Telescopio Keplero. Modello computerizzato di un telescopio

Con l'aiuto dei telescopi, di solito esaminano oggetti distanti, i cui raggi formano raggi quasi paralleli e debolmente divergenti. Il compito principale è aumentare la divergenza angolare di questi raggi in modo che le loro sorgenti appaiano risolte sulla retina (non fuse in un punto).

La figura mostra il percorso dei raggi dentro Tubo di Keplero, costituito da due lenti convergenti, il fuoco posteriore dell'obiettivo coincide con il fuoco anteriore dell'oculare. Supponiamo di considerare due punti su un corpo distante, come la Luna. Il primo punto emette un raggio parallelo all'asse ottico principale (non mostrato), e il secondo, un raggio obliquo disegnato nel disegno, che forma un piccolo angolo φ rispetto al primo. Se l’angolo φ è inferiore a 1’, le immagini di entrambi i punti sulla retina si uniranno. È necessario aumentare l'angolo di divergenza dei raggi. Come farlo è mostrato nel disegno. Il fascio obliquo viene raccolto in un piano focale comune e poi diverge. Ma poi viene convertito in parallelo dalla seconda lente. Dopo la seconda lente, questo raggio parallelo viaggia con un angolo φ’ molto maggiore rispetto al raggio assiale. Un semplice ragionamento geometrico permette di trovare l'ingrandimento (angolare) dello strumento.

Il punto del piano focale in cui viene raccolto il fascio obliquo è determinato dal raggio centrale del fascio che passa attraverso la prima lente senza rifrazione. Per determinare l'angolo di trasmissione di questo fascio attraverso la seconda lente è sufficiente considerare la sorgente ausiliaria in questo punto del piano focale. I raggi emessi da esso si trasformeranno in un raggio parallelo dopo la seconda lente. Sarà parallelo al raggio centrale della seconda lente (figura). Ciò significa che il raggio disegnato nella figura in alto si sposterà con lo stesso angolo φ’ rispetto all’asse ottico. È chiaro che e, quindi. L'ingrandimento strumentale del tubo di Keplero è uguale al rapporto delle lunghezze focali, quindi l'obiettivo ha sempre una lunghezza focale molto maggiore. Per descrivere correttamente l'azione del tubo è necessario considerare i fasci inclinati. La trave parallela all'asse viene trasformata dal tubo in una trave di diametro inferiore.

Pertanto, nella pupilla dell'occhio entra più energia luminosa rispetto a quando si osserva direttamente, ad esempio, le stelle. Le stelle sono così piccole che le loro immagini si formano sempre su un "pixel" dell'occhio. Usando un telescopio non possiamo ottenere un'immagine estesa di una stella sulla retina. Tuttavia, la luce delle stelle debolmente luminose può essere "concentrata". Pertanto, attraverso il tubo è possibile vedere stelle invisibili all'occhio. Allo stesso modo si spiega perché le stelle possono essere osservate al telescopio anche di giorno, quando osservate con un occhio semplice, la loro debole luce non è visibile sullo sfondo di un'atmosfera intensamente luminosa.

Il tubo di Keplero presenta due difetti che sono stati corretti La tromba di Galileo. Innanzitutto la lunghezza del tubo di Keplero è pari alla somma delle lunghezze focali dell'obiettivo e dell'oculare. Cioè, questa è la lunghezza massima possibile. In secondo luogo, e soprattutto, questo tubo è scomodo da usare in condizioni terrestri perché produce un'immagine invertita. Un fascio di raggi rivolto verso il basso viene convertito in un fascio ascendente. Per le osservazioni astronomiche questo non è così importante, ma nei telescopi per l'osservazione di oggetti terrestri è necessario realizzare speciali sistemi “invertenti” dai prismi.

La tromba di Galileoè disposto diversamente (figura a sinistra).

È costituito da una lente convergente (obiettivo) e divergente (oculare), con il fuoco comune ora a destra. Ora la lunghezza del tubo non è la somma, ma la differenza tra le lunghezze focali dell'obiettivo e dell'oculare. Inoltre, poiché i raggi deviano dall'asse ottico in una direzione, l'immagine risulta diritta. Il percorso del raggio e la sua trasformazione, aumentando l'angolo φ è mostrato in figura. Dopo aver effettuato un ragionamento geometrico un po' più complesso, arriviamo alla stessa formula per l'ingrandimento strumentale del tubo di Galilea. .

