) Разрешающая способность 5) Тип или диаметр резьбы для крепления к камере для съёмных объективов. 5) Тип или диаметр резьбы для крепления к камере для съёмных объективов. Оюъектив Sony Carl Zeiss Vario-Sonnar T*24-70mm f/2.8 ZA SSM

78 5.4 Фотоаппарат Фотоаппарат (фотографический аппарат, фотокамера) устройство преобразования светового потока от реального сюжета к виду удобному для документирования (запоминания), выполняющее покадровую фиксацию изображения реального сюжета. В аналоговой фотографии запоминание изображений проводит светочувствительный материал (фотоплёнка, фотопластинка и т. п.). В цифровой фотографии детектирование (обнаружение) изображений проводит матрица, а запоминание проводится в буферной и внешней флэш-памяти цифровых фотоаппаратов. Фотоаппарат Лейка II, модель 1932 г.

79 История Между XI и XVI веками люди пользовались прибором, который назывался «камера- обскура». Между XI и XVI веками люди пользовались прибором, который назывался «камера- обскура». Он давал возможность проецировать на бумагу изображение, которое затем обводилось от руки, чтобы получить точный рисунок объекта. Ясно, что в действительности эта камера не являлась фотоаппаратом. Он давал возможность проецировать на бумагу изображение, которое затем обводилось от руки, чтобы получить точный рисунок объекта. Ясно, что в действительности эта камера не являлась фотоаппаратом.

80 В 1568 году Даниэлло Барбаро снабдил «камеру-обскура» линзой-объективом и отверстием с изменяющимся диаметром для повышения резкости изображения. В 1802 году Томас Уэджвуд и сэр Хамфри Дэйви методом контактной печати получили силуэты и изображения на бумаге со специальным покрытием, но они не смогли добиться прочных отпечатков. В 1816 году Джозеф Нипс сделал еще несовершенный фотоаппарат из шкатулки и объектива, взятого из микроскопа, и смог с его помощью получить негативное изображение. В 1835 году Уильям Талбот первым сделал позитивы из негативов, а также получил прочные отпечатки. В 1568 году Даниэлло Барбаро снабдил «камеру-обскура» линзой-объективом и отверстием с изменяющимся диаметром для повышения резкости изображения. В 1802 году Томас Уэджвуд и сэр Хамфри Дэйви методом контактной печати получили силуэты и изображения на бумаге со специальным покрытием, но они не смогли добиться прочных отпечатков. В 1816 году Джозеф Нипс сделал еще несовершенный фотоаппарат из шкатулки и объектива, взятого из микроскопа, и смог с его помощью получить негативное изображение. В 1835 году Уильям Талбот первым сделал позитивы из негативов, а также получил прочные отпечатки.

81 В 1839 году Луи Дагер объявил об изобретении дагерротипного процесса, при котором изображение фиксировалось на серебряной пластинке. Шло время, разные люди во всем мире вносили свои усовершенствования в развитие фотографии. И вот, наконец, в 1888 году в продаже появился разработанный компанией «Истмэн Драй Плэйт Энд Филм» фотоаппарат, использующий систему Kodak. Луи Дагер ( )

82 Устройство современного фотоаппарата Современные фотоаппараты состоят из: светонепроницаемого корпуса; оптической системы с системами фокусировки и диафрагмирования; видоискателей; матрицы, или механизмов установки и подачи фотоплёнки; фотографического затвора; устройств экспозамера и расчёта экспопары (экспозиции и диафрагмы); микропроцессоров; автоматики; электроники; LCD; карт памяти; ламп- вспышек; аккумуляторов и т. д. Цифровой фотоаппарат Sony CyberShot DSC-W15

83 В процессе выбора объекта съёмки и наведения резкости фотограф наблюдает через окуляр видоискателя (8) реальное изображение, воспринимаемое объективом камеры (1) и проецируемое зеркалом (2) на матовое стекло (5). Схема однообъективного зеркального фотоаппарата

