Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ОБЪЕКТИ́В

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 23. Москва, 2013, стр. 607-608

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. П. Грамматин

ОБЪЕКТИ́В, оп­ти­че­ская сис­те­ма (или её часть), об­ра­щён­ная к объ­ек­ту на­блю­де­ния или съём­ки, фор­ми­рую­щая дей­ст­ви­тель­ное, как пра­ви­ло по­вёр­ну­тое на 180° от­но­си­тель­но объ­ек­та, изо­бра­же­ние. Это изо­бра­же­ние ли­бо рас­смат­ри­ва­ет­ся ви­зу­аль­но в оку­ляр (в оп­тич. при­бо­рах на­блю­де­ния), ли­бо по­лу­ча­ет­ся на све­то­рас­сеи­ваю­щей по­верх­но­сти – эк­ра­не (при про­еци­ро­ва­нии изо­бра­же­ния), ли­бо фик­си­ру­ет­ся (ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся) на све­то­чув­ст­вит. слое фо­то­ма­те­риа­ла или фо­то­элек­трич. при­ём­ни­ке. В за­ви­си­мо­сти от ти­па ис­поль­зуе­мых оп­тич. де­та­лей О. раз­де­ля­ют на лин­зо­вые, зер­каль­ные, зер­каль­но-лин­зо­вые и ки­но­форм­ные. Наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны мно­го­лин­зо­вые О. Ис­поль­зо­ва­ние боль­шо­го чис­ла линз по­зво­ля­ет со­з­да­вать О. с ис­прав­лен­ны­ми абер­ра­ция­ми оп­ти­че­ских сис­тем, од­на­ко умень­ша­ет све­то­про­пус­ка­ние и по­вы­ша­ет риск па­ра­зит­ных пе­ре­от­ра­же­ний, сни­жаю­щих кон­траст изо­бра­же­ния. Важ­ное дос­то­ин­ст­во зер­каль­ных и зер­каль­но-лин­зо­вых О. – от­сут­ст­вие хро­ма­ти­че­ских абер­ра­ций и, как след­ст­вие, воз­мож­ность ра­бо­ты в ши­ро­кой об­лас­ти спек­тра, ог­ра­ни­чен­ной лишь от­ра­жаю­щей спо­соб­но­стью зер­каль­ных по­кры­тий; осн. не­дос­та­ток – эк­ра­ни­ро­ва­ние (за­те­не­ние) центр. час­ти вход­но­го зрач­ка, что при­во­дит к ухуд­ше­нию ка­че­ст­ва изо­бра­же­ния и до­пол­нит. по­те­рям све­та (см. так­же Зер­каль­но-лин­зо­вая сис­те­ма). В ки­но­форм­ных О. на­ря­ду с лин­за­ми и зер­ка­ла­ми (или без них) ис­поль­зу­ют­ся син­те­зи­ро­ван­ные фа­зо­вые го­ло­грам­мы (т. н. ки­но­фор­мы), ана­ло­гич­ные по сво­им абер­рац. свой­ст­вам в мо­но­хро­ма­тич. све­те лин­зам с асфе­рич. по­верх­но­стя­ми. Хро­ма­тич. абер­ра­ции ки­но­фор­мов не за­ви­сят от свойств ма­те­риа­ла, из ко­то­ро­го 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 оп­тич. стё­кол, по­лу­чать О., об­ла­даю­щие вы­со­ким ка­че­ст­вом изо­бра­же­ния и дос­та­точ­но про­стой кон­ст­рук­ци­ей. При­ме­не­ние ки­но­форм­ных О., не со­дер­жа­щих обыч­ных линз и зер­кал, воз­мож­но лишь в со­че­та­нии с ла­зе­ра­ми с вы­со­кой мо­но­хро­ма­тич­но­стью из­лу­че­ния.