Per osservare gli oggetti astronomici occorre risolvere un altro problema. Gli oggetti astronomici sono generalmente debolmente luminosi. Pertanto, una piccolissima quantità di luce entra nella pupilla dell'occhio. Per aumentarla è necessario “raccogliere” la luce dalla superficie più ampia possibile su cui cade. Pertanto, il diametro della lente dell'obiettivo è reso il più grande possibile. Ma le lenti di grande diametro sono molto pesanti, sono anche difficili da produrre e sono sensibili agli sbalzi di temperatura e alla deformazione meccanica, che distorcono l'immagine. Pertanto, invece di telescopi rifrattori(rifrangere), cominciò ad essere usato più spesso telescopi riflettenti(riflettere- riflettere). Il principio di funzionamento del riflettore è che il ruolo della lente, che fornisce l'immagine reale, non è svolto da una lente convergente, ma da uno specchio concavo. L'immagine a destra mostra un telescopio riflettore portatile dal design molto ingegnoso di Maksutov. Un ampio fascio di raggi viene raccolto da uno specchio concavo, ma, prima di raggiungere il fuoco, viene ruotato da uno specchio piano in modo che il suo asse diventi perpendicolare all'asse del tubo. Il punto s è il fuoco dell'oculare: una piccola lente. Successivamente il raggio, divenuto quasi parallelo, viene osservato ad occhio. Lo specchio quasi non interferisce con il flusso luminoso che entra nel tubo. Il design è compatto e conveniente. Il telescopio è puntato verso il cielo e lo spettatore lo guarda lateralmente anziché lungo il suo asse. Pertanto, la linea di vista è orizzontale e comoda per l'osservazione.

Nei grandi telescopi non è possibile realizzare lenti con un diametro superiore al metro. È possibile realizzare uno specchio metallico concavo di alta qualità con un diametro fino a 10 M. Gli specchi sono più resistenti agli influssi della temperatura, motivo per cui tutti i telescopi moderni più potenti sono riflettori.

Argomenti del codificatore dell'Esame di Stato Unificato: strumenti ottici.

Come sappiamo dall'argomento precedente, per guardare un oggetto più in dettaglio è necessario aumentare l'angolo di campo. Allora l'immagine dell'oggetto sulla retina sarà più grande, e questo porterà all'irritazione di un maggior numero di terminazioni nervose nel nervo ottico; Maggiori informazioni visive verranno inviate al cervello e potremo vedere nuovi dettagli dell'oggetto in questione.

Perché l'angolo visivo è piccolo? I motivi sono due: 1) l'oggetto in sé è di piccole dimensioni; 2) l'oggetto, pur essendo di dimensioni piuttosto grandi, si trova lontano.

Strumenti ottici - Questi sono dispositivi per aumentare l'angolo di visione. Una lente d'ingrandimento e un microscopio vengono utilizzati per esaminare piccoli oggetti. I telescopi (così come binocoli, telescopi, ecc.) vengono utilizzati per visualizzare oggetti distanti.

Occhio nudo.

Iniziamo guardando piccoli oggetti ad occhio nudo. D'ora in poi l'occhio è considerato normale. Ricordiamo che un occhio normale in stato rilassato focalizza un fascio di luce parallelo sulla retina, e la distanza di visione migliore per un occhio normale è di cm.

Poniamo un oggetto di piccole dimensioni alla distanza di migliore visione dall'occhio (Fig. 1). Sulla retina appare un'immagine invertita di un oggetto, ma, come ricorderete, questa immagine viene poi invertita una seconda volta nella corteccia cerebrale e di conseguenza vediamo l'oggetto normalmente, non capovolto.

A causa della piccolezza dell'oggetto, anche l'angolo di campo è piccolo. Ricordiamo che il piccolo angolo (in radianti) non è quasi diverso dalla sua tangente: . Ecco perché:

. (1)

Se R distanza dal centro ottico dell'occhio alla retina, quindi la dimensione dell'immagine sulla retina sarà uguale a:

. (2)

Da (1) e (2) abbiamo anche:

. (3)

Come sai, il diametro dell'occhio è di circa 2,5 cm, quindi . Pertanto, dalla (3) segue che quando si osserva un piccolo oggetto ad occhio nudo, l'immagine dell'oggetto sulla retina è circa 10 volte più piccola dell'oggetto stesso.

Lente d'ingrandimento.

Puoi ingrandire l'immagine di un oggetto sulla retina utilizzando una lente di ingrandimento.

Lente d'ingrandimento - è semplicemente una lente convergente (o sistema di lenti); La lunghezza focale di una lente d'ingrandimento varia solitamente da 5 a 125 mm. Un oggetto visto attraverso una lente d'ingrandimento è posto nel suo piano focale (Fig. 2). In questo caso, i raggi emanati da ciascun punto dell'oggetto diventano paralleli dopo aver attraversato la lente d'ingrandimento e l'occhio li focalizza sulla retina senza avvertire alcuno sforzo.

Ora, come vediamo, l'angolo di visione è pari a . È anche piccolo e approssimativamente uguale alla sua tangente:

. (4)

Misurare l l’immagine retinica è ora uguale a:

. (5)

oppure, tenendo conto della (4):

. (6)

Come nella Fig. 1, anche la freccia rossa sulla retina è diretta verso il basso. Ciò significa che (tenendo conto dell'inversione secondaria dell'immagine da parte della nostra coscienza) attraverso una lente d'ingrandimento vediamo un'immagine non invertita dell'oggetto.

