Об'єкт і в, звернена до об'єкта частина оптичної системи або самостійна оптична система, яка формує дійсне зображення оптичне об'єкта. Це зображення або розглядають візуально в окуляр , Або отримують на плоскій (рідше викривленою) поверхні (фотографічного свето-чутливого шару, фотокатода передавальної телевізійної трубки або електроннооптичного перетворювача , Матового скла або екрану). Конструктивно О. можуть бути розділені на три класи: найбільш поширені лінзові (рефрактори, диоптрические); дзеркальні (рефлектори, катоптричні); дзеркально-лінзовий (катадіоптричні; детально про них див. в ст. Дзеркально-лінзовий системи ). За призначенням О. діляться: на О. зорових труб і телескопів, які дають зменшене зображення; О. мікроскопів -збільшення зображення; фотографічні і проекційні О., дають в залежності від конструкції і способу застосування зменшене або збільшене зображення.
Найважливішими оптичними характеристиками О. є: фокусна відстань (див. кардинальні точки оптичної системи, Фокус в оптиці), яке при заданому видаленні об'єкту від О. визначає збільшення оптичне О .; діаметр вхідної зіниці О. (див. діафрагма в оптиці); відносний отвір і що виражається через нього світлосила О .; точка зору О. Якість формованого О. зображення характеризують: Роздільна здатність О., коефіцієнт передачі контрасту, коефіцієнти інтегрального і спектрального пропускання світла, коефіцієнт світлорозсіювання в О., падіння освітленості по полю зображення.
Об'єктиви зорових труб і телескопів. Відстань до об'єктів, що зображаються такими О., передбачається дуже (практично нескінченно) великою. Тому об'єкти характеризують не лінійними, а кутовими розмірами. Відповідно, характеристиками О. даної групи служать кутове збільшення g, кутова роздільна здатність a і кут поля зору 2 w = 2 w ¢ / g, де 2 w ¢ - кут поля зору наступної за О. частини оптичної системи (зазвичай окуляра). У свою чергу, g = f1 / f2, де f1 - фокусна відстань О., f2 - переднє фокусна відстань подальшої частини системи. Роздільна здатність О. в кутових секундах визначається по формулі a '' = 120 '' / D, де D - виражений в мм діаметр вхідної зіниці О. (найчастіше їм є оправа О.). Освітленість зображення (світлосила О.) пропорційна квадрату відносного отвору (D / f1) 2.
О. вимірювальних і наглядових зорових труб і геодезичних приладів мають вхідні зіниці діаметром декілька см. Трохи поля зору (не більше 10-15 °, зазвичай менше) більшості зорових труб дозволяє використовувати О. порівняно простих конструкцій: лінзові О. полягають, як правило, з двох склеєних лінз і виправлені лише відносно сферичної аберації і хроматичної аберації . Менш споживані О. з трьох і більше лінз, в яких виправлені також кома і деякі ін. аберації оптичних систем . До 70-их рр. 20 в. в геодезичних приладах почали використовуватися меніскові системи Максутова. Відносні отвори О. наглядових труб і геодезичних приладів варіюють в широких межах (приблизно від 1: 20 до 1: 5).
Діаметри лінзових і дзеркально-лінзових О. телескопів ~ 0,5-1 м (максимальна D = 1,4 м). В рефракторах використовуються двохлінзові О. (також з виправленням лише сферичної і хроматичної аберацій). В астрографах , Призначених для фотографування зоряного неба, - трьох- і четирёхлінзовие О .; в них, як правило, виправляється вся аберація, за винятком кривизни поля . Кут поля зору О. астрографов досягає 6 °; у двохлінзових О. рефракторов він зазвичай тим менше, чим більше їх діаметр, складаючи у найбільших менш 1 °. Відносні отвори великих рефракторів ~ 1: 20 - 1: 10, у астрографов вони більше, доходячи до 1: 1,4 - 1: 1,2. В Шмідта телескопах і меніскових системах Максутова поле зору досягає 5 ° при відносному отворі близько 1: 3. Найбільший О. дзеркального телескопа має D = 5 м ( рефлектор з параболічним дзеркалом в обсерваторії ім. Хейла на р Маунт-Паломар, США); в СРСР будується рефлектор з параболічним дзеркалом діаметром близько 6 м. Поле зору таких О. не перевищує декількох кутових хвилин; у О. телескопів, побудованих за схемою Річі - Кретьєна системи рефлектора з гіперболічним головним дзеркалом, - до 1 °. Аберації подібних О. (крім хроматичних і сферичних) значні і виправляються введенням додаткових (корекційних) лінз і дзеркал, т. Н. компенсаторів. О. сучасних великих рефлекторів дозволяють здійснювати зміну допоміжних дзеркал, забезпечуючи можливість роботи при відносних отворах близько 1: 4, 1:10, 1: 30.
До астрономічним О. відносяться також О., вживані в системах спостереження за штучними супутниками Землі (Т. Зв. Супутникових камерах) і для фотографування тіл, рухомих у верхніх шарах атмосфери (наприклад, метеорів). За своїми характеристиками вони близькі, з одного боку, до О. астрографов, з ін. Боку - до деяких типів фотографічних О. В них виправляється вся аберація, за винятком кривизни поля, кут поля зору може досягати 30 °, відносного отвору зазвичай великі ( до 1: 1,2). Типовим прикладом може служити О. «Астродар» супутникової камери, побудованої за системою Максутова, що відрізняється тим, що всі його преломляющие і відображають поверхні сферична і при цьому концентричні. Ефективний діаметр цього О. - 50 см, f »70 см (отже, відносний отвір 1: 1,4); поле зору становить 5 ° '30 °.
Фотографічні об'єктиви (до них відносяться і О., вживані при кінозйомці і репродукції) відрізняються від О. попередньої групи тим, що зображення, що даються ними, повинні бути різкими до краю фотоплівки (або іншого приймача), розміри якої можуть бути порівняно великі. Тому кут поля зору різкого зображення у таких О. значно більше, ніж у О. зорових труб, - понад 50 °. Щоб домогтися різкості і високого контрасту неспотвореного плоского зображення при великих кутах поля зору, необхідно ретельно виправляти всі основні аберації (сферичну, хроматичну, кому, астигматизм , дисторсію , Кривизну поля), а в ряді випадків - і найбільш істотні аберації вищого порядку. Це призводить до значного ускладнення конструкції, тим більшому, чим більше відносний отвір і кут поля зору [число лінз і дзеркал збільшується і (або) їх форма ускладнюється]. На рис. 1 зображено кілька схем найбільш відомих лінзових фотооб'єктивів. О., побудовані по одній оптичній схемі, можуть мати різні оптичні характеристики (фокусна відстань, відносний отвір, кут поля зору) і застосовуватися для різних цілей.
За призначенням фотографічні О. розділяють на О., вживані в любительській і професійній фотографії і кінематографії, репродукційні, телевізійні, аерофотознімання, флюорографічні, астрографіческіе і ін., А також О. для невидимих областей спектру - інфрачервоної і ультрафіолетової. Серед О. одного і того ж призначення розрізняють нормальні, або універсальні, светосильние, ширококутні і довгофокусні, або телеоб'єктиви . Найбільш широко використовуються нормальні (універсальні) О. Це, як правило, анастигмати , Що забезпечують різке плоске зображення при помірно великому відносному отворі і полі зору. Їх фокусні відстані ~ 40-150 мм, відносні отвори - 1: 1,8 - 1: 4, кут поля зору в середньому близько 50 °. Светосильние О. з відносними отворами від 1: 1,8 до 1: 0,9 (у деяких конструкціях, зокрема в дзеркально-лінзових, - до 1: 0,8) використовують для фотографування в умовах зниженої освітленості; їх поле зору зазвичай менше, ніж у універсальних. Ширококутові О. володіють кутом поля зору, що перевищує 60 ° і доходить у деяких з них до 180 ° (наприклад, показаний на рис. 1 об'єктив Гілля має поле зору 180 ° при відносному отворі 1: 22). Особливо важливу роль такі О. грають в аерофотозніманні . Фокусні відстані ширококутних О. звичайно в межах від 100 до 500 мм; їх відносного отвору характеризуються середніми і малими значеннями (1: 5,6 і нижче). У них важко виправляти такі аберації, як дисторсия, кривизна поля і астигматизм. О. з виправленою дісторсией називається ортоскопіческімі. У О. з кутом поля зору, що наближається до 180 ° (від близько 120 ° до 180 °), дисторсію не виправляють (вона частково може бути виправлена при друкуванні знімків спец. О.). Для формованих цими (т. Н. Дісторсірующімі) О. зображень характерні значні перспективні спотворення. Такі О. застосовуються, наприклад, для створення особливих композицій при фотографуванні архітектурних ансамблів і ландшафтів. Чим більше поле зору, тим більше різко до його краю падає освітленість зображення (пропорційно косинусу четвертої міри від половини кута поля зору). У О. для любительської і професійної фотографії нерівномірність освітленості коригується при розрахунку аберації О .; у ін. типів фотооб'єктивів освітленість вирівнюється за допомогою спеціальних фільтрів.
До довгофокусним відносяться О., фокусна відстань яких перевищує трикратну величину лінійного поля зору (для більшої частини фотографічних О. це 100-2000 мм). Довгофокусні О. застосовуються для зйомки віддалених об'єктів у великому масштабі; їх поле зору зазвичай менше 30 °, а відносний отвір не перевищує 1: 4,5 - 1: 5,6.
Однаково хороше виправлення всієї аберації фотографічних О. є надзвичайно важке завдання, особливо у светосильних, ширококутних і спеціальних О. Тому знаходять компромісні рішення, міняючи вимоги до виправлення аберації залежно від призначення О .: наприклад, в светосильних фотографічних О. менш ретельно виправляють т. н. польові аберації, але при цьому зменшують поле зору; в разі О. з великою фокусною відстанню приймають особливі заходи для виправлення хроматичної аберації і т.д.
Вибір освітленості в площині зображення фотооб'єктива залежить від яскравості об'єкта, чутливості фотоматеріалу або іншого приймача світла і необхідної глибини зображуваного простору (Глибини різкості). Зміна освітленості здійснюється шляхом зміни відносного отвору О. за допомогою діафрагми змінного діаметру, наприклад діафрагми . На оправі О. є шкала, по якій встановлюють потрібний відносний отвір (характеризуючи О., зазвичай вказують максимальне значення цього отвору). Освітленість площині зображення пропорційна квадрату відношення діаметру вхідної зіниці О. до його фокусної відстані - т. Зв. геометричній світлосилі О. Множення цієї величини на коефіцієнт, який визначається втратами світлової енергії при проходженні через О. (на поглинання в товщі скла і віддзеркалення від оптичних поверхонь), дає фізичну світлосилу О. Для збільшення фізичної світлосили (т. е. для зменшення втрат світла ) сучасні фотографічні О. прояснюють (див. просвітлення оптики ). Підбір спеціальних прояснюють - одношарових і багатошарових - покриттів дозволяє не тільки підвищити інтегральне пропускання О., але і збалансувати спектральне пропускання відповідно до спектральної чутливістю трьох шарів кольорової оборотної плівки. Це забезпечує правильне відтворення кольорів об'єктів, що зображаються на таких плівках.
Широко застосовуються т. Зв. панкратіческіе О. із змінною фокусною відстанню (такі багато кінознімальним об'єктиви); зміна цієї відстані здійснюється переміщенням окремих компонентів О., при якому його відносний отвір зазвичай залишається незмінним. Подібні О., зокрема, дозволяють змінювати масштаб зображення без зміни положення об'єкту і площині зображення (при зміщенні компонент О. і зміні його фокусної відстані міняється положення головних площин О .; см. кардинальні точки оптичної системи). За своїми оптико-корекційним властивостями О. із змінною фокусною відстанню діляться на дві групи: 1) варіооб'ектіви, оптична схема яких коригується в відношенні всієї аберації як єдине ціле; 2) трансфокатори - системи, що складаються з власне О. і встановлюваної перед ним афокальнимі насадки, аберація якої виправляються окремо. Отримання зображень високої якості в панкратіческіе О. досягається за рахунок збільшення числа лінз і компонент. Такі О. - складні системи, що складаються з 11-20 лінз.
Проекційні О. однотипні з фотографічними, відрізняючись від них в принципі лише зворотним напрямом променів світла. За типом проекції вони діляться на О. для діапроєкциі в світлі і О. для епіпроекціі у відбитому світлі (див. Кінопроекційний об'єктив , проекційний апарат ). Особливу підгрупу, також относимую до фотооб'єктива, складають репродукційні О., вживані для отримання зображень плоских предметів, креслень, карт і т.п.
Проекційні О., репродукційні О. і фотооб'єктиви, використовувані на малих удалениях від об'єкта, характеризують не кутовим, а лінійним збільшенням (масштабом зображення у власному розумінні), лінійними розмірами поля зору і числовий апертурою . В цьому відношенні вони схожі з О. мікроскопів.
Об'єктиви мікроскопів відрізняє розташування в безпосередній близькості від об'єкту. Їх фокусні відстані невеликі - від 30-40 мм до 2 мм. До основних оптичних характеристик О. мікроскопів відносяться: числова апертура А, рівна n 1sin u1, де n1 - заломлення показник середовища, в якій знаходиться об'єкт, u1 - половина кута розчину світлового пучка, що потрапляє в О. з точки об'єкту, лежачої на оптичній осі О .; лінійне збільшення b; лінійні розміри 2 l поля зору, різко зображуваного О .; відстань від площини об'єкта до площини зображення. Величина А визначає як освітленість зображення, прямо пропорційну А2, так і лінійний межа дозволу мікроскопа, т. Е. Найменше розрізняти відстань на об'єкті, рівне для самосвітних об'єктів (в припущенні, що аберація відсутня) e = 0,51 g / A, де g - довжина хвилі світла. Якщо об'єкт знаходиться в повітрі (n = 1, «сухий» О.), то А не може перевищувати 1 (фактично не більше 0,9). Помістивши об'єкт в сильно заломлюючу (n> 1) рідину, т. Н. іммерсію, що примикає до поверхні першої лінзи О., домагаються того, що А досягає 1,4-1,6 (див. Іммерсійна система ). b сучасних мікроскопів доходить до 90-100 '; повне збільшення мікроскопа Г = b Г ¢, де Г ¢ - кутове збільшення окуляра. Лінійне поле 2 l пов'язане з діаметром D діафрагми поля зору окуляра співвідношенням 2 l = D / b. У міру збільшення А і b зростає складність конструкції О., оскільки вимоги до якості зображення дуже великі - роздільна здатність О. практично не повинна відрізнятися від приведеної вище для ідеального (безаберраціонного) О. Цій умові задовольняють конструкції найбільш досконалих О. мікроскопів -т. н. планахромати і планапохроматов. На рис. 2 приведена схема одного з кращих планапохроматов радянського виробництва. (Детальніше див. Статті Дзеркально-лінзовий системи ; Мікроскоп , Розділи: Оптична схема, принцип дії, збільшення і роздільна здатність мікроскопа і Основні вузли мікроскопа.)
Особливі групи О. складають: О. спектральних приладів , За властивостями багато в чому близькі до фотографічних О .; спеціальні О., призначені для використання з лазерами і т.д.
Літ .: Тудоровський А. І., Теорія оптичних приладів, 2 видавництва., Ч. 1-2, М. - Л., 1948-52; Слюсарев Р. Р., Методи розрахунку оптичних систем, 2 видавництва., Л., 1969; Flügge J., Das photographische Objektiv, W., 1955; Русинів М. М., Фотограмметрична оптика, М., 1962; Мікроскопи, під ред. Н. І. Полякова, М., 1969; Міхель К., Основи теорії мікроскопа, пров. з нім., М., 1955.
Рис. 1. Лінзові фотографічні об'єктиви.
Рис. 2. Типова оптична схема об'єктиву мікроскопа.