Осн. па­ра­мет­ра­ми лю­бо­го О. яв­ля­ют­ся: фо­кус­ное рас­стоя­ние (см. Кар­ди­наль­ные точ­ки и Фо­кус оп­ти­че­ской сис­те­мы), ко­то­рое при за­дан­ном уда­ле­нии объ­ек­та от О. оп­ре­де­ля­ет его оп­тич. уве­ли­че­ние (мас­штаб фор­ми­руе­мо­го изо­бра­же­ния); диа­метр вход­но­го зрач­ка О. (см. Диа­фраг­ма в оп­ти­ке); от­но­си­тель­ное от­вер­стие и вы­ра­жаю­щая­ся че­рез не­го све­то­си­ла О.; уг­ло­вое по­ле (см. По­ле зре­ния). Ка­че­ст­во фор­ми­руе­мо­го О. изо­бра­же­ния ха­рак­те­ри­зу­ют: раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность, ко­эф. пе­ре­да­чи кон­тра­ста изо­бра­же­ния (от­но­ше­ние кон­тра­стов тест-объ­ек­та в ре­аль­ных ус­ло­ви­ях ос­ве­ще­ния и в т. н. стан­дарт­ных – при ос­ве­ще­нии рав­но­яр­кой по­лу­сфе­рой), ко­эф. ин­те­граль­но­го и спек­траль­но­го про­пус­ка­ния све­та, ко­эф. све­то­рас­сея­ния в О., па­де­ние ос­ве­щён­но­сти по по­лю изо­бра­же­ния и др. 

По ха­рак­те­ру оп­тич. кор­рек­ции изо­бра­же­ний совр. О. раз­де­ля­ют на ана­стиг­ма­ты (слож­ный мно­го­лин­зо­вый О., в ко­то­ром зна­чи­тель­но умень­ше­ны ас­тиг­ма­тизм и ос­таль­ные абер­ра­ции, в т. ч. кри­виз­на по­ля изо­бра­же­ния; при боль­шой све­то­си­ле да­ёт вы­со­ко­ка­че­ст­вен­ное изо­бра­же­ние по все­му по­лю; осн. фо­то­гра­фич. О.), ах­ро­ма­ты (О. с час­тич­но ис­прав­лен­ны­ми хро­ма­тич. и сфе­рич. абер­ра­ция­ми, обыч­но со­стоя­щие из двух – со­би­ра­тель­ной и рас­сеи­ваю­щей – скле­ен­ных линз, из­го­тов­лен­ных из не­оди­на­ко­вых по дис­пер­сии све­та сор­тов оп­тич. стек­ла), апо­хро­ма­ты (ха­рак­те­ри­зу­ют­ся бо­лее пол­ным, по срав­не­нию с ах­ро­ма­та­ми, уст­ра­не­ни­ем хро­ма­тич. абер­ра­ций, что дос­ти­га­ет­ся ис­поль­зо­ва­ни­ем линз из спец. сор­тов стек­ла и вве­де­ни­ем в оп­тич. сис­те­му зер­кал), пла­на­хро­ма­ты и пла­на­по­хро­ма­ты (О. с час­тич­ной или пол­ной хро­ма­тич. кор­рек­ци­ей, у ко­то­рых ис­прав­ле­ны кри­виз­на по­ля изо­бра­же­ния и хро­ма­тич. раз­ность уве­ли­че­ния; наи­бо­лее со­вер­шен­ные О.).

По на­зна­че­нию раз­ли­ча­ют фо­то­гра­фич. О (при­ме­ня­ют­ся в фо­то­ап­па­ра­тах, ки­но­съё­моч­ных ап­па­ра­тах, ви­део­ка­ме­рах и др.), про­ек­ци­он­ные О. (в фо­то­уве­ли­чи­те­лях, диа- и эпи­про­ек­то­рах, ки­но­про­ек­ци­он­ных ап­па­ра­тах), О. на­блю­дат. оп­тич. при­бо­ров (зри­тель­ных труб, би­нок­лей, те­ле­ско­пов, мик­ро­ско­пов и др.), а так­же ре­про­дук­ци­он­ные объ­ек­ти­вы.