Lente d'ingrandimento è il rapporto tra la dimensione dell'immagine quando si utilizza una lente di ingrandimento e la dimensione dell'immagine quando si osserva un oggetto ad occhio nudo:

. (7)

Sostituendo qui le espressioni (6) e (3), otteniamo:

. (8)

Ad esempio, se la lunghezza focale di una lente d'ingrandimento è 5 cm, il suo ingrandimento sarà . Se osservato attraverso una lente di ingrandimento di questo tipo, un oggetto appare cinque volte più grande di quando viene osservato ad occhio nudo.
Sostituiamo anche le relazioni (5) e (2) nella formula (7):

Pertanto, l'ingrandimento di una lente d'ingrandimento è un ingrandimento angolare: è uguale al rapporto tra l'angolo visivo quando si guarda un oggetto attraverso una lente d'ingrandimento e l'angolo visivo quando si guarda questo oggetto ad occhio nudo.

Tieni presente che l'ingrandimento di una lente d'ingrandimento è un valore soggettivo: dopo tutto, il valore nella formula (8) è la distanza della migliore visione per un occhio normale. Nel caso di un occhio miope o ipermetrope, la distanza di visione migliore sarà corrispondentemente più piccola o più grande.

Dalla formula (8) ne consegue che minore è la lunghezza focale, maggiore è l'ingrandimento di una lente d'ingrandimento. La riduzione della lunghezza focale di una lente convergente si ottiene aumentando la curvatura delle superfici rifrangenti: la lente deve essere resa più convessa e quindi ridurne le dimensioni. Quando l'ingrandimento raggiunge 40–50, la dimensione della lente d'ingrandimento diventa di diversi millimetri. Con una dimensione ancora più piccola della lente d'ingrandimento diventerà impossibile utilizzarla, quindi è considerato il limite superiore dell'ingrandimento della lente d'ingrandimento.

Microscopio.

In molti casi (ad esempio in biologia, medicina, ecc.) è necessario osservare piccoli oggetti con un ingrandimento di diverse centinaia. Una lente d'ingrandimento non è sufficiente, quindi le persone ricorrono al microscopio.

Il microscopio contiene due lenti collettrici (o due sistemi di tali lenti): un obiettivo e un oculare. È facile da ricordare: l'obiettivo è rivolto verso l'oggetto e l'oculare è rivolto verso l'occhio (l'occhio).

L'idea di un microscopio è semplice. L'oggetto visualizzato si trova tra il fuoco e il doppio fuoco dell'obiettivo, in modo che l'obiettivo produca un'immagine ingrandita (veramente invertita) dell'oggetto. Questa immagine si trova nel piano focale dell'oculare e viene quindi vista attraverso l'oculare come se attraverso una lente d'ingrandimento. Di conseguenza, è possibile ottenere un aumento finale molto superiore a 50.

Il percorso dei raggi al microscopio è mostrato in Fig. 3.

Le designazioni nella figura sono chiare: - lunghezza focale dell'obiettivo - lunghezza focale dell'oculare - dimensione dell'oggetto; - la dimensione dell'immagine dell'oggetto prodotta dall'obiettivo. Si chiama la distanza tra i piani focali della lente e dell'oculare lunghezza del tubo ottico microscopio

Tieni presente che la freccia rossa sulla retina è diretta verso l'alto. Il cervello lo capovolgerà una seconda volta e, di conseguenza, l'oggetto apparirà sottosopra se osservato al microscopio. Per evitare che ciò accada, il microscopio utilizza lenti intermedie che invertono ulteriormente l'immagine.

L'ingrandimento di un microscopio si determina allo stesso modo di una lente d'ingrandimento: . Qui, come sopra, e sono le dimensioni dell'immagine sulla retina e l'angolo di campo quando si osserva un oggetto al microscopio, e sono gli stessi valori quando si osserva un oggetto ad occhio nudo.

Abbiamo ancora , e l'angolo, come si può vedere dalla Fig. 3 è uguale a:

Dividendo per , otteniamo per l'ingrandimento al microscopio:

. (9)

Questa, ovviamente, non è la formula finale: contiene e (valori relativi all'oggetto), ma mi piacerebbe vedere le caratteristiche del microscopio. Elimineremo la relazione non necessaria utilizzando la formula della lente.
Innanzitutto, diamo un'occhiata di nuovo alla Fig.. 3 e usa la somiglianza dei triangoli rettangoli con i cateti rossi e:

Ecco la distanza dall'immagine all'obiettivo, - UN- distanza dall'oggetto H all'obiettivo. Ora usiamo la formula dell'obiettivo per l'obiettivo:

da cui otteniamo:

e sostituiamo questa espressione nella (9):

. (10)

Questa è l'espressione finale dell'ingrandimento fornito da un microscopio. Ad esempio, se la lunghezza focale dell'obiettivo è cm, la lunghezza focale dell'oculare è cm e la lunghezza ottica del tubo è cm, quindi secondo la formula (10)

Confrontalo con l'ingrandimento della sola lente, che viene calcolato utilizzando la formula (8):

L'ingrandimento del microscopio è 10 volte maggiore!

Passiamo ora agli oggetti abbastanza grandi, ma troppo lontani da noi. Per osservarli meglio vengono utilizzati i telescopi: telescopi, binocoli, telescopi, ecc.