84 Соответствие границ изображения, наблюдаемого через видоискатель, тому, что проецируется на пленку или матрицу поле зрения видоискателя является важной характеристикой качества зеркальной камеры. У хороших камер оно составляет %. Меньшие показатели заставляют фотографа делать мысленную поправку, учитывая, что реально снятый кадр будет несколько больше того, что он видит в видоискателе. Соответствие границ изображения, наблюдаемого через видоискатель, тому, что проецируется на пленку или матрицу поле зрения видоискателя является важной характеристикой качества зеркальной камеры. У хороших камер оно составляет %. Меньшие показатели заставляют фотографа делать мысленную поправку, учитывая, что реально снятый кадр будет несколько больше того, что он видит в видоискателе.

85 Пентапризма (7) обеспечивает переворот изображения в естественное положение, соответствующее тому, что фотограф видит невооружённым глазом. Пентапризма (7) обеспечивает переворот изображения в естественное положение, соответствующее тому, что фотограф видит невооружённым глазом. После окончания наводки при нажатии на спуск специальный механизм убирает зеркало (2) из оптического тракта камеры, затвор (3) открывается на время выдержки, и изображение проецируется на фотоплёнку или матрицу (4). После окончания наводки при нажатии на спуск специальный механизм убирает зеркало (2) из оптического тракта камеры, затвор (3) открывается на время выдержки, и изображение проецируется на фотоплёнку или матрицу (4). Исполнительная часть системы стабилизации может быть непосредственно связана с матрицей фотоаппарата (Pentax, Minolta, Sony), а может находиться в объективе (Canon, Nikon, Panasonic). Исполнительная часть системы стабилизации может быть непосредственно связана с матрицей фотоаппарата (Pentax, Minolta, Sony), а может находиться в объективе (Canon, Nikon, Panasonic).

86 Специальные фотоаппараты В научных и технических целях применяются специальные фотоаппараты, обеспечивающие решение особых задач например, фотоаппараты для аэрофотосъемки, астросъёмки, микросъёмки, высокоскоростные фотоаппараты, фотоаппараты для съёмки за пределами видимого спектра и др. В научных и технических целях применяются специальные фотоаппараты, обеспечивающие решение особых задач например, фотоаппараты для аэрофотосъемки, астросъёмки, микросъёмки, высокоскоростные фотоаппараты, фотоаппараты для съёмки за пределами видимого спектра и др. Существуют также стереоскопические фотоаппараты, снимающие одновременно два кадра через два объектива, расположенных на заданном расстоянии один от другого. При рассматривании таких парных снимков через стереоскоп можно увидеть объёмное изображение и измерить дальность до объекта. Существуют также стереоскопические фотоаппараты, снимающие одновременно два кадра через два объектива, расположенных на заданном расстоянии один от другого. При рассматривании таких парных снимков через стереоскоп можно увидеть объёмное изображение и измерить дальность до объекта. Зеркальный фотоаппарат с стереоскопический объективом Canon Eos 3D

87 Дагерротип братьев Сюсс за $ мая 2007 г. на аукционе в Вене ушла с молотка самая старая в мире фотокамера. Раритетная камера под названием «Дагерротип братьев Сюсс» (Daguerrotype Susses Freres) была продана практически за долларов США. Таким образом, установлен рекорд самой дорогой фотокамеры, когда-либо проданной на аукционе. Победитель онлайн-торгов, которые были организованы венской галереей «Westlicht», пожелал остаться неизвестным.

88 Проданный в Вене «Дагерротип» единственная фотокамера такого класса. До того, как эта камера была найдена пылящейся на старом мюнхенском чердаке, эксперты считали существование подобной техники мифом, ибо доказательств обратного не появлялось на протяжении многих лет. Проданный в Вене «Дагерротип» единственная фотокамера такого класса. До того, как эта камера была найдена пылящейся на старом мюнхенском чердаке, эксперты считали существование подобной техники мифом, ибо доказательств обратного не появлялось на протяжении многих лет. Назначенная стартовая цена за старинную фотокамеру составила сто тысяч евро. Ушедшая с молотка камера впервые была представлена широкой публике задолго до того, как подобный продукт был анонсирован родственником Дагерра Альфонсом Жиро, который придумал технологию дагерротипии. Камера Жиро получила большое распространение, как первая, нацеленная на настоящий коммерческий успех. В музеях мира хранится около десяти подобных фотокамер.