Фо­то­гра­фи­че­ские О., или фо­то­объ­ек­ти­вы (к ним так­же от­но­сят ана­ло­гич­ные О. пе­ре­даю­щих те­ле­ви­зи­он­ных ка­мер, при­бо­ров ноч­но­го ви­де­ния, те­п­ло­ви­зо­ров и т. п.), соз­да­ют пре­им. умень­шен­ные изо­бра­же­ния уда­лён­ных объ­ек­тов. Мас­штаб соз­да­вае­мо­го О. изо­бра­же­ния про­пор­цио­на­лен фо­кус­но­му рас­стоя­нию f, а ос­ве­щён­ность об­рат­но про­пор­цио­наль­на квад­ра­ту диа­фраг­мен­но­го чис­ла K (K=f/D, где D – диа­метр вход­но­го зрач­ка). Пре­дель­ное зна­че­ние диа­фраг­мен­но­го чис­ла, при ко­то­ром воз­мож­но ис­прав­ле­ние абер­ра­ций, со­став­ля­ет 0,5, ре­аль­но дос­тиг­ну­тые зна­че­ния K⩾0,6 (для боль­шин­ст­ва фо­то­объ­ек­ти­вов 3>K⩾1,2). Фо­то­объ­ек­ти­вы обыч­но со­сто­ят из 3–6 линз (у фо­то­ап­па­ра­тов) и 9–13 линз (у ки­но­съё­моч­ных ап­па­ра­тов). Раз­ли­ча­ют нор­маль­ные, или уни­вер­саль­ные, О. (у ко­то­рых фо­кус­ное рас­стоя­ние при­мер­но рав­но диа­го­на­ли кад­ра; при­год­ны для лю­бой съём­ки), длин­но­фо­кус­ные и ко­рот­ко­фо­кус­ные (с фо­кус­ны­ми рас­стоя­ния­ми со­от­вет­ст­вен­но боль­ше или мень­ше диа­го­на­ли кад­ра; пер­вые при­ме­ня­ют­ся гл. обр. при съём­ке уда­лён­ных пред­ме­тов с боль­шим уве­ли­че­ни­ем, вто­рые – для съём­ки с близ­ко­го рас­стоя­ния круп­ных пред­ме­тов). Су­ще­ст­ву­ют фо­то­объ­ек­ти­вы с пе­ре­мен­ным фо­кус­ным рас­стоя­ни­ем, ко­то­рое в про­цес­се съём­ки мож­но про­из­воль­но из­ме­нять в пре­де­лах, обу­слов­лен­ных кон­ст­рук­ци­ей. См. так­же Съё­моч­ный объ­ек­тив.

О. те­ле­ви­зи­он­ных ка­мер и при­бо­ров ноч­но­го ви­де­ния не от­ли­ча­ют­ся прин­ци­пи­аль­но от фо­то­объ­ек­ти­вов. В О. те­п­ло­ви­зо­ров, ра­бо­таю­щих в даль­ней ИК-об­лас­ти спек­тра (8–14 мкм), ис­поль­зу­ют­ся оп­тич. ма­те­риа­лы с по­ка­за­те­ля­ми пре­лом­ле­ния n>2 (гер­ма­ний, се­ле­нид цин­ка, халь­ко­ге­нид­ные стёк­ла), что по­зво­ля­ет умень­шить ко­ли­че­ст­во линз по срав­не­нию с ана­ло­гич­ны­ми по ха­рак­те­ри­сти­кам О. для ви­ди­мой или ближ­ней ИК-об­лас­тей спек­тра. Ма­лая дис­пер­сия Ge по­зво­ля­ет соз­да­вать О., все лин­зы ко­то­рых вы­пол­не­ны из это­го ма­те­риа­ла, не при­ни­мая спец. мер для уст­ра­не­ния хро­ма­тич. абер­ра­ций. 