L'obiettivo del telescopio è una lente convergente (o sistema di lenti) con una lunghezza focale sufficientemente grande. Ma l'oculare può essere una lente convergente o divergente. Di conseguenza, ci sono due tipi di telescopi:

Tubo di Keplero - se l'oculare è una lente convergente;
- Tubo galileiano - se l'oculare è una lente divergente.

Diamo uno sguardo più da vicino a come funzionano questi telescopi.

Tubo di Keplero.

Il principio di funzionamento di un tubo di Keplero è molto semplice: la lente produce un'immagine di un oggetto distante nel suo piano focale, e quindi questa immagine viene vista attraverso l'oculare come se attraverso una lente d'ingrandimento. Pertanto, il piano focale posteriore dell'obiettivo coincide con il piano focale anteriore dell'oculare.

Il percorso dei raggi nel tubo di Keplero è mostrato in Fig. 4 .

Riso. 4

L'oggetto è una freccia lontana che punta verticalmente verso l'alto; non è mostrato nella figura. Il raggio proveniente dal punto corre lungo l'asse ottico principale dell'obiettivo e dell'oculare. Dal punto provengono due raggi che, a causa della distanza dell'oggetto, possono essere considerati paralleli.

Di conseguenza, l'immagine del nostro oggetto data dalla lente si trova nel piano focale della lente ed è reale, invertita e ridotta. Indichiamo la dimensione dell'immagine.

Un oggetto è visibile ad occhio nudo da un angolo. Secondo la fig. 4:

, (11)

dove è la lunghezza focale dell'obiettivo.

Vediamo l'immagine dell'oggetto attraverso l'oculare con un angolo pari a:

, (12)

dove è la lunghezza focale dell'oculare.

Ingrandimento del telescopio è il rapporto tra l'angolo visivo osservato attraverso un tubo e l'angolo visivo osservato ad occhio nudo:

Secondo le formule (12) e (11) si ottiene:

(13)

Ad esempio, se la lunghezza focale dell'obiettivo è 1 me la lunghezza focale dell'oculare è 2 cm, allora l'ingrandimento del telescopio sarà pari a: .

Il percorso dei raggi in un tubo di Keplero è fondamentalmente lo stesso di un microscopio. Anche l'immagine dell'oggetto sulla retina sarà una freccia che punta verso l'alto, e quindi nel tubo di Keplero vedremo l'oggetto capovolto. Per evitare ciò, nello spazio tra la lente e l'oculare vengono posti speciali sistemi di avvolgimento di lenti o prismi, che ribaltano ancora una volta l'immagine.

La tromba di Galileo.

Galileo inventò il suo telescopio nel 1609 e le sue scoperte astronomiche scioccarono i suoi contemporanei. Scoprì i satelliti di Giove e le fasi di Venere, vide i rilievi lunari (montagne, depressioni, valli) e le macchie sul Sole, e l'apparentemente solida Via Lattea si rivelò essere un ammasso di stelle.

L'oculare del telescopio galileiano è una lente divergente; Il piano focale posteriore dell'obiettivo coincide con il piano focale posteriore dell'oculare (Fig. 5).

Riso. 5.

Se non ci fosse l'oculare, allora ci sarebbe l'immagine della freccia lontana
piano focale dell'obiettivo. Nella figura, questa immagine è mostrata come una linea tratteggiata, perché in realtà non c'è!

Ma non è lì perché i raggi provenienti dal punto, che dopo aver attraversato la lente sono diventati convergenti nel punto, non raggiungono e cadono sull'oculare. Dopo l'oculare ritornano paralleli e vengono quindi percepiti dall'occhio senza sforzo. Ma ora vediamo l'immagine di un oggetto con un angolo maggiore dell'angolo visivo quando osserviamo l'oggetto ad occhio nudo.

Dalla fig. 5 ne abbiamo

e per l'aumento del tubo di Galileo si ottiene la stessa formula (13) del tubo di Keplero:

Si noti che a parità di ingrandimento, il tubo di Galileo è di dimensioni più piccole del tubo di Keplero. Pertanto, uno degli usi principali della tromba di Galileo è nei binocoli teatrali.

A differenza del microscopio e del tubo di Keplero, nel tubo di Galileo vediamo gli oggetti non capovolti. Perché?

Determinazione dell'ingrandimento del telescopio utilizzando una stadia. Se si punta il tubo verso un bastone vicino, si può contare quante divisioni del bastone N, visibili ad occhio nudo, corrispondono a n divisioni del bastone, visibili attraverso il tubo. Per fare ciò è necessario guardare alternativamente nel tubo e nella rotaia, proiettando le divisioni della rotaia dal campo visivo del tubo sulla rotaia visibile ad occhio nudo.

Gli strumenti geodetici ad alta precisione sono dotati di oculari intercambiabili con diverse lunghezze focali e la sostituzione dell'oculare consente di modificare l'ingrandimento del tubo a seconda delle condizioni di osservazione.

L'ingrandimento del tubo di Keplero è uguale al rapporto tra la lunghezza focale dell'obiettivo e la lunghezza focale dell'oculare.

Indichiamo con γ l'angolo al quale sono visibili n divisioni nel tubo e N divisioni senza il tubo (Fig. 3.8). Quindi una divisione del rack è visibile nel tubo ad angolo:

α = γ/n,

e senza tubo - ad angolo:

β = γ/N.

Fig.3.8

Quindi: V = N/n.

L'ingrandimento del tubo può essere calcolato approssimativamente utilizzando la formula:

V = D/d, (3.11)

dove D è il diametro di ingresso della lente;

d è il diametro dell'uscita del tubo (ma non il diametro dell'oculare).

Campo visivo del tubo. Il campo visivo di un tubo è l'area di spazio visibile attraverso il tubo quando è fermo. Il campo visivo è misurato dall'angolo ε, il cui vertice si trova nel centro ottico dell'obiettivo, e i lati toccano i bordi dell'apertura dell'apertura (Fig. 3.9). All’interno del tubo nel piano focale della lente è installata un’apertura di diametro d1. Dalla Figura 3.11 è chiaro che:

Dove

Fig.3.9.

Di solito negli strumenti geodetici si prende d1 = 0,7 * fok, quindi in radianti:

ε = 0,7/V.

Se ε è espresso in gradi, allora:

ε = 40o/V. (3.12)

Maggiore è l'ingrandimento del tubo, minore è il suo angolo di visione. Quindi, ad esempio, a V = 20x ε = 2o e a V = 80x ε = 0,5o.

La risoluzione del tubo è stimata utilizzando la formula:

Ad esempio, con V = 20x ψ = 3″; con questo angolo è visibile un oggetto di 5 cm ad una distanza di 3,3 km; l'occhio umano può vedere questo oggetto ad una distanza di soli 170 m.

Griglia di thread. Si considera corretto il puntamento del telescopio verso un oggetto quando l'immagine dell'oggetto si trova esattamente al centro del campo visivo del telescopio. Per eliminare il fattore soggettivo quando si trova il centro del campo visivo, questo viene indicato da una griglia di fili. Una griglia di fili è, nel caso più semplice, due tratti reciprocamente perpendicolari applicati su una lastra di vetro fissata al diaframma del tubo. La maglia dei fili è disponibile in diverse tipologie; La Figura 3.10 ne mostra alcuni.

La maglia dei fili presenta viti di correzione: due laterali (orizzontali) e due verticali. La linea che collega il centro del reticolo e il centro ottico della lente è chiamata linea di mira o linea di mira del tubo.

Fig.3.10

Installazione del tubo ad occhio e per oggetto. Quando si punta il telescopio verso un oggetto, è necessario vedere chiaramente contemporaneamente il reticolo e l'immagine dell'oggetto nell'oculare. Installando il tubo lungo l'occhio, si ottiene un'immagine chiara della rete di fili; Per fare ciò, spostare l'oculare rispetto al reticolo, ruotando l'anello scanalato sull'oculare. Il posizionamento del tubo su un oggetto viene chiamato messa a fuoco del tubo. La distanza dagli oggetti in questione varia e, secondo la formula (3.6), quando a cambia, cambia anche la distanza b dalla sua immagine. Affinché l'immagine di un oggetto sia chiara se vista attraverso l'oculare, deve trovarsi nel piano della griglia di fili. Spostando la parte oculare del tubo lungo l'asse ottico principale, la distanza dal reticolo all'obiettivo viene modificata fino a diventare uguale a b.

I tubi in cui la messa a fuoco viene ottenuta modificando la distanza tra la lente e il reticolo sono chiamati tubi di messa a fuoco esterni. Tali tubi hanno una lunghezza ampia e, inoltre, variabile; non sono ermetici, quindi polvere e umidità penetrano al loro interno; Non si concentrano affatto sugli oggetti vicini. I cannocchiali con messa a fuoco esterna non vengono utilizzati nei moderni strumenti di misurazione

Più avanzati sono i tubi con messa a fuoco interna (Fig. 3.11); utilizzano un'ulteriore lente divergente mobile L2, che insieme alla lente L1 forma una lente equivalente L. Quando la lente L2 si sposta, cambia la distanza tra le lenti l e, quindi, cambia la distanza focale f della lente equivalente. Anche l'immagine dell'oggetto, situata nel piano focale della lente L, si muove lungo l'asse ottico e, quando colpisce il piano del reticolo, diventa chiaramente visibile nell'oculare del tubo. I tubi focalizzati internamente sono più corti; sono sigillati e consentono di osservare oggetti vicini; i moderni strumenti di misura utilizzano principalmente tali telescopi.

Ottica di ricambio per fotocamere con obiettivo Vario Sonnar

Invece di un'introduzione, propongo di guardare i risultati della caccia alle farfalle di ghiaccio usando la pistola fotografica sopra indicata. La pistola è una fotocamera Casio QV4000 con attacco ottico di tipo tubo Keplero, composta da una lente Helios-44 come oculare e una lente Pentacon 2.8/135.

Si ritiene generalmente che i dispositivi con un obiettivo rigido incorporato abbiano capacità significativamente inferiori rispetto ai dispositivi con obiettivi intercambiabili. In generale questo è certamente vero, ma i sistemi classici con obiettivi intercambiabili sono lungi dall'essere ideali come potrebbero sembrare a prima vista. E con un po' di fortuna può succedere che la sostituzione parziale dell'ottica (accessori ottici) non sia meno efficace della sostituzione dell'intera ottica. A proposito, questo approccio è molto popolare tra le cineprese. È possibile cambiare più o meno indolore l'ottica che ha una lunghezza focale arbitraria solo con dispositivi a telemetro con otturatore a lunghezza focale, ma in questo caso abbiamo solo un'idea molto approssimativa di ciò che il dispositivo vede effettivamente. Questo problema è risolto nei dispositivi reflex, che consentono di vedere sul vetro smerigliato l'immagine formata esattamente dall'obiettivo attualmente inserito nella fotocamera. Qui otteniamo una situazione apparentemente ideale, ma solo per obiettivi a fuoco lungo. Non appena iniziamo a utilizzare obiettivi grandangolari con le fotocamere reflex, si scopre immediatamente che ciascuno di questi obiettivi ha obiettivi aggiuntivi, il cui ruolo è fornire la possibilità di posizionare uno specchio tra l'obiettivo e la pellicola. Sarebbe infatti possibile realizzare una fotocamera in cui l'elemento responsabile della possibilità di posizionare lo specchio non sarebbe sostituibile e cambierebbero solo i componenti anteriori dell'obiettivo. Un approccio simile nell'ideologia viene utilizzato nei mirini a specchio per le cineprese. Poiché il percorso del raggio tra l'attacco telescopico e la lente principale è parallelo, è possibile posizionare tra loro un prisma cubico divisore di raggio o una piastra traslucida con un angolo di 45 gradi. Uno dei due tipi principali di obiettivi zoom, l'obiettivo zoom, combina anche un obiettivo primario e un sistema afocale. La modifica della lunghezza focale negli obiettivi zoom viene effettuata modificando l'ingrandimento dell'attacco afocale, ottenuto spostando i suoi componenti.

Sfortunatamente, la versatilità raramente porta a buoni risultati. E la correzione più o meno efficace delle aberrazioni si ottiene solo selezionando tutti gli elementi ottici del sistema. Consiglio a tutti di leggere la traduzione dell'articolo “” di Erwin Puts. Ho scritto tutto questo solo per sottolineare che, in linea di principio, gli obiettivi delle fotocamere reflex non sono affatto migliori degli obiettivi integrati con attacchi ottici. Il problema è che il progettista degli attacchi ottici può fare affidamento solo sui propri elementi e non può interferire con il design dell'obiettivo. Pertanto, il funzionamento corretto di un obiettivo con attacco è molto meno comune di un obiettivo ben funzionante interamente progettato da un progettista, anche con una flangia posteriore estesa. Una combinazione di elementi ottici standard che si sommano a aberrazioni accettabili è rara, ma accade. Tipicamente, gli attacchi afocali sono un telescopio galileiano. Tuttavia, possono anche essere costruiti utilizzando il design ottico di un tubo di Keplero.

Schema ottico di un tubo di Keplero.

In questo caso avremo un'immagine invertita, ma i fotografi non sono estranei a questo. Alcuni dispositivi digitali hanno la capacità di capovolgere l'immagine sullo schermo. Mi piacerebbe avere questa opportunità per tutte le fotocamere digitali, poiché nelle fotocamere digitali sembra uno spreco recintare il sistema ottico per ruotare l'immagine. Tuttavia, il sistema più semplice, costituito da uno specchio fissato ad un angolo di 45 gradi rispetto allo schermo, può essere realizzato in un paio di minuti.

Quindi, ho potuto selezionare una combinazione di elementi ottici standard che possono essere utilizzati insieme agli obiettivi per fotocamere digitali più comuni oggi con una lunghezza focale di 7-21 mm. Sony chiama questo obiettivo Vario Sonnar; obiettivi di design simile sono installati nelle fotocamere Canon (G1, G2), Casio (QV3000, QV3500, QV4000), Epson PC 3000Z, Toshiba PDR-M70, Sony (S70, S75, S85). Il tubo Keplero risultante mostra buoni risultati e consente l'uso di una varietà di lenti intercambiabili nel suo design. Il sistema è progettato per funzionare quando l'obiettivo standard è impostato su una lunghezza focale massima di 21 mm e un obiettivo Jupiter-3 o Helios-44 è collegato ad esso come un oculare del telescopio, quindi un soffietto di estensione e una lente arbitraria con una focale sono installati dispositivi di lunghezza superiore a 50 mm.

Diagrammi ottici delle lenti usate come oculari del sistema telescopico.

La fortuna è stata che se si posiziona l'obiettivo Jupiter-3 con la pupilla d'ingresso sulla lente del dispositivo e la pupilla di uscita sul soffietto, le aberrazioni ai bordi del fotogramma risultano molto moderate. Se utilizziamo una combinazione di un obiettivo Pentacon 135 come obiettivo e un obiettivo Jupiter 3 come oculare, quindi a occhio, indipendentemente da come ruotiamo l'oculare, l'immagine in realtà non cambia, otteniamo un tubo con ingrandimento 2,5x. Se al posto dell'occhio utilizziamo la lente del dispositivo, l'immagine cambia radicalmente ed è preferibile l'uso della lente Jupiter-3, rivolta con la pupilla d'ingresso verso l'obiettivo della fotocamera.

Casio QV3000 + Jupiter-3 + Pentacon 135

Se utilizziamo Jupiter-3 come oculare e Helios-44 come lente, o creiamo un sistema di due lenti Helios-44, la lunghezza focale del sistema risultante in realtà non cambia, tuttavia, utilizzando l'allungamento del soffietto, possiamo sparare da quasi qualsiasi distanza.

La foto mostra la fotografia di un francobollo scattata da un sistema composto da una fotocamera Casio QV4000 e due obiettivi Helios-44. Apertura dell'obiettivo della fotocamera 1:8. La dimensione dell'immagine catturata nella cornice è di 31 mm. Vengono mostrati i frammenti corrispondenti al centro e all'angolo della cornice. Ai margini, la qualità dell'immagine peggiora drasticamente in termini di risoluzione e l'illuminazione diminuisce. Quando si utilizza uno schema del genere, ha senso utilizzare una parte dell'immagine che occupa circa 3/4 dell'area dell'inquadratura. Da 4 megapixel ne facciamo 3 e da 3 megapixel ne facciamo 2,3 - e tutto è molto bello

Se utilizziamo obiettivi a fuoco lungo, l'ingrandimento del sistema sarà uguale al rapporto tra le lunghezze focali dell'oculare e dell'obiettivo e, dato che la lunghezza focale di Jupiter-3 è 50 mm, possiamo facilmente creare un attacco con un aumento di 3 volte della lunghezza focale. Lo svantaggio di un tale sistema è la vignettatura degli angoli della cornice. Poiché il margine di campo è molto piccolo, qualsiasi apertura dell'obiettivo del tubo porta al fatto che vediamo l'immagine inscritta in un cerchio situato al centro dell'inquadratura. Inoltre, al centro dell'inquadratura va bene, ma può risultare che non sia al centro, ciò significa che il sistema non ha una rigidità meccanica sufficiente e sotto il proprio peso l'obiettivo si è spostato dall'asse ottico . La vignettatura delle cornici diventa meno evidente se si utilizzano obiettivi per fotocamere e ingranditori di medio formato. I migliori risultati in questo parametro sono stati mostrati da un sistema con un obiettivo Ortagoz f=135 mm di una fotocamera.
Oculare - Jupiter-3, lente - Ortagoz f=135 mm,

Tuttavia, anche in questo caso, i requisiti per l’allineamento del sistema sono molto, molto severi. Il minimo movimento del sistema porterà alla vignettatura di uno degli angoli. Per verificare quanto bene è allineato il tuo sistema, puoi chiudere l'apertura dell'obiettivo Ortagoz e vedere quanto è centrato il cerchio risultante. La ripresa viene sempre eseguita con l'apertura dell'obiettivo e dell'oculare completamente aperta e l'apertura è controllata dall'apertura dell'obiettivo incorporato della fotocamera. Nella maggior parte dei casi, la messa a fuoco viene effettuata modificando la lunghezza del soffietto. Se le lenti utilizzate in un sistema telescopico hanno movimenti propri, ruotandole si ottiene una messa a fuoco precisa. Infine, è possibile ottenere una messa a fuoco aggiuntiva spostando l'obiettivo della fotocamera. Inoltre, anche il sistema di messa a fuoco automatica funziona con una buona illuminazione. La lunghezza focale del sistema risultante è troppo lunga per la fotografia di ritratti, ma per valutare la qualità è abbastanza adatto un frammento di una fotografia di un volto.

È impossibile valutare le prestazioni dell'obiettivo senza mettere a fuoco all'infinito e, sebbene il tempo chiaramente non fosse favorevole a tali fotografie, le presento anch'io.

Puoi mettere una lente con una lunghezza focale inferiore all'oculare, e questo è ciò che accade. Si tratta però più di una curiosità che di un metodo di applicazione pratica.

Qualche parola sull'implementazione specifica dell'installazione

I metodi sopra descritti per collegare gli elementi ottici a una fotocamera non sono una guida all'azione, ma uno spunto di riflessione. Quando si lavora con le fotocamere Casio QV4000 e QV3500, si propone di utilizzare l'anello adattatore originale LU-35A con una filettatura da 58 mm e quindi collegare ad esso tutti gli altri elementi ottici. Quando lavoravo con Casio QV-3000, ho utilizzato il design dell'attacco filettato da 46 mm descritto nell'articolo "Aggiornamento della fotocamera Casio QV-3000". Per montare l'obiettivo Helios-44, sulla sua parte posteriore è stata inserita una cornice vuota per filtri con filettatura da 49 mm e pressata con un dado con filettatura M42. Ho ottenuto il dado segando una parte dall'anello di prolunga dell'adattatore. Successivamente, è stato utilizzato un anello di avvolgimento Jolos di transizione dalle filettature M49 a M59. Sull'obiettivo è stato invece avvitato un anello di avvolgimento per la macrofotografia M49×0,75-M42×1, poi un raccordo M42, anch'esso ricavato da un anello di prolunga segato, quindi soffietti standard e obiettivi con filettatura M42. È disponibile una grande varietà di anelli adattatori con filettatura M42. Ho utilizzato anelli adattatori per il supporto B o B oppure un anello adattatore per filettature M39. Per collegare l'obiettivo Jupiter-3 come oculare, un anello adattatore che aumenta la filettatura da M40,5 a M49 mm è stato avvitato nella filettatura del filtro, quindi è stato utilizzato un anello di avvolgimento Jolos da M49 a M58, e quindi questo sistema è stato collegato a il dispositivo. Dall'altro lato dell'obiettivo è stato avvitato un raccordo con filettatura M39, poi un anello adattatore da M39 a M42, quindi simile al sistema con l'obiettivo Helios-44.

Risultati dei test sui sistemi ottici risultanti spostato in un file separato. Contiene fotografie dei sistemi ottici testati e fotografie del mondo situate al centro nell'angolo dell'inquadratura. Qui presento solo la tabella finale dei valori di risoluzione massima al centro e nell'angolo dell'inquadratura per i progetti testati. La risoluzione è espressa in linea/pixel. Linee in bianco e nero - 2 tratti.

Conclusione

Lo schema è adatto per lavorare a qualsiasi distanza, ma i risultati sono particolarmente impressionanti per la fotografia macro, poiché la presenza di un soffietto nel sistema facilita la messa a fuoco degli oggetti vicini. Sebbene Jupiter-3 offra una risoluzione più elevata in alcune combinazioni, una maggiore vignettatura rispetto all'Helios-44 lo rende meno attraente come oculare permanente per un sistema di lenti intercambiabili.

Vorrei augurare alle aziende che producono tutti i tipi di anelli e accessori per fotocamere di produrre un accoppiamento con filettatura M42 e anelli adattatori dalla filettatura M42 alla filettatura del filtro, con la filettatura M42 interna e per il filtro esterna.

Credo che se qualche fabbrica di ottica realizzasse un oculare con sistema telescopico specializzato da utilizzare con fotocamere digitali e obiettivi arbitrari, allora un prodotto del genere sarebbe molto richiesto. Naturalmente un tale disegno ottico deve essere dotato di un anello adattatore per il fissaggio alla fotocamera e di una filettatura o di un supporto per gli obiettivi esistenti,

Questo è tutto, in realtà. Ho mostrato quello che ho fatto e puoi giudicare da solo se sei soddisfatto di questa qualità o meno. E inoltre. Se è stata trovata una combinazione riuscita, probabilmente ce ne sono altre. Cercalo, potresti essere fortunato.

Un telescopio (telescopio rifrattore) è progettato per effettuare osservazioni di oggetti distanti. Il tubo è composto da 2 lenti: un obiettivo e un oculare.

Definizione 1

Lenteè una lente convergente con una lunga lunghezza focale.

Definizione 2

Oculare- Questo è un obiettivo con una lunghezza focale ridotta.

Come oculare vengono utilizzate lenti convergenti o divergenti.

Modello computerizzato di un telescopio

Utilizzando un programma per computer, è possibile creare un modello che dimostri il funzionamento del telescopio Keplero da 2 lenti. Il telescopio è progettato per le osservazioni astronomiche. Poiché il dispositivo visualizza un'immagine invertita, ciò è scomodo per le osservazioni da terra. Il programma è configurato in modo tale che l'occhio dell'osservatore si adatti ad una distanza infinita. Pertanto, nel telescopio viene eseguito un percorso telescopico di raggi, cioè un raggio parallelo di raggi proveniente da un punto distante, che entra nella lente con un angolo ψ. Esce dall'oculare esattamente allo stesso modo di un raggio parallelo, ma rispetto all'asse ottico con un angolo φ diverso.

Ingrandimento angolare

Definizione 3

Ingrandimento angolare del telescopioè il rapporto tra gli angoli ψ e φ, espresso dalla formula γ = φ ψ.

La seguente formula mostra l'ingrandimento angolare del telescopio attraverso la lunghezza focale della lente F 1 e dell'oculare F 2:

γ = - F1F2 .

Il segno negativo che appare nella formula di ingrandimento angolare davanti all'obiettivo F 1 significa che l'immagine è capovolta.

Se lo si desidera è possibile modificare le lunghezze focali F 1 e F 2 dell'obiettivo e dell'oculare e l'angolo ψ. I valori dell'angolo φ e dell'ingrandimento angolare γ sono indicati sullo schermo del dispositivo.

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