89 Глаз (лат. oculus) сенсорный орган животных и человека, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Через глаз поступает 90% информации из окружающего мира. 5.5 Глаз как оптическая система

90 Человеческий глаз с оптической точки зрения представляет собой такой же фотоаппарат. Такое же (действительное, уменьшенное, перевернутое) изображение создается на задней стенке глаза – на светочувствительном желтом пятне, в котором сосредоточены особые окончание зрительных нервов – колбочки и палочки. Их раздражение светом передается нервам в мозг и вызывает ощущение видения. У глаза есть объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, даже крышка объектива веко. Человеческий глаз с оптической точки зрения представляет собой такой же фотоаппарат. Такое же (действительное, уменьшенное, перевернутое) изображение создается на задней стенке глаза – на светочувствительном желтом пятне, в котором сосредоточены особые окончание зрительных нервов – колбочки и палочки. Их раздражение светом передается нервам в мозг и вызывает ощущение видения. У глаза есть объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, даже крышка объектива веко.

91 Во многих отношениях глаз совершеннее современных фотоаппаратов. Он автоматически наводится на резкость – измерением кривизны хрусталика под действием глазных мускулов, т. е. изменением фокусного расстояния. Автоматически диафрагмируются – сужением зрачка при переходе из темного помещения в светлое. Глаз дает цветное изображение, «запоминает» зрительные образы. Вообще, биологи и медики пришли к выводу, что глаз – вынесенная на периферию часть мозга. Во многих отношениях глаз совершеннее современных фотоаппаратов. Он автоматически наводится на резкость – измерением кривизны хрусталика под действием глазных мускулов, т. е. изменением фокусного расстояния. Автоматически диафрагмируются – сужением зрачка при переходе из темного помещения в светлое. Глаз дает цветное изображение, «запоминает» зрительные образы. Вообще, биологи и медики пришли к выводу, что глаз – вынесенная на периферию часть мозга.

92 Зрение двумя глазами позволяет видеть предмет с разных сторон, т. е. осуществлять объемное зрение. Но, как все на свете, даже такое совершенное создание природы, как глаз, не лишено недостатков. Во- первых, глаз реагирует только на видимый свет (и при этом с помощью зрения мы воспринимаем до 90% всей информации). Во-вторых, глаз подвержен многим заболеваниям, самым распространенным из которых является близорукость – лучи сводятся ближе сетчатки и дальнозоркость – резкое изображение за сетчаткой. Зрение двумя глазами позволяет видеть предмет с разных сторон, т. е. осуществлять объемное зрение. Но, как все на свете, даже такое совершенное создание природы, как глаз, не лишено недостатков. Во- первых, глаз реагирует только на видимый свет (и при этом с помощью зрения мы воспринимаем до 90% всей информации). Во-вторых, глаз подвержен многим заболеваниям, самым распространенным из которых является близорукость – лучи сводятся ближе сетчатки и дальнозоркость – резкое изображение за сетчаткой.

93 a) Нормальный глаз b) Близорукий глаз c) Дальнозоркий глаз В обоих случаях на сетчатке создается нерезкое изображение. Оптика позволяет помочь этим недугам. В случае близорукости надо подобрать очки с вогнутыми линзами соответствующей оптической силы. При дальнозоркости, наоборот, надо помочь глазу свести лучи на сетчатке, очки должны быть выпуклыми и тоже соответствующей оптической силы. Так же для коррекции зрения используют контактные линзы.

94 Бионический глаз Бионический глаз (англ. Bionic Eye) протез сетчатки глаза высокого разрешения, разработанный Дэниелом Паланкером (англ. Daniel Palanker), сотрудником Стэндфордского университета (Stanford University) и его научной группой "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий" (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies).

