Поскольку весь мой блок разделов начинается с самых больших фокусных расстояний – хотелось бы сказать несколько слов о том, чем они вообще характеризуются и интересны. Многие из нас знают термин "теле", применительно к телеобъективам (и даже на жаргоне: - телевикам), а также к телескопам. Есть даже телевидение, но оно, в основном, утратило свой первоначальный смысл и касается скорее трансляций на монитор, хотя первоначально это означало, пусть и в переносном смысле, – перенесение на более дальние расстояния (что всё равно сродни телескопам и телеобъективам (телевикам), поскольку будь то студия, запись каких-то событий или прямой репортаж – всё это достаточно далеко, а не у соседа за стенкой). Нет – ну конечно нельзя исключать приятных исключений, когда вашего соседа за стенкой показывают по телевидению за этой же стенкой (или даже когда доберутся до вас), но, согласитесь, что это очень большая редкость.

Как истинный радикал, экстремист и фундаменталист (во всех смыслах этого слова) – приведу здесь коротенький раздел по телескопии из своего любимого двухтомного учебника по физике Клиффорда Суорца "Необыкновенная Физика обыкновенных явлений" (Clifford E. Swartz "PHENOMENAL PHYSICS), по которому я сдавал физику в институте на одни пятёрки. Всё нижеприведённое будет касаться не только телескопов, но и телеобъективов (телевиков), фотокамер, биноклей и подзорных труб, потому что у них много общего (если не сказать: - почти всё).

Телескоп. Существуют два фактора, которыми определяется конструкция телескопа. Они прямо противоположны тем факторам, что были существенны для микроскопа. (Это можете прочитать в моих разделах "Макро" и "Микро"). Во-первых, в случае телескопа объект находится далеко, практически в бесконечности. (Тут не всегда верно – в телескоп можно разглядывать много чего поближе, особенно благодаря поздним достижениям в виде зум-окуляров). Во-вторых, размер телескопа не обязательно ограничен длиной около 25 см., хотя в случае полевых или театральных биноклей физические размеры должны быть небольшими. На рис. приведён схематический рисунок простой системы с двумя собирающими линзами.

Эта схема телескопа-рефрактора, уменьшенной копией которого может служить обычная подзорная труба (а впрочем подзорная труба это и есть телескоп, просто не самый мощный). Есть ещё схемы телескопов-рефлекторов, о которых позже.

Как мы видели на стр... учебника, изображение удалённого объекта, создаваемое единственной линзой, находится почти в фокальной плоскости линзы. Перенесёмся:

Тут вам и формула линзы (считай что даже объектива) и если объект h достаточно далеко (почти в бесконечности), то он фокусируется в самой ближней точке за линзой-объективом (обозначена красным) и это и является фокусным расстоянием линзы или объектива. Изображение образуется за этой точкой, поскольку это всего лишь узел схождения лучей и в этом бесконечно малом узле ничего разглядеть невозможно. По выходу из узла создаётся изображение. Максимально резкое изображение получается в месте схождения двух определяющих лучей (зелёного цвета, как на схеме). Но на схеме считается, что объект h находится в бесконечности и если он будет ближе, то и резкое изображение получится дальше, чем h со штрихом. Для "ловли" этой резкости на более близкие (чем бесконечность) дистанции линзы делаются подвижными и как бы придвигаются к объекту, отдаляя расстояние до изображения объекта и таким образом держа его в резкости. Разумеется существуют ограничения на близкие дистанции и это называется МДФ (минимальная дистанция фокусировки).

Продолжим из учебника:

Изображение имеет такой же угловой размер, как и сам объект, видимый из места расположения линзы. Поэтому линейный размер изображения пропорционален расстоянию от линзы, которое в данном случае равно фокусному расстоянию. Линейное увеличение меньше единицы: m1 = b/a или приближённо f1/a. Однако для глаза действительное изображение, формируемое объективом, кажется крупнее самого объекта. Так получается потому, что глаз видит действительное изображение с малого расстояния, а сам объект - с очень большого. Как видно из схемы телескопа, угловой размер объекта, воспринимаемый телескопом или наблюдателем, равен углу альфа: угловой размер изображения, воспринимаемый наблюдателем, равен углу бета. Поэтому  угловое увеличение равно m1 = бета/альфа = (h/f2) / (h/f1) = f1/f2. (Через h здесь обозначен линейный размер действительного изображения, формируемого объективом).

Когда наблюдатель рассматривает действительное изображение невооружённым глазом, угловое увеличение равно f1/25 см. Очевидный способ получения большего увеличения - рассматривать действительное изображение в лупу или ещё лучше - в хороший окуляр. Как мы уже видели, увеличение такого окуляра равно m2 = 25см./f2. Так как f2 можно сделать очень малым (до 1 или 2 см.), то общее увеличение составного телескопа может быть очень большим: M = f1/f2.

Вообще весь этот кусок текста после последней фотографии очень тяжело воспринимать без серьёзной подготовки, а вот вывод, наконец, радует грабельной простотой. То есть для самого мощного телескопа фокус первой линзы (или системы линз) должен быть как можно более большим, а вот последней линзы (или системы линз) – как можно более маленьким. Грубо говоря телескоп имеет главный фокус основного объектива (лучше побольше) и фокус приставного окуляра (лучше меньше, но сейчас многие окуляры имеют зум-тип, варьирующий фокус в каких-то пределах для изменения приближения телескопа от максимального до минимального). Более серьёзные телескопы просто имеют систему сменных окуляров дискретного типа, поскольку такое решение более качественно и профессионально (но не дёшево, разумеется). Мощный фото-объектив можно тоже превратить в телескоп (или подзорную трубу), присоединив к нему сзади окулярную насадку. Наиболее популярна отечественная насадка "Турист" (см. её в разделе 500мм.). Но автор учебника упустил, почему длиннофокусный или теле-объектив даёт приближение более сильное, чем менее длиннофокусный (не говоря уж о короткофокусном). Для объяснения этого, последнюю картинку я бы модернизировал до вот какой:

 Положим линза – это объектив и мы наложили более длиннофокусный или взяли более длиннофокусную линзу. Синим показан ход уже её луча, сходящегося в фокус (вторая более жирная красная точка) и поскольку одна линза как бы наложена на другую, каждая со своей схемой прохождения луча через фокус, то там, где красная точка дальше (фокусное расстояние больше) – там и обратите внимание на изменение размера изображения h со штрихом. Более длиннофокусная оптика даёт большую величину изображения, т. е. объект станет как бы к вам ближе при наблюдении или съёмке на такую оптику. Для более длиннофокусной линзы (объектива) и резкое изображение сформируется дальше, но из-за этого и более длиннофокусная оптика сама длиннее, чтобы самой своей длиной (как бы выдвижением вперёд) формировать изображение на том же расстоянии, что и более короткофокусная (влезать в один рабочий отрезок камеры для разнофокусных объективов в случае фотографических применений).

Достигается такая наглядность на чертеже с помощью нескольких ухищрений (или лучше говоря: - упрощений). Тут предполагается, что объект h находится в бесконечности, да ещё и в верхней половине линзы. И всего два луча достаточны для оценки фокусировки – один идёт из верха объекта через центр линзы, а второй параллельно оптической оси линзы (объектива), переламывается линзой и сходится в фокусе, после чего схождение этих двух лучей образуют масштаб получаемого изображения (резкого изображения). Тут очень простая и элементарная геометрия для грубого понимания. Не к геометрии относится лишь коэффициент преломления линзы (зависит от химии стекла и для каждой марки стекла коэффициент свой (сведён в таблицах), но в данном случае нам это пока не интересно).

Разумеется настоящие изображения формируются всей площадью линзы (а не только верхней половиной) и далеко не все из бесконечности, но другие геометрические построения (более сложные или такие же простые) служат другим целям. Например если объект находится ближе, то и его изображение формируется дальше, но это относится уже не к фокусному расстоянию, а к рабочему отрезку объектива. Фокусное расстояние определяется именно из бесконечности, а рабочий отрезок объектива зависит не только от конструкции объектива, но ещё и от камеры. Пишу вместо линзы слово объектив, поскольку с простой линзой совсем просто. Изображение за ней можно формировать теоретически на любом расстоянии. Например чтобы получить изображение Луны в натуральную величину, расстояние от линзы до изображения Луны можно сделать таким же, как и расстояние от Луны до линзы. В случае последнего чертежа h (Луна) = h со штрихом (её изображение), но при этом a = b. Вот вам и настоящее "макро" Луны в масштабе 1:1 (см. мои разделы "Макро" и "Микро"). Правда в случае короткофокусной линзы к Луне можно подойти поближе, тогда и расстояние резкого изображения Луны за линзой будет таким же близким, а с более длиннофокусной линзой можно отойти подальше, но и формирование резкого изображения будет таким же более дальним. Конечно с реальным фотоаппаратом и объективом такой номер, разумеется, не пройдёт (пространство камеры ограничено), да нам, как правило, и не нужны большие объекты целиком в натуральную величину.

И есть ещё один немаловажный момент, связанный с тем, что линза (объектив), создавая реальное изображение (не мнимое для глаза, а реальное на любую поверхность (стену, матовое стекло, матрицу)), переворачивает его вверх ногами. А для этого я бы ещё модернизировал последние две схемы (вернее даже одну) вот таким образом:

"Палка, палка, огуречик – вот и вышел человечек" и хоть я и косил под Сальвадора Дали и позднего Пикассо, но так же хорошо, как у них, у меня вышла только голова (ноги вообще слиплись, но будем считать, что это русалка и ноги у неё срослись в хвост). Вообще-то тут для наглядности переворота изображения линзой неплохо было бы усложнить схему и не ограничивать работу линзы только верхней плоскостью объекта и нижней плоскостью изображения. Для этой цели (перевёртывания изображения) как раз более усложнённый чертёж (как это не парадоксально) – более прост и нагляден:

Тут почти всё то же самое, только для случая переворота изображения мы задействовали всю площадь линзы (а не только верхнюю часть) и тут с человечком мы развернулись на более высоком идейно-художественном уровне и почти достигли вершин Остапа Бендера с его картиной "Сеятель" (тут даже ноги удалось изобразить и приблизится к истинной красоте человека, поскольку русалки существа вымышленные).

Итак любая линза, которая создаёт действительное изображение объекта – переворачивает его вверх ногами. Автором учебника ещё вводится понятие мнимого изображения. Мнимое изображение – это то изображение, которое как бы "достраивается" до действительного уже нашим глазом, поскольку наш глаз это примитивно говоря та же линза, а если совсем серьёзно, то сложный биологический химико-оптико-механический прибор.

Вот вам схема из учебника с описанием глаза:

Глаз. В некоторых отношениях глаз и фотоаппарат очень схожи. У них есть линза впереди и светочувствительный материал в области её фокуса. Однако в случае глаза как линза, так и детектор устроены очень изощрённо.

У фотоаппарата наводка на резкость достигается перемещением объектива вперёд или назад по отношению к плёнке (автор не совсем точен: - как правило перемещается не весь объектив, а его фокусирующая часть с оптикой). У глаза хрусталик находится в фиксированном положении, но его оптическая сила может изменяться за счёт изменения его кривизны (оптическая сила – это не совсем понятно и по аналогии с объективом лучше говорить об изменяющемся рабочем отрезке за линзой при постоянном фокусном расстоянии, поскольку наш глаз это как бы дискретный объектив с фиксированным фокусным расстоянием, а не зум). Удерживающие хрусталик мышцы могут его растягивать, отчего он становится тоньше, или сжимать, увеличивая его выпуклость. В действительности хрусталик обеспечивает лишь малую часть схождения лучей в оптической системе глаза. Внешний прозрачный слой, называемый роговой оболочкой, также искривлён и содержит за собой жидкость - водянистую влагу. Эта жидкость, а также жидкость, находящаяся за хрусталиком (стекловидное тело), имеют показатель преломления почти такой же, как у воды: 1,34. Поэтому значительная часть полного преломления происходит на внешней поверхности, где лучи входят из воздуха в роговую оболочку. Сам хрусталик имеет показатель преломления около 1,44. Изменения его кривизны слегка подгоняют общее схождение лучей в системе.

Как и объектив фотоаппарата, хрусталик глаза может диафрагмироваться. У глаза такая диафрагма называется радужной оболочкой. Это карее, синее, серое или зелёное кольцо глаза. Радужная оболочка может увеличивать или уменьшать находящееся в её середине круглое отверстие, называемое зрачком. При ярком свете зрачок имеет диаметр чуть меньше 2мм., в то время как при слабом освещении диаметр зрачка может увеличиться чуть больше, чем до 8 мм. Следящая система обратной связи, которая осуществляет эти изменения, срабатывает лишь за несколько секунд, а у пожилых людей время реакции может быть и ещё больше. Переменный размер зрачка может компенсировать примерно лишь 20-кратные изменения интенсивности света. Однако глаз в целом до некоторой степени сохраняет работоспособность при интенсивностях света, изменяющихся в миллион раз. Большая часть такого приспособления происходит в "матрице-фотоплёнке", т. е. в нервных клетках сетчатой оболочки (сетчатке).

В сетчатке есть два главных типа чувствительных клеток. Из-за своей внешней формы они называются палочками и колбочками. В сетчатке они разделены неравномерно. По краям поля зрения преобладают палочки, в то время как колбочки сосредоточены ближе к середине. В одной небольшой области, диаметром менее 1мм. и называемой жёлтым пятном, находятся только колбочки, тесно примыкающие друг к другу. Когда мы вглядывается в какой-либо предмет, чтобы детально рассмотреть его, то фокусируем его изображение на жёлтое пятно.

Палочки и колбочки реагируют на свет разных длин волн. Колбочки чувствительны к красному свету, а палочки нет. Для колбочек требуется свет от средней до высокой интенсивности, в то время как палочки сохраняют чувствительность вплоть до очень низкого уровня интенсивности света. При слабом освещении мы в значительной степени утрачиваем способность различать цвета (например после захода Солнца можно обратить внимание, что чем больше времени прошло после этого события, тем в большей степени мы видим мир чёрно-белым, в отсутствии других источников освещения). Поскольку в тусклом свете палочки более эффективны, нежели колбочки, иногда в темноте мы лучше видим объекты боковым зрением, когда они попадают ближе к краям поля зрения. Хотя периферическое зрение не может дать очень детального или богатого красками образа, оно поразительно чувствительно к движению объектов. Если шелохнётся листок или шевельнётся маленький зверёк, мы способны скорее заметить это на краях поля зрения, нежели прямо перед глазами.

Палочки и колбочки связаны между собой и перерабатывают часть получаемой ими информации, прежде чем послать её в головной мозг. Эти сообщения преобразуются в электронные сигналы, распространяющиеся вдоль главного нервного ствола, который отходит от задней стороны сетчатой оболочки. То, что происходит затем в зрительных центрах головного мозга, отличается чрезвычайной сложностью и пока ещё недостаточно хорошо понятно.

... (Тут мною пропущен малозначительный абзац).

Глаз человека вместе с анализирующей системой головного мозга являет собой изумительный оптический прибор, аберрации которого в определённых условиях исправлены полностью. Однако глаз может быть подвержен разного рода заболеваниям и несовершенствам. Наиболее распространённый дефект глаза - близорукость. Хрусталик слишком силён для данного размера глазного яблока, в результате чего изображение формируется перед сетчаткой (тут хотелось бы добавить, что автор имеет в виду резкое изображение, а не изображение вообще, которое тоже формируется, но может быть просто нерезким (если глаз не слепой, разумеется)). Из такой ситуации можно выйти, помещая перед глазами рассеивающие линзы. Их действие схематически показано на рисунке:

Лично у меня близорукость, поэтому мне нужна рассеивающая линза (минус 1) на правый глаз и это не очень сильная близорукость. Линза рассеивающая (типа выпукло-вогнутый мениск) и на краях она толще, чем посередине (признак рассеивающей линзы). Более близкие предметы близорукий человек (без очков) видит, наоборот, даже лучше, чем дальнозоркий. На верхней схеме (и вообще на всех) показаны лучи, идущие как бы из бесконечности (т. е. от очень дальних объектов) и их близорукий глаз фокусирует ближе, поэтому если эти объекты оказываются ближе, то фокусировка осуществляется дальше и это как раз лучше попадает на сетчатку.

Левый глаз у меня почти слепой, но это не проблема глаза, а проблема как раз того глазного нерва, через который просто не проходят сигналы к мозгу.

Другой распространённый дефект глаза - дальнозоркость. В этом случае изображение формируется позади сетчатки. Для исправления этого дефекта линзы очков должны быть собирающими, как показано на рисунке:

Собирающая линза в центре толще, чем по краям (признак собирающей линзы), а все эти диоптрии ((+ цифра) – для собирающих линз и (– цифра) – для рассеивающих) – это уже упрощения для работы окулистов, которые таким образом обозначают силы исправления (коррекцию фокуса) и в этом вопросе не так уж сложно разобраться, если понадобится.

Дальнозоркий человек, как видно на схеме (без очков), имеет даже некоторый запас-перебег на расстояние, которое даже дальше, чем бесконечность (хотя куда уж дальше), а более близкие объекты фокусируются ещё дальше и уж тем более выходят за пределы сетчатки, поэтому с близкими предметами таким глазам без очков вообще швах. Казалось бы при таком раскладе близоруким быть лучше, чем дальнозорким, но это не совсем так. Всё дело в том, что когда мы гуляем или просто ходим, то почти всегда смотрим в даль, а для глаза даль – это не так уж далеко и бесконечность наступает уже тогда, когда мы смотрим дальше, чем себе под ноги, поэтому вот именно что дальнозоркому человеку гораздо комфортнее без очков на улице или в относительно больших помещениях (там он просто лучше видит), между тем как близорукому удобнее всего лишь рассматривать что-то на близком расстоянии (а сильно близорукому – на очень близком). А такие ситуации возникают крайне редко даже на работе, поскольку даже при моём близоруком слабом (– 1) для меня даже монитор компьютера слишком далёк для хорошего обозрения и я всё равно вынужден пользоваться очками. Разве что без очков читать книгу могу очень близко, гораздо ближе дальнозоркого человека даже в очках, но это вот, пожалуй, и все преимущества. Но читаю всё равно в очках, поскольку пусть даже и отодвигаю текст дальше, но каждый раз снимать-одевать очки просто лень.

Опять от себя добавлю, что как и в прошлые разы – в данных двух схемах введено упрощение, которое ломает одну теорию и практику, но лишь для того, чтобы нагляднее и понятнее была ясна другая. Вообще автору это следовало бы объяснить, поскольку это важно. Дело в том, что на рисунках как бы предполагается, что лучи, сошедшиеся в точку на сетчатке (регистрирующей изображение) – как раз и создают резкое изображение. Однако в узле фокусировки линзы изображение не создаётся – оно создаётся позади узла уже разошедшимися лучами с перевёрнутым изображением, как я это рисовал ранее выше. Не знаю, как нынешнее молодое поколение, а мы в нашем детстве использовали линзы для выжигания на деревянных досках, создавая яркую и как можно меньшую (для данной линзы) точку фокусировки от яркого Солнца прямо на поверхности дерева. Скажу даже, что таким способом мы даже разжигали костёр, поджигая бумагу. Если бы так работал глаз, то один взгляд на Солнце выжег бы его в месте схождения лучей и ничего бы человек не увидел. Но в данном случае упрощение оправдано с целью наглядности.

Тут я как бы спорю с автором учебника, поправляю и дополняю его. Допустимо ли это? Ну если вы спорите с учителем и он признаёт вашу правоту, то это значит, что вы, как минимум, на том же уровне понимания, что и учитель, а как максимум – можете его и превзойти.

Это как в древности один учитель начальных классов решил весь урок почитать книжечку, а чтобы занять детей на целый час – предложил им вычислить сумму чисел от 1 до 100 (современным математическим языком это 100! (сто факториал)), но не успел он начать читать, как один из учеников выдал ему правильный ответ.

– Как тебя зовут, мальчик? – спросил удивлённый учитель.

– Блез Паскаль.

(Знаменитый математик, если кто не в курсе).

Я тоже попытался решить эту задачу не в лоб (даже не на калькуляторе, которых тогда не было) и решение состоит в поиске закономерности роста суммы по мере роста числа. Но всё-таки мне потребовалось сперва тупо сложить числа с 1 до 20 и тогда я эту закономерность нашёл, превратив более сложную арифметическую прогрессию в более простую геометрическую, но всё равно где-то что-то не учёл, поскольку число получилось где-то чуть меньше 5000, а на самом деле оно больше 5000 (хотя и не намного).

Но нельзя быть во всём умнее всех, поэтому, разумеется, если человек "роет" глубоко в каком-то узком месте, где полно ещё и практического материала, то вероятнее всего в этом месте ему будет довольно несложно превзойти учителя физики, который "роет" во всех местах одновременно и не может вырыть слишком глубокую яму в том месте, на котором сосредоточились вы (ибо геометрическая оптика – это лишь мизерная часть всей физики вообще). Вот ещё рисунок из того же учебника, подтверждающий мою позицию по добавкам, вставкам и поправкам.

Вот вам пример получения изображения вообще без всяких линз, через маленькое отверстие. Мизерное фокусное расстояние и лучи сходятся практически в самом отверстии (дырке), а расходятся, создавая изображение и переворачивая его, уже на той поверхности, которую, что называется, сами поставите. А как же резкость ловить, спросите вы? А тут благодаря очень сверхкороткому фокусу (сходящемуся в самой дырке) и огромному диафрагменному (апертурному) число – глубина этой самой резкости получается очень большой (сверхбольшой), поэтому расстояние до изображения не очень критично. Автор учебника предлагает нам изготовить такую камеру обскуру (или пинхол-камеру = pin-hole = булавочное отверстие) из обувной коробки (при этом даже не указывая её размера), но я знаю многих умельцев, которые изготавливали такие пинхол-камеры (обскуры = obscure = затемнение) из обычных камер, просто ставя вместо объектива кусок плотной непрозрачной чёрной материи и протыкая её булавкой. А один раз я даже наблюдал пинхол-видео, когда ехал внутри наглухо закрытого фургона и с удивлением видел на стене фургона перевёрнутое изображение всего, что мы проезжаем, транслируемое через узкую щель где-то над моей головой. Одного фотографа это даже вдохновило на создание пинхол-камеры (обскуры), величиною с этот самый фургон, где он проделал такое же отверстие, а на противоположной стороне фургона прямо во всю стенку крепил бумагу с фотоэмульсией и так ездил и экспонировал гигантские изображения разных мест, получая гигантские фотоснимки.

Ну а тут могу из учебника привести пример создания пинхол-камеры (обскуры) из обувной коробки (повторюсь, что пример далеко не исчерпывающий):

У самой простой камеры меньше всего аберраций. Это в буквальном смысле "камера с булавочным отверстием". Всё, что нужно для её изготовления, - это коробка из-под обуви, немного чёрной липкой ленты, алюминиевая фольга и кусок плёнки (ха, были времена – теперь кусок цифры, ха). Вырежьте отверстие на одном конце коробки и поверх него приклейте лентой кусочек алюминиевой фольги. В фольге проколите отверстие булавкой. В тёмной комнате поместите плёнку (цифру:-)) на противоположном конце коробки и затем заклейте лентой крышку. Булавочное отверстие тоже можно закрыть кусочком ленты, пока вы не поставили камеру в положение для съёмки. Поскольку выдержка при съёмке освещённой Солнцем сцены может занять более пяти минут (причина этому очень большая эквивалентная диафрагма-апертура маленького отверстия, поэтому даже при хорошем свете время экспонирования значительно), нет нужды проявлять особую заботу о том, как открывать и закрывать булавочное отверстие. С помощью такого устройства можно получить исключительно резкие фотографии неподвижных сцен, лишённые каких бы то ни было искажений.

Простая геометрия лучей в этой камере показана на рисунке (вверху). Каждый точечный источник света фотографируемого объекта образует на плёнке пятно, имеющее форму булавочного отверстия. Рисунок изображения состоит из множества таких пятен. Никакой наводки на резкость не требуется (я уже выше писал об огромной глубине резкости благодаря сверхкороткому фокусу и сверхмалой эквивалентной диафрагме-апертуре). Благодаря такой прямолинейной геометрии все предметы, находящиеся перед отверстием, изображаются в фокусе (в смысле – резко) и без искажений.

Можно подумать, что для получения ещё более резких фотографий с помощью такое булавочной камеры нужно уменьшать размер булавочного отверстия. Но такой способ работает лишь до определённого предела. Ясно, что когда отверстие имеет диаметр 1 см., изображение представляет собой монтаж из сантиметровых дисков, наползающих друг на друга (даже в таких обстоятельствах фотография передаёт некоторое сходство). Однако при уменьшении отверстия за пределы некоторого размера отдельное пятно изображения начинает увеличиваться в размерах. В действительности отдельное пятно изображения представляет собой не просто круг, а, скорее, дифракционное изображение с угловым радиусом 1,2L/d, где d - диаметр булавочного отверстия, L - длина волны света. При уменьшении d угловой размер пятна на изображении увеличивается. Если расстояние от отверстия до фотоматериала равно l, радиус дифракционного изображения равен 1,2(Ll/d). Размер этого дифракционного пятна может стать больше, чем самого булавочного отверстия. Уменьшение размеров булавочного отверстия приводит также к уменьшению энергии света, достигающего фотоматериала. При уменьшении диаметра в 2 раза световой поток уменьшается в 4 раза. Для получения приемлемого изображения время экспозиции пришлось бы увеличить в 4 раза (при той же чувствительности фотоматериала). Для практической фотографии нужен способ, который давал бы возможность послать больше света на фотоматериал, не увеличивая размер пятна. Эта проблема получает решение, если булавочное отверстие заменить линзой.

Тут можно было бы ещё поговорить и о глубине резкости, т. е. о том, что максимальная резкость допускает некоторые отклонения в (+–) от точной. Пинхол-камеры с булавочными отверстиями имеют наибольшую глубину резкости, а при наличии линз всё зависит от площади пропускания линз или от ограничения этой площади диафрагмой-апертурой. Вверху мы узнали даже о том, что и глаз имеет апертуру-диафрагму в виде радужной оболочки, но она работает в автоматическом режиме (как и наводка на резкость). Правда существует дополнительный ручной режим, это когда мы для того, чтобы что-то получше разглядеть – щуримся (т. е. дополнительной диафрагмой-апертурой в этом случае выступают наши веки).

Да и с длиной волны света тоже не всё так просто. Когда я рисовал лучи от объектов, то они у меня не расщеплялись на несколько цветов под разными углами после прохождения линзовой системы, что практически всегда происходит из-за дисперсии света, поскольку свет состоит из разных длин волн, которые преломляются под разными углами, образуя букет из лучей. Однако если рассматривать линзу как хороший объектив, то там все лучи света стараются свести в один луч.

Вот хрестоматийный пример дисперсии света почти из всех учебников (в некоторых для наглядности расходящиеся лучи изображают разными цветами, а тут просто они подписаны как Фиолетовый, Синий, Зелёный, Жёлтый, Оранжевый, Красный).

Вот примеры длин волн для разных цветов (светов):

L (синего цвета-света) = 4,4 * (10 в степени (– 7)) метров, L (жёлтого цвета-света) = 5,89 * (10 в степени (– 7)) метров, L (красного цвета-света) = 6,6 * (10 в степени (– 7)) метров.

Ну и по глубине резкости можно немножко пройтись, хотя это тема отдельного разговора (мы много чего упрощали):

Любая собирающая линза создаёт перевёрнутое изображение. Наш глаз не исключение.

Снесём вниз два верхних рисунка, после чего представим, что линза на нижнем рисунке – это и есть хрусталик на верхнем, а резкое изображение перевёрнутого человечка формируется прямо на сетчатке. Повторюсь, что резкость изображения в глазе достигается практически автоматически за счёт сложного биологического механизма изменения рабочего отрезка такой вот "камеры". Механизм настолько автоматизирован, что мы даже не можем увидеть, где и как наш глаз работает не резко. Как только мы переводим взгляд с одного предмета на другой (или с одной области на другую) – глаз тут же автоматически перефокусируется.

 Плохой резкости помогают очки, как уже было описано выше. Очки создают не действительное, а мнимое изображение, а действительное уже достраивается нашим глазом. То есть очки лишь подправляют (корректируют) наше зрение, при этом не создавая никакого самостоятельного изображения. Хотя в случае собирающей линзы для дальнозоркого человека – это не совсем так, в том смысле, что собирающая линза всё-таки создаёт самостоятельное действительное перевёрнутое изображение, но его можно увидеть, лишь далеко отодвинув такие очки от себя (от своих глаз), а сидя на носу такая линза, разумеется, на столь коротком отрезке до сетчатки никакого действительного изображения создать не в состоянии, а лишь корректирует работу глаза, сдвигая его точку фокуса до рабочей.

Кстати вопрос на засыпку: - если линза нашего глаза переворачивает изображение, то почему мы видим его неперевёрнутым?

Ответ: - А мы видим его перевёрнутым, просто уже наш мозг переворачивает его ещё раз. Это примерно как если перевёрнутое изображение в телевизоре "вылечить" переворачиванием телевизора. Ну или перевернуться самому.

Тут интересно другое. Является ли это свойство нашей "башки с глазами" строго фиксированным или оно адаптивное. Иными словами: - жёстко ли закреплён за нашим мозгом вот этот провод, который, беря изображение вверху сетчатки, тянет его в низ нашего восприятия в мозгу, а провод с низа сетчатки проделывает зеркально-перекрёстную дорогу наверх. Или эти провода чисто виртуальные и могут быть перекоммутированы.

Для этого испытуемому одели специальные очки, которые таки да – переворачивают изображение перед глазами человека. Думаю, что это были уже не простые однолинзовые очки, а довольно сложный оптический прибор, но человеку с этим прибором велели жить, не снимая, несколько месяцев. И так он и мучился, видя мир перевёрнутым и даже пытаясь в нём что то делать. Но в один прекрасный день мир для него в буквальном смысле перевернулся в этих очках в нормальное положение. И тогда ему велели снять очки. И опять мир стал для него перевёрнутым. Вы себе представляете себя без всего на глазах, но мир в ваших глазах при этом вверх тормашками. Зрелище не для слабонервных. И опять прошло несколько долгих месяцев, прежде чем мир для испытуемого опять встал на своё место. Надеюсь учёные хорошо компенсировали подопытному такой садизм, потому что иначе их научные степени и масштабы личностей взлетает до поистине Гестаповских вершин концлагерных врачей-изуверов.

Дальше продолжим описание теле-систем из учебника:

И составной микроскоп, и астрономический телескоп создают мнимое изображение действительного изображения. Результирующее изображение перевёрнуто вверх ногами. Для большинства применений микроскопа или для астрономических наблюдений в телескоп это не имеет значения. Однако было бы неудобно наблюдать перевёрнутые вверх ногами изображения в театральный бинокль. Один из способов получения прямого изображения в телескопе – добавить просто ещё одну собирающую линзу посередине. Такая добавка делает телескоп громоздким. Некоторые телескопы сделаны из вставленных друг в друга трубок, которые выдвигаются в рабочем положении для обеспечения необходимой длины. (Слово "телескопический" иногда используют для характеристики систем, у которых отдельные компоненты вдвигаются друг в друга). В биноклях изображение переворачивается с помощью внутреннего отражения, как показано на иллюстрации на стр... Перенесёмся:

Схема бинокля или, вернее, – одной из его половинок (вторая просто симметрична). После такой "схемы" уже скрепя зубами продолжу цитировать учебник:

Такое устройство позволяет также немного удлинить фокусное расстояние объективов, из-за чего возрастает и увеличение бинокля (точнее было бы написать - приближение). Более того, создаваемое призмами полного отражения боковое смещение лучей позволяет увеличить расстояние между объективами и тем самым усилить восприятие глубины пространства в такой бинокулярной системе.

Когда свет отражается (перпендикулярно) от очень хороших плоских зеркал, около 10 процентов света теряется. При полном внутреннем отражении потерь света не происходит. Это явление часто используется в оптических приборах, особенно когда требуется несколько отражений. Пример вы видите на рисунке. Благодаря нескольким отражениям в бинокле увеличивается проходимый светом путь и изображение получается неперевёрнутым. Эти отражения происходят внутри стеклянных призм, а не от поверхностей обыкновенных зеркал, что уменьшает потери света.

Принцип полного внутреннего отражения используется также для передачи света вдоль длинных пластмассовых или стеклянных волокон. Световые лучи отскакивают взад и вперёд от стенок, следуя за всеми изгибами и поворотами волокна. ... (Ну дальше уже чуть подробнее про оптоволоконную связь).

Ну вот тут "стоп машина" для моей мягкой интеллигентной конструктивной критики. Схема половинки бинокля с описанием совершенно непригодны для наглядного понимания. Бинокль призменный и призмы служат прежде всего цели удлинения фокусного расстояния первичного (главного) фокуса. Но кто же так рисует фокус штрихпунктирной линией и после этого ещё и изображение не перевёрнуто. Из такого плоского рисунка непонятно не только то, как вообще сходится фокус, но и как переворачивается (или не переворачивается) изображение. Попробуем прояснить ситуацию и для этого модернизируем рисунок:

Вообще-то здесь показана половинка бинокля, а вторая будет абсолютно симметрична и тут как бы вид бинокля сверху (или снизу) и именно так бы мы увидели бинокль в руках смотрящего, если бы смотрели на него сверху или снизу. Ну вряд ли смотрящий будет смотреть в бинокль, как в песне: - "искоса, низко голову наклоня". Т. е. завалит голову набок и тогда, глядя на него сверху, мы увидим бинокль с торца, где будет видна всего одна правая или левая труба, а всё остальное наложится друг на друга, как бы мы не делали разрез. А тут как бы вид сверху или снизу (в разрезе) и, разумеется, логично предположить, что, скажем, человек, которого мы можем рассматривать, может стоять точно так же (для удобства мы не будем рассматривать положение лёжа, хотя в этом случае всё было бы точно так же, только вместо лево-право был бы верх-низ). Итак предположим, что рассматриваемый человек стоит так же, как наблюдатель в бинокль, т. е. мы видим его голову и два плеча – левое (Л) и правое (П).

В этом данном случае плоского чертежа зеркала призм просто будут отражать это Лево (Л) и Право (П), зеркально меняя их местами и после отражения от последнего зеркала Лево (Л) и Право (П) будут там же, где были изначально до вхождения изображения в бинокль (см. чертёж). Ну что зеркало меняет Право и Лево местами – мы можем наблюдать на своём примере в любое зеркало – всё правое там становится левым и наоборот (а в знаменитом советском фильме "Королевство кривых зеркал" даже имя Оля менялось на Яло). Ну а в данном случае нескольких отражений последнее зеркало ставит всё обратно на свои места. Тогда зачем же такой сложный ход изображения (лучей)? А вот как раз ради удлинения первичного фокуса (первой линзы (системы линз)), ибо, как мы выяснили в начале статьи, – он должен быть максимально длинным (длиннофокусным). Этому и служат призмы (зеркала призм).

По мере прохождения призм с зеркалами – лучи изображения сужаются (а иначе как они смогут сойтись в точку фокуса и создать изображение (см. примеры простых линз вверху)). Но вот где они сходятся в фокус – до окуляров, которые, как мы уже выяснили в начале – должны быть как можно более короткофокусными для максимального приближения, или после. Там я поставил знак вопроса.

Теперь вновь обратимся к учебнику К. Суорца:

В театральных биноклях и в очень недорогих зрительных трубах используется немного иная оптическая система. В "галилеевой" системе, показанной на рисунке, в качестве объектива используется собирающая линза, но в качестве окуляра - рассеивающая. Первый телескоп Галилея был именно такого типа и давал общее увеличение около 3. В последующих телескопах он получил увеличение вплоть до 30.

Как видно из рисунка, окуляр перехватывает сходящиеся лучи, превращая их в расходящиеся. Глаз интерпретирует эти расходящиеся лучи, как выходящие из мнимого изображения. Это изображение, конечно, прямое и даёт увеличенную картинку по сравнению с тем, что увидел бы невооружённый глаз. Сделанный по такой схеме театральный бинокль даёт увеличение всего около 3х (на самом деле современные бинокли по такой простой схеме могут давать увеличение до 10х).

Бинокли и небольшие телескопы характеризуют обычно двойным числом, например 7 Х 30. Первое число относится к линейному увеличению (отношение высоты наблюдаемого в телескоп изображения к высоте объекта при его наблюдении невооружённым глазом). Второе число даёт диаметр линзы объектива в миллиметрах. К этому мы вскоре вернёмся.

Вот вам и такая схема, когда лучи изображения вообще не сходятся в фокус, а перехватываются рассеивающей линзой, которая создаёт таким образом мнимое изображение для нашего глаза, а вот уже наш глаз сводит всё в фокус внутри себя и создаёт уже действительное изображение для самого себя (своей сетчатки). При такой схеме, создаваемое биноклем изображение не переворачивается, поскольку просто не доходит до узла фокусировки, из которого и может выйти перевёрнутым.

 Может ли так же работать призменный бинокль, не сводя изображение в фокус вообще, и, таким образом, его не переворачивая? Может, но, как правило, призменные бинокли работают по несколько иному принципу. Для более-менее подробного изучения работы призменного бинокля мне было достаточно обнаружить на барахолке призменный бинокль с отсутствующим окуляром. Я захотел его купить, чтобы доразобрать и подробнее разобраться, но продавец ломил цену, несмотря на его сомнительную полноценную пригодность и я отказался. Вероятнее К. Суорцу его бинокль, расплющенный сталеварным прессом, достался гораздо дешевле (был по карману) и он зарисовал его именно так. А вот я, когда начал писать эту статью, просто решил заглянуть в дырку отсутствующего окуляра и изучить хотя бы так вполне объёмный ещё бинокль (не расплющенный) и этого было достаточно, чтобы понять принцип его работы. Наспех я сделал зарисовку и из неё стало всё понятно. Для полного понимания плоский чертёж не годится. Я зарисовал в объёме (изометрии).

Вот эта зарисовка:

Принимающее изображение с передних линз зеркало (если держать бинокль строго по горизонту) наклонено под углом около 45 градусов ко второму зеркалу (над ним), но ещё дополнительно эти два зеркала наклонены примерно под 45 градусов ещё и к горизонту. Затем второе верхнее зеркало отражает изображение в верхнее зеркало уже другой призмы, стоящей впереди, а та отражает его в нижнее зеркало (оба зеркала второй передней призмы так же смотрят друг на друга под углом 45 градусов и в этом смысле обе призмы одинаковы) и вторая призма с зеркалами также расположена под углом примерно 45 градусов к горизонту. Я пытался также рисовать Л (Лево) и П (Право), чтобы понять, как там крутится изображение, но потом подумал: - а чего тут мучиться? Достаточно лишь наклонить рисунок, чтобы первая призма с двумя зеркалами стояла вертикально – и всё станет понятно.

При таком повороте понятно, что первое зеркало первой призмы, принимающее первичное изображение с линз, отражает это изображение строго наверх и там это изображение будет уже перевёрнуто вверх ногами. Почему это так – можно дополнительно проиллюстрировать, снеся сюда один из верхних чертежей:

До того, как я продемонстрировал вам объёмный чертёж призменного бинокля в изометрической проекции – я демонстрировал вам чертёж из учебника, где как бы зеркала призм стоят в одной плоскости и всего лишь зеркалят изображение слева направо и справа налево с итоговым неизменённым изображением. И только потом продемонстрировал, что вот те удобные объёмные выпирающие бобышки, что так хорошо ложатся в ладони – это не просто вот так удобно для рук приспособлено, но и имеет вполне функциональное назначение. Но предположим, что как на этом чертеже – зеркала стоят на одной плоскости, но мы возьмём и повернём бинокль набок и тогда это будет уже не вид сверху или снизу на бинокль, а вид сбоку. При этом человек, которого мы рассматриваем (сейчас не важно как: - наклоня голову набок или просто глядя одним глазом в один верхний окуляр (любой, расположенный над другим)) на верхнем чертеже уже не будет повёрнут к нам как при виде сверху или снизу – одной головой (отбросив другие части тела:-), а вытянется во всю длину тела с туловищем, руками и ногами. Я не буду сейчас вместо одной красной головы ещё пририсовывать туловище, руки и ноги, а просто представьте это и ещё то, что буква Л (Лево) теперь будет обозначать Верх (В), а буква П (Право) будет обозначать Низ (Н). (Кстати, развивать фантазию и воображение тоже полезно, поэтому я специально всё не разжёвываю слишком подробно). И вот тут верх и низ будут меняться на чертеже, как раньше лево и право, т. е. зеркала призм будут зеркалить нам уже не лево и право, а верх и низ, при этом так же несколько раз (как лево и право) переворачивая изображение, а по выходе из последнего зеркала поставят нам его опять в правильное не перевёрнутое положение.

Вот поэтому биноклю всё равно, как вы его крутите – он всегда выдаст вам правильное изображение и это касается как схемы бинокля из учебника, которую я раскритиковал, но которая, кстати, тоже имеет право на существование, так и мою схему реального бинокля. Кстати, возвращаясь к моей реальной схеме, которую я чуть повернул для лучшего понимания. "Добьём" уже её до конца.

   Итак после прохождения первой призмы с двумя зеркалами изображение со второго верхнего зеркало получается уже перевёрнутым и в перевёрнутом виде оно отражается на вторую призму с другими двумя зеркалами, а вот они уже расположены в горизонтальной плоскости (а не друг над другом), поэтому перевёрнутое изображение с верхнего зеркала первой призмы вторая призма с двумя своими зеркалами способна вот именно что только отзеркалить справа налево, оставив по-прежнему перевёрнутым первой призмой (с двумя зеркалами). Итого на окуляр идёт перевёрнутое вверх тормашками изображение. А зачем нам это надо? А затем, чтобы сойдясь в фокус (точку фокусировки) – это изображение перевернулось ещё раз и вышло на наш глаз уже нормальным.

Разумеется в учебнике К. Суорца в этом плоском чертеже (который я подправил в изометрии) как раз подразумевался именно такой бинокль, который я изобразил более подробно, т. е. с объёмными призмами, которые вот так сперва переворачивают входящее изображение, а затем сводят его в фокус и после точки фокусировки изображение переворачивается вновь, становясь нормальным. Поэтому в логике чертежа К. Суроца и, с учётом подправленного мною, бинокль в разрезе можно нарисовать так:

Тут есть и Л (Лево) и П (Право), а также Г (Голова) и Н (Ноги). И вот так это всё тут переворачивается с Ног на Голову и наоборот, а также зеркалится с Права на Лево. А в результате после прохождения через точку фокуса всё вновь встаёт на свои места. Но это всё до окуляров, т. е. тут мы рассматривали только первичный фокус, создаваемый объективом бинокля и работу призм, которые удлиняли этот фокус, переворачивали изображение до точки фокусировки, а потом переворачивали его в нормальное положение после точки фокусировки. Что касается окуляров, то их линзы не переворачивают изображение, но должны быть как можно более короткофокусными, чтобы усилить мощь бинокля. Об этом мы говорили в самом начале раздела и приводили схему телескопа. Снесём её сюда вновь:

Схема не самая удачная, но даже из неё можно понять, что даже краевые точки (представим их миниатюрными изображениями) наблюдаемого сюжета после передней линзы (системы линз) сходятся в своих фокусах (тоже на краях), после которых просто не могут не перевернуться. А вот вторая окулярная линза по-видимому не переворачивает изображение, а лишь создаёт мнимое (для доработки до действительного уже глазом). Подтверждением этому служит текст сразу за этим рисунком, который я уже приводил, но могу привести ещё раз.

И составной микроскоп, и астрономический телескоп создают мнимое изображение действительного изображения. Результирующее изображение перевёрнуто вверх ногами. Для большинства применений микроскопа или для астрономических наблюдений в телескоп это не имеет значения. Однако было бы неудобно наблюдать перевёрнутые вверх ногами изображения в театральный бинокль. Один из способов получения прямого изображения в телескопе – добавить просто ещё одну собирающую линзу посередине. Такая добавка делает телескоп громоздким. Некоторые телескопы сделаны из вставленных друг в друга трубок, которые выдвигаются в рабочем положении для обеспечения необходимой длины. (Слово "телескопический" иногда используют для характеристики систем, у которых отдельные компоненты вдвигаются друг в друга). В биноклях изображение переворачивается с помощью внутреннего отражения, как показано на иллюстрации на стр...

Ну с биноклями мы уже разобрались, а вот как быть с этим чертежом, когда глаз смотрит на фактически перевёрнутое изображение (зрелище не для слабонервных). Ну сам К. Суорц объясняет (хотя без примеров), что где-то посередине между линзой (линзами) главного большого фокуса и окулярной линзой (системой линз) добавляется ещё одна линза, которая дополнительно переворачивает изображение. Итого два перевёрнутых изображения образуют в окуляре (который всего лишь создаёт мнимое изображение для нашего глаза (достройки его глазом)) правильное неперевёрнутое изображение. Либо надо пользоваться призматическими конструкциями с зеркалами, которые, подобно биноклям, переворачивают изображение ещё до фокусировки, а после фокусировки переворачивают его ещё раз. И такие конструкции получают всё большее и большее распространение в виде призменных телескопов и подзорных труб. Да даже призменные объективы для фотокамер уже появились. Дальше приведу конкретные примеры, а пока немного о названии "призма". Почему не просто зеркала, которые просто располагаются под определёнными углами?

Ну иногда действительно бывают просто зеркала. Например в зеркальных камерах есть варианты пентапризм и пентазеркал (об этом ниже), но просто вариант пентазеркал считается хуже качеством.

Вот вариант двух зеркал под углом около 45 градусов к изображению и эти зеркала, в данном случае, переворачивают изображение, а поставленные в одной плоскости (набок) просто меняют лево на право и право на лево.

Принцип работы призмы (в данном случае двухзеркальной) тот же самый, что и у двух отдельных зеркал – лишь технология изготовления отличается. Призма – это цельный кусок хорошего очень прозрачного стекла и лишь на задние стенки наносится внешнее зеркальное напыление, чтобы внутренние стенки работали как зеркала на отражение. Понятно, что в случае отдельных зеркал это просто отдельные зеркала (закреплённые тем или иным способом), между которыми воздух. Для чего же делаются зеркальные призмы? Только лишь для минимизации границ воздух-стекло – стекло-воздух, поскольку на этих границах теряется свет. Выше для случая бинокля К. Суорц писал о 10 процентах потерь на каждой такой границе.

Вот теперь посчитаем такие границы для отдельно стоящих зеркал:

1. Воздух-зеркало (для вхождения первичного изображения в первое зеркало);

2. Зеркало-воздух (для выхождения из первого зеркала);

3. Воздух-зеркало (для вхождения во второе зеркало);

4. Зеркало-воздух (для выхождения из второго зеркала).

А теперь для призмы:

1. Воздух-призма;

2. Призма-воздух.

Это поскольку зеркала являются неотъемлемой частью призмы.

Для нескольких отдельных зеркал ситуация ещё хуже, поэтому призмы более предпочтительны.

Для бинокля и для наглядности первоначально призмы я нарисовал именно как зеркала:

Тут зеркала снаружи а сзади, так сказать, – ну, например, просто тело держателя (этих самых зеркал).

Ну а так дело обстоит на самом деле, т. е. это цельная прозрачная стеклянная призма, на стенки которой с задней стороны нанесены зеркальные поверхности (зеркальные напыления). Зеркала (и призма) имеют скруглённую форму на концах и это из соображения экономии (материала) и эргономики (компактности), поскольку изначально первичные объективы бинокля круглые, формируют круг изображения, а так же передают этот круг через весь бинокль на окуляры и окуляры тоже формируют круг изображения уже для глаза. Поэтому лишние углы и не нужны. Хотя допускаю существование биноклей, формирующих не круглые изображения и там геометрия может быть несколько иная, но лишь по формам призм и (возможно) линз.

Что касается, например, зеркальной фотокамеры, то там конечное изображение прямоугольное (даже если оно и квадратное, поскольку квадрат – это частный случай прямоугольника), поэтому и видеть кадр мы должны таким же. Отсюда несколько иная геометрия зеркал и пентапризм (или пентазеркал). Издревле фотографическая оптика создавала круглое изображение, которое по мере прохождения через камеру просто обрезалось до прямоугольного (прямоугольник кадра как бы вписывался в круг изображения). Однако более простые штамповочные решения для дешёвых камер и оптики подразумевали уже обрезанные с краёв линзы. Ну и действительно – зачем создавать круглое изображение круглыми линзами, которое потом всё равно будет обрезано с краёв до прямоугольного (прямоугольными границами (рамками) кадра) – так лучше уж отштамповать уже готовые прямоугольные линзы с экономией на материале и пусть создают уже прямоугольное изображение безо всякого вылезания частями круга за края прямоугольного кадра.

Просто раньше, при варке и шлифовке линз, чисто технологически они получались круглыми и именно так их было удобно обрабатывать, да и шахты для постановки их в объективы тоже технологически проще было сделать круглыми. Т. е. при старых технологиях дополнительные операции по обрезке удорожали изделие сильнее экономии на материалах. К тому же старые резьбовые соединения не всегда точно позиционировали объектив по углу и для круглых линз это было не важно, а вот прямоугольные могли просто точно не попадать прямоугольным изображением в прямоугольную рамку кадра.

Но для современных штамповочных технологий, когда выштамповываются и линзы, и шахты, и корпуса – штамповочный станок можно уже настроить на выштамповку всего прямоугольного, тем более что применяемые пластики в корпусах камер и объективах (а то и в линзах этих объективов) – делают такие технологии максимально выгодными и по технике исполнения, и по экономии материалов (это вам не прежние трудно обрабатываемые штамповкой металлы (проще было выточкой вытачивать круги), качественные и добротно обрабатываемые стёкла (тоже шлифовальными кругами, менисками – по кругам, сферическим поверхностям)). А теперешние байонетные крепления позволяют всё точно позиционировать, поэтому многие сменные объективы я видел уже с прямоугольными стёклами. Правда это была дешёвая пластиковая бюджетная оптика некоторых фирм, но в примитивных камерах вроде "мыльниц" такие решения пошли уже давно. Но со временем дошли и до зеркалок, правда пока ещё в дешёвом бюджетном сегменте.

Кстати, теперь мы дошли и до оптики для фотокамер. Переворачивает ли изображение такая оптика? Да, переворачивает, и изображение получается на фотоматериале перевёрнутым. Так почему бы не перевернуть его ещё раз дополнительной линзой, призмой, зеркалами? Да потому, что фотографическая оптика рассчитана на получение максимально качественного изображения и все посреднические усилия по дополнительному перевороту изображения приведут к ухудшению этого качества. (Для глаза это не так критично, поэтому чисто глазные (только для глаза) решения биноклей, подзорных труб и телескопов могут быть не столь качественны и дороги, как для регистрирующих материалов).

А перевёрнутое изображение на фотоматериале можно просто перевернуть при просмотре и именно так и делали раньше, переворачивая негативы, фотобумаги, а теперь это просто удел электроники, которая просто считывает сигнал в перевёрнутом виде, чтобы он смотрелся нормально на мониторах и при последующей печати. Выше я даже приводил аналогичный пример с человеческим глазом. Если в цифровой камере мы пользуемся визированием по монитору, то именно так и происходит. При сквозном видоискателе совсем примитивных камер мы вообще смотрим в кадр не через объектив и там ничего не надо переворачивать. А вот в зеркальных камерах с окуляром, работающим непосредственно через объектив (как правило сменный) – переворачивать изображение (но лишь для визирования нашим глазом) помогает пентапризма или пентазеркала. Биноклевые типы (применимые так же и в многочисленных других оптических приборах, о которых позже) были рассмотрены мною раньше, а теперь очередь дошла до призмы фотоаппарата (из-за большей сложности устройства именуемой пента-призмой (т. е. имеющей пять рабочих поверхностей)). Ниже типичное устройство пентапризмы зеркального фотоаппарата (по документации фирмы Contax):

Переворачивающая изображение (для глаза) пентапризма зеркальной фотокамеры расположена вверху и почему-то очерчена только  тремя красными линиями. Нижняя и правая часть – это просто самые близкие к центру пентапризмы тонкие линии и вот вам пять сторон. Штрихпунктирными линиями показаны лучи света (изображение) и в самом верху они отражаются от верхнего зеркального напыления пентапризмы, после чего отражаются ещё и от правого зеркального напыления пентапризмы, а уже потом перевёрнутое изображение до этого перевёрнутое объективом (т. е. теперь уже нормальное) поступает на наш глаз (ну там ещё стоят некоторые корректирующие посреднические линзы окуляра, но основную суть дела это не меняет). Как я уже говорил выше – вместо цельной пентапризмы с зеркальными напылениями могут стоять отдельные зеркала и тогда это будут пентазеркала. Некоторые фирмы применяли такие отдельные зеркала в своих камерах, но фотографы ругались из-за таких решений в плане качества (хотя многих и это устраивало). Из этого чертежа, кстати, не следует, что перед нами именно цельная пентапризма с зеркальными напылениями (всего-то двумя – верхним и левым боковым (см. откуда отражаются лучи) и одной вспомогательной плоскостью, просто создающей подходящий рабочий угол), но, зная фирму Contax, можно с уверенностью сказать, что она не скупилась на самые качественные решения.

Штрихпунктирные линии лучей света (изображение) поступают в верхнюю пентапризму (на верхнее зеркальное напыление) с нижнего шарнирного зеркала, расположенного всё под тем же пресловутым углом 45 градусов к горизонту (для максимально полного и эффективного переотражения на угол 90 градусов). На чертеже почему-то зеркало отражает из точки, т. е. получается, что лучи от объектива сошлись в точку фокуса прямо на поверхности зеркала, а потом начали расходиться в направлении пентапризмы. Вопрос, зачем тогда такое большое зеркало городить (в "зеркалках" они размером с кадровое окно или даже больше), поскольку для приёма и отражения точки зеркало тоже можно сделать точечным (небольшую зеркальную поверхность). Ну об этом чуть позже.

На другой странице буклета почти всё лишнее отброшено и оставлено подвижное шарнирное зеркало (внизу, под углом 45 градусов) и пентапризма (вверху):

И это всё равно не объясняет ход лучей изображения от объектива через зеркало на пентапризму и далее, поскольку тут на этом, похоже, вообще не заостряется внимание. Считается, что луч одиночный (как лазерный), а потом, входя в пентапризму, вдруг расщепляется на изображение. Это очень грубо.

Я ещё раз снесу один из верхних схем прохождения лучей для одиночной линзы и будем считать эту линзу объективом этого фотоаппарата (это опять некоторая примитивизация для лучшего понимания, хотя одиночные линзы для фотокамер всё-таки существуют и называются моноклями):

Кстати вот вам вопрос на засыпку: - Переворачивает ли объектив изображение до зеркала или после, т. е. сходятся ли лучи в фокус (узел) до зеркала или после? Если переворачивает, то зеркало отражает уже действительное изображение, а если нет, то пока всего лишь мнимое.

Первый вариант (пляша от верхней схемы):

Итак – объектив камеры сфокусировал и перевернул нам изображение до зеркала, то есть зеркало отражает уже сформированное реальное действительное вертикальное изображение (пусть и перевёрнутое) под углом 45 градусов к горизонтали на 90 градусов вверх (т. е. отражает вертикальное изображение (пусть и перевёрнутое) вверх в горизонтальное). Это горизонтальное изображение частично задерживается на матовом стекле (обозначено красным), т. е. матовое стекло является частично прозрачным (изображение проходит насквозь на пентапризму), а частично непрозрачным (т. е. изображение формируется на самом матовом стекле благодаря микронеровностям этого стекла, которые создают на себе изображение, мелкодисперсно рассеивая и переотражая свет (с изображением) друг на друга, таким образом окрашивая себя мозаично и составляя из этой мозаики как бы составное изображение. Тут можно добавить, что более ранние матовые стёкла имели очень грубое матирование (относительно большие и бесформенные неравномерности) и грубые зёрна мозаики из неравномерностей сильно ухудшали восприятие изображения. В более поздние времена матирование начало производиться более тонкими методами, вплоть до использования лазеров (между тем как раньше один из способов заключался в перетирании прозрачных стёкол песком и изображение могло быть на таком матовом стекле настолько неважным, что дополнительно в помощь при фокусировке (правда, не быстрой, – для быстрой (для тех времён – ручной (вручную)) – всё равно даже такое матовое стекло было незаменимым) в центре таких матовых стёкол размещались более ровные (и поэтому заметно более большие) микро-призмы Френеля (небольшим кольцом вокруг центра и в этом кольце для точного наведения на резкость надо было добиваться того, чтобы изображение формировалось на платах этих пирамид, а не на углах (в противном случае в кружке микропризм Френеля оно будет нерезким с сильно бросающимся в глаза мерцанием)), а также в самом центре размещались ещё и так называемые Клинья Додена в виде достаточно большого кружка, разделённого на две половинки, и в этом ровном, хотя и маленьком кружке, очень чёткое изображение как бы разделялось надвое и резкости добивались соединением двух половинок (для этого, правда, желательно было соединять какие-нибудь линии на изображении (скажем линии каких-нибудь контуров, иначе наводка на резкость была затруднительна)). Сейчас не буду подробно останавливаться на этих двух вспомогательных конструкциях для более точной фокусировки, тем более что после появления очень хороших мелкодисперсных матовых стёкол необходимость в двух доп. приспособлениях отпала. Ещё этому поспособствовало применение во всех видоискателях камер диоптрийной коррекции для плохо видящих людей, а также переход к автофокусу (при котором акцент сместился на автоматическую фокусировку и нежелание что-то ещё городить для ручной). Правда в некоторых камерах матовые стёкла (пусть и очень высококачественные) стали настолько маленькими, что вот именно что разглядеть в них что-то стало весьма проблематично. Просто вот эта миниатюризация пентапризм для миниатюризации камер, да ещё и впихивание в них выскакивающих вспышек (раньше профессионалы просто покупали навесные и такие решения и поныне самые качественные) не оставляют места для формирования большого изображения в видоискателе и несколько парадоксально в связи