Начална страница | Геометрична оптика | Биноклите | Почистване на оптични детайли | Астрофотография | Спектроскопия за астролюбители | Азбучен указател на оптичните термини



ОСВЕТИТЕЛНА ОПТИКА:


      В прожекционната техника (диапроектори, киномашини, фотоувеличители и др.) се налага прожектираният обект - кинолента, диапозитив или др., да бъдат особено интензивно осветени, за да може построеният образ на екрана да бъде достатъчно светъл, дори ако той е отдалечен на десетки метри от прожекционния апарат - както в киносалоните.
      При микроскопите и други лабораторни оптични прибори, изследваният обект се поставя за анализ в интензивен светлинен поток (успореден или фокусиращ се върху обекта светлинен сноп), вътре в самия прибор или пред неговия обектив. Този светлинен сноп се формира чрез специална осветителна оптика.

      Според конструкцията си, осветителната оптика е три вида: лещова - т. нар. кондензори или оптични кондензатори, огледална и комбинирана - огледално-лещова.

      При лещовата осветителна оптика имаме система от една, две или три събирателни лещи, по вид - плоско-изпъкнали, двойно-изпъкнали или менискови, най-често разположени в общ тубус, образуващи така оптичния кондензатор (кондензор). С цел отстраняване на непренебрежимо голямата сферична аберация, появяваща се поради силно изпъкналите повърхности на лещите, някои от тях може да са асферични (параболични).


Оптичен кондензор съставен от две плоско-изпъкнали лещи (кондензор на Аббе)

      Част от разсейващите се във всички посоки лъчи от прожекционната лампа 1 преминават с пречупване през кондензорните лещи 2 и 3. Ако нажежаемата жичка на лампата е малка и се намира в главния фокус на кондензора, светлината се привежда в успореден сноп и така преминава през кадъра 4 (филм, диапозитив или др.), разположен в кадровия прозорец 5. Ъгълът g, съдържащ обхванатите от кондензора лъчи се нарича обхватен ъгъл. Той зависи от диаметъра на кондензорните лещи и от разстоянието между тях и лампата, което на свой ред се определя според фокусното разстояние f. За различните видове кондензори, ъгълът g варира между 30 и 70°.

      При повечето прожекционни апарати обаче е неудачно светлинният сноп след кондензора да бъде успореден. На следващата схема е показано защо:


Осветяване на кадъра (обекта) с успореден светлинен сноп (в микроскопията известно като метод на Кьолер)


      Лампата 1 е във фокуса на кондензора и успоредният сноп след него осветява кадъра 4, но от периферните му части в прожекционния обектив 6 попада само разсеяна от кадъра слаба светлина (лъчът b). Голяма част от успоредния поток изобщо не попада в обектива (например лъчът a). В този случай изображението върху екрана пред апарата ще бъде ярко в средата и потъмняващо към краищата - ще имаме винетиране, особено ако диаметърът на обектива е по-малък от размерите на кадровия прозорец или ако сме свили диафрагмата му.


Осветяване на кадъра със сходящ светлинен сноп


      За да се подобри осветеността на образа, при юстирането на осветителната оптика се прави следното:
      Ако лампата е с неравномерно разпределена повърхностна яркост - както в случая (на фигурата) - с нажежаема жичка, тя леко се отдалечава от кондензора и се фиксира между главния фокус и двойното му фокусно разстояние в такова положение, при което образът на жичката на лампата се фокусира в лещите на прожекционния обектив 6 - в неговия проекционен център.
      Ако лампата е с равномерно разпределена повърхностна яркост - като матово-белите лампи, използвани във фотоувеличителите, нейният образ може да се фокусира директно в кадровия прозорец 5, като лампата се отдалечи от кондензора приблизително на двойното му фокусно разстояние 2f.
      При юстиране, настройчика движи лампата чрез предвидената за целта подвижна фасунка или с друго устройство, като същевременно гледа светлото поле на екрана пред апарата. Лампата се фиксира в това положение, при което осветеността на екрана е най-висока и равномерна.
      При фотоувеличителите, за постигане на още по-равномерно осветен образ, между кадъра и кондензорните лещи се поставя матово стъкло, макар че това значително понижава осветеността.
      При микроскопите, разстоянието между горната леща на кондензора и предметното стъкло на микроскопския препарат е малко. При наблюдения с големи увеличения, между двете, както и между покривното стъкло на препарата и челната леща на микрообектива се накапва вода или масло - вижте темите Имерсионни методи и Разделителна способност на микроскоп - теория на Аббе. В микроскопията се използват и някои специални видове кондензори - тъмнополев, фазовоконтрастен и др.




Огледална осветителна оптика


      При огледалната осветителна оптика, зад прожекционната лампа 1 е монтирано вдлъбнатото сферично или параболично огледало 2, което като рефлектор отразява светлината към кадъра 3 в кадровия прозорец 4. Ако жичката на лампата е пренебрежимо малка и се намира в главния фокус на огледалото, изходния светлинен сноп е успореден. За да се освети кадъра със сходящ сноп, трябва или огледалото да се изтегли назад, или лампата да се доближи към кадровия прозорец. При огледалната оптика обхватният ъгъл g достига до 140°, което значи, че се оползотворява значително по-голяма част от общия светлинен поток на лампата.




Огледално-лещова осветителна оптика


      При огледално-лещовата осветителна оптика, лампата 1 се намира във (или близо до) главния фокус на кондензора, съставен от лещите 2 и 3 и в двойното фокусно разстояние на вдлъбнатото огледало 4. Освен това лампата е леко изтеглена встрани от главната оптична ос, при което действителният обърнат образ A' на жичката й A се построява от огледалото в непосредствена близост - в съседство с A, като и двете са еднакво отдалечени (на 2f) от огледалото. Двата лъча а и a', започващи съответно от A и A', преминават с пречупване през кондензорните лещи 2 и 3, като се раздалечават под остър ъгъл, но това не е проблем, тъй като най-често кадровият прозорец отрязва периферните лъчи и пропуска само централната част на снопа, където двата потока - от жичката и от нейния огледален образ - са напълно припокрити.
      Преди да юстира системата, настройчикът сваля прожекционния обектив и на негово място закрепва матово стъкло. При юстирането той се старае да фиксира лампата в това положение, при което образът на жичката й A и нейният огледален образ A' са в съседство и ясно фокусирани върху матовото стъкло (във вида, показан в синьото кръгче горе-вдясно на фигурата).
      При този тип осветителна оптика се оползотворява най-голяма част от общия светлинен поток на лампата.

      При ремонт и настройка на осветителна оптика трябва да се знае, че оптичните елементи в близост до мощната прожекционна лампа се нагряват до високи температури! Независимо от взетите мерки за охлаждане - чрез вентилационни отвори в корпуса или принудително - с вентилатори и въздуховоди, оптичните елементи търпят значителни термични разширения! Затова придържащите ги устройства - скоби, гривни и пр. са конструирани така, че да поемат тези разширения, без да предизвикват допълнителни напрежения в стъклата. При сглобяване на кондензора след почистване, не трябва да притягате силно лещите в техните гнезда и не бива да забравяте пружинните елементи, предназначени да поемат разширенията!


      Вижте също: "Кондензиране на тъмно поле", Ъглова и числена апертура, разделителна способност на микроскоп (теория на Аббе), Колиматор, Монохроматор, Винетиране на светлината (вигнетинг), Аберации - оптични изкривявания на проста леща, Юстиране на оптична система, Френелова леща, Главна оптична ос, Главна фокусна точка, Фокусно разстояние, Тънка, дебела сферична леща и обектив.


Начална страница

Тематичен указател на всички статии на автора

Азбучен указател на оптичните термини