О. зри­тель­ных труб, би­нок­лей и те­ле­ско­пов соз­да­ют про­ме­жу­точ­ное изо­бра­же­ние уда­лён­ных объ­ек­тов в пе­ред­ней фо­каль­ной плос­ко­сти оку­ля­ра; име­ют боль­шое фо­кус­ное рас­стоя­ние, вы­со­кую раз­ре­шаю­щую спо­соб­ность и боль­шую све­то­си­лу, что осо­бен­но важ­но при на­блю­де­ни­ях в ус­ло­ви­ях не­дос­та­точ­ной ос­ве­щён­но­сти. Из-за зна­чит. уда­лён­но­сти на­блю­дае­мых объ­ек­тов, рас­смат­ри­вае­мых в зри­тель­ную тру­бу или те­ле­скоп, они ха­рак­те­ри­зу­ют­ся не ли­ней­ны­ми, а уг­ло­вы­ми раз­ме­ра­ми. Со­от­вет­ст­вен­но ха­рак­те­ри­сти­ка­ми О. этой груп­пы слу­жат уг­ло­вое уве­ли­че­ние, уг­ло­вая раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность и угол по­ля зре­ния. При диа­мет­рах О., не пре­вы­шаю­щих 100 мм, наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ным яв­ля­ет­ся О., со­стоя­щий из двух скле­ен­ных линз. При бо́ль­ших диа­мет­рах лин­зы не склеи­ва­ют. На­чи­ная с диа­мет­ра 500–800 мм ис­поль­зу­ют зер­каль­ные О., что обу­слов­ле­но труд­но­стя­ми в по­лу­че­нии од­но­род­ных по по­ка­за­те­лю пре­лом­ле­ния круп­ных за­го­то­вок оп­тич. стек­ла. Диа­фраг­мен­ные чис­ла О. те­ле­ско­пов, как пра­ви­ло, K3; уг­ло­вые по­ля не пре­вы­ша­ют 10°; пре­дел раз­ре­ше­ния ε – ми­ним. угол (в се­кун­дах) ме­ж­ду све­тя­щими­ся рав­но­яр­ки­ми объ­ек­та­ми (напр., звёз­да­ми), ко­то­рые вид­ны раз­дель­но, оп­ре­де­ля­ет­ся по фор­му­ле ε=140/D, где D из­ме­ря­ет­ся в мил­ли­мет­рах. 

О. мик­ро­ско­па – важ­ней­шая часть его оп­тич. сис­те­мы, соз­даю­щая уве­ли­чен­ное изо­бра­же­ние объ­ек­та на­блю­де­ния в пе­ред­ней фо­каль­ной плос­ко­сти оку­ля­ра. Мас­штаб изо­бра­же­ния об­рат­но про­пор­цио­на­лен фо­кус­но­му рас­стоя­нию О. и со­став­ля­ет при­мер­но от 1,5 до 100 крат и бо­лее. Пре­дел раз­ре­ше­ния мик­ро­ско­па (ми­ним. рас­стоя­ние ме­ж­ду цен­тра­ми све­тя­щих­ся то­чек объ­ек­та, ви­ди­мых раз­дель­но) оп­ре­де­ля­ет­ся ди­фракц. яв­ле­ния­ми в О. и вы­чис­ля­ет­ся по фор­му­ле ε=0,6λ/А, где А – чи­сло­вая апер­ту­ра (обыч­но со­став­ля­ет от 0,01 до 1,4).

Про­ек­ци­он­ные О. соз­да­ют уве­ли­чен­ные изо­бра­же­ния пло­ских объ­ек­тов (ки­но­кад­ров, слай­дов, мик­ро­филь­мов и т. п.) на от­ра­жаю­щих и про­свет­ных эк­ра­нах; по срав­не­нию со съё­моч­ны­ми О. об­ла­да­ют по­вы­шен­ной (в 2–2,5 раза) раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­стью, но мень­ши­ми уг­ло­вы­ми по­ля­ми и диа­фраг­мен­ны­ми чис­ла­ми (K⩽1,8), име­ют вы­со­кий ко­эф. про­пус­ка­ния све­та (0,8–0,9). 

Ре­про­дук­ци­он­ные О., ис­поль­зуе­мые в ре­про­гра­фии и для фо­то­ли­то­гра­фии при про­из-ве мик­ро­схем, со­зда­ют умень­шен­ные 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.

Лит.: Тео­рия оп­ти­че­ских сис­тем. 2-е изд. М., 1981; Ру­си­нов ММ. Ком­по­зи­ция оп­ти­че­ских сис­тем. 2-е изд. М., 2010.

Вернуться к началу