95 Они разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения или "Бионический глаз" (Bionic Eye), обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантантов. Они разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения или "Бионический глаз" (Bionic Eye), обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантантов.

96 Из заявления американских ученых к 2009 году глазной протез можно будет увидеть на потребительском рынке. Об этом сообщил профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США). Из заявления американских ученых к 2009 году глазной протез можно будет увидеть на потребительском рынке. Об этом сообщил профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США). В настоящее время в США уже разработан и испытывается на животных протез сетчатки глаза с более 2,5 тыс. пикселей. В настоящее время в США уже разработан и испытывается на животных протез сетчатки глаза с более 2,5 тыс. пикселей.

97 Разработанный Паланкером «Протез сетчатки глаза» отличается применением фотодатчика с отверстиями в теле с количеством пикселей более 2,5 тыс. и расстоянием между ними в 7 мкм. Это позволило в десятки раз повысить разрешающую способность сетчатки глаза. Старый про- тез на базе сплошной конструкции с выступающими катодами в количестве не более 100 штук не позволял увеличивать количество фотодиодов (пикселей) из-за нагрева, что не желательно для нервных окончаний сетчатки глаза. Разработанный Паланкером «Протез сетчатки глаза» отличается применением фотодатчика с отверстиями в теле с количеством пикселей более 2,5 тыс. и расстоянием между ними в 7 мкм. Это позволило в десятки раз повысить разрешающую способность сетчатки глаза. Старый про- тез на базе сплошной конструкции с выступающими катодами в количестве не более 100 штук не позволял увеличивать количество фотодиодов (пикселей) из-за нагрева, что не желательно для нервных окончаний сетчатки глаза. Дырчатая конструкция после имплантации позволила нервным клеткам сетчатки автоматически перетекать с верхней и нижней поверхностей фотодатчика через полости и соединяться, а также уменьшить нагрев пикселей и увеличить их количество.

98 6. Применение оптических систем в науке и технике Применение, а также роль оптических систем в науке и технике очень велико. Не изучая оптические явления и не развивая оптические инструменты, человечество не было бы на столь высоком уровне развития техники. Применение, а также роль оптических систем в науке и технике очень велико. Не изучая оптические явления и не развивая оптические инструменты, человечество не было бы на столь высоком уровне развития техники. Почти все современные оптические приборы предназначены для непосредственного визуального наблюдения оптических явлений. Почти все современные оптические приборы предназначены для непосредственного визуального наблюдения оптических явлений.

99 Законы построения изображения служат основой для построения разнообразных оптических приборов. Основной частью любого оптического прибора является некоторая оптическая система. В одних оптических приборах изображение получается на экране, другие приборы предназначены для работы с глазом, в последнем случае прибор и глаз представляют как бы единую оптическую систему и изображение получается на сетчатой оболочке глаза. Законы построения изображения служат основой для построения разнообразных оптических приборов. Основной частью любого оптического прибора является некоторая оптическая система. В одних оптических приборах изображение получается на экране, другие приборы предназначены для работы с глазом, в последнем случае прибор и глаз представляют как бы единую оптическую систему и изображение получается на сетчатой оболочке глаза. Для исследования малых объектов, практически незаметных глазу используют лупу, а если её увеличения не достаточно, тогда применяют микроскопы. Современные астрономические исследования не были бы возможными без телескопов. Стереоскоп позволяет нам увидеть всю глубину пространства, объем деталей предмета. Для исследования малых объектов, практически незаметных глазу используют лупу, а если её увеличения не достаточно, тогда применяют микроскопы. Современные астрономические исследования не были бы возможными без телескопов. Стереоскоп позволяет нам увидеть всю глубину пространства, объем деталей предмета. Микроскоп Лупа

100 В медицине широкое применение нашли очки и контактные линзы, которые помогают человеку скорректировать зрение, так же так же в медицине нашли применение и эндоскопы, которые позволяют видеть объекты через маленькие отверстия (используются при операциях и т.д.). Такие оптические системы как бинокли, стереотрубы, перископы широко применяются в военной технике при наблюдении за объектами, шпионажем и т.д. В медицине широкое применение нашли очки и контактные линзы, которые помогают человеку скорректировать зрение, так же так же в медицине нашли применение и эндоскопы, которые позволяют видеть объекты через маленькие отверстия (используются при операциях и т.д.). Такие оптические системы как бинокли, стереотрубы, перископы широко применяются в военной технике при наблюдении за объектами, шпионажем и т.д. Бинокль Эндоскоп

101 Изучение свойств света, идущего в телах с большим показателем преломления привело к открытию полного внутреннего отражения. Это свойство широко применяется при изготовлении и использовании оптоволокна. Оптическое волокно позволяет проводить любое оптическое излучение без потерь. Использование оптоволокна в системах связи позволило получить высокоскоростные каналы для получения и отправки информации. Изучение свойств света, идущего в телах с большим показателем преломления привело к открытию полного внутреннего отражения. Это свойство широко применяется при изготовлении и использовании оптоволокна. Оптическое волокно позволяет проводить любое оптическое излучение без потерь. Использование оптоволокна в системах связи позволило получить высокоскоростные каналы для получения и отправки информации. Использование лазеров и систем фокусировки позволяет фокусировать лазерное излучение в одной точке, что применяется в резке различных веществ, в устройствах для чтения и записи компакт-дисков, в лазерных дальномерах. Использование лазеров и систем фокусировки позволяет фокусировать лазерное излучение в одной точке, что применяется в резке различных веществ, в устройствах для чтения и записи компакт-дисков, в лазерных дальномерах.

102 Благодаря оптическим системам было произведено много научных открытий и достижений. Развитие оптического приборостроения в СССР связано с блестящими открытиями русских ученых П.Н. Лебедева, Б.Б. Голицына, П.П. Лазарева, А.С. Рождественского, С.И. Вавилова, А.Ф. Иоффе, Т.П. Кравеца, а также наших современников М.М. Русинова, Д.С. Волосова и многих других. Благодаря оптическим системам было произведено много научных открытий и достижений. Развитие оптического приборостроения в СССР связано с блестящими открытиями русских ученых П.Н. Лебедева, Б.Б. Голицына, П.П. Лазарева, А.С. Рождественского, С.И. Вавилова, А.Ф. Иоффе, Т.П. Кравеца, а также наших современников М.М. Русинова, Д.С. Волосова и многих других. Оптические системы используются во всех сферах научной деятельности, от биологии до физики. Поэтому, можно сказать, что сфера применения оптических систем в науке и технике – безгранична. Оптические системы используются во всех сферах научной деятельности, от биологии до физики. Поэтому, можно сказать, что сфера применения оптических систем в науке и технике – безгранична.

103 Заключение Практическое значение оптики и её влияние на другие отрасли знания исключительно велики. Изобретение телескопа и спектроскопа открыло перед человеком удивительнейший и богатейший мир явлений, происходящих в необъятной Вселенной. Изобретение микроскопа произвело революцию в биологии. Фотография помогла и продолжает помогать чуть ли не всем отраслям науки. Одним из важнейших элементов научной аппаратуры является линза. Без неё не было бы микроскопа, телескопа, спектроскопа, фотоаппарата, кино, телевидения и т.п. не было бы очков, без которых многие люди были бы лишены возможности читать и выполнять многие работы, связанные со зрением.

104 Физиологическая оптика предоставляет неотъемлемую помощь для зрительного анализатора. Область явлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтому неудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях. Изобретение лазеров открыло новые широчайшие возможности не только в оптике, но и в её приложениях в различных отраслях науки и техники. За время написание своей работы я узнал много нового и интересного, получил ответы на все свои вопросы и задачи. В заключении я могу добавить, что оптика – это очень занимательная и поучительная тема для изучения.

105 Вывод 1) Исследованы и изучены основные понятия и зависимости физической и геометрической оптики, необходимые для обоснования принципа действия оптических систем; 2) Дана теория основных видов оптических систем (микроскопов, телескопических систем, фотографических объективов) и представлен глаз как оптическая система; 3) Описаны основные детали и узлы этих оптических систем.