Получение оптического изображения

Обратимся теперь непосредственно к процессу получения оптического изображения с помощью положительной линзы. Для простоты рассуждений не будем прослеживать пути всех лучей света, идущих к линзе от объекта, например листа дерева (рис. 7), а обратим внимание только на те лучи, которые идут от крайних точек объекта, так как понятно, что все находящиеся между ними точки будут воспроизведены в виде соответственно расположенных точек на оптическом изображении.

Если объект удален от линзы на очень большое расстояние, которое с некоторым допущением можно считать бесконечно большим (линейные размеры объекта в десятки тысяч раз меньше расстояния от объекта до линзы), то лучи, идущие от любой точки объекта, параллельны друг другу и пересекаются в фокусе линзы. Естественно, что в этом случае объект будет изображен в виде точки (Рис. 7, а).fotoshema7
На рис. 7,б показан объект, расположенный ближе к линзе. В этом случае луч от точки А, параллельной оптической оси линзы, преломится в линзе и попадает в точку A1. Сюда же придет и луч от точки А, прошедший через центр линзы (лучи проходящие через цент линзы, своего направления не изменяют). Легко проследить, что любой луч от точки А объекта, проходя через линзу, также попадает в точку А1. Точно таким же образом будет получена на изображении и точка Б1, соответствующая точке Б объекта. Следовательно, позади точки главного фокуса линзы возникает оптическое изображение А1 — Б1 объекта А — Б, которое будет меньше объекта и перевернутым сверху вниз и справа налево. Изображение будет располагаться от линзы дальше, чем точка главного фокуса, поэтому при фокусировке объектива фотоаппарата на близкорасположенные предметы необходимо удалять объектив от плоскости фотопленки. Чем ближе к линзе расположен объект, тем дальше от линзы удаляется его изображение и тем крупнее оно становится.

Если объект расположен от линзы на удвоенном фокусном расстоянии (рис. 7,в), оптическое изображение объекта возникает также на удвоенном фокусном расстоянии, а по размерам оно равно размерам объекта.

Если же объект переместить ближе к линзе (рис. 7, г), оптическое изображение объекта будет помещаться от линзы еще дальше, уходя за удвоенное фокусное расстояние, а его линейные размеры будут больше линейных размеров объекта. Это типичные примеры макросъемки, когда фотографирование производится в крупном масштабе или проекции изображения через увеличитель. При расположении объекта съемки от линзы на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию (рис. 7, д), изображение объекта переместится в бесконечность. При этом само изображение станет бесконечно большим. (В практике такая ситуация никогда не используется.)

На рис. 7,е объект находится от линзы на расстоянии, которое меньше фокусного. В этом случае лучи от каждой точки объекта после выхода из линзы расходятся, не образуя оптического изображения. Это типичный пример использования положительной линзы как увеличительного стекла. Действительно через линзу можно увидеть мнимое изображение объекта А1 — Б1, которое гораздо больше по своим линейным размерам, чем объект А — Б.

Из приведенных примеров видно, что каждому расстоянию от объекта до линзы соответствует определенное расстояние от линзы до оптического изображения, причем чем меньше первое расстояние (n), тем больше второе (m). Эти расстояния называются сопряженными; они связаны между собой и с фокусным расстоянием линзы зависимостью 1/n + 1/m = 1/f, где n — переднее сопряженное расстояние; m — заднее сопряженное расстояние.

Это — главная формула линзы. Она верна и для любого объектива, поскольку каждый объектив представляет собой положительную оптическую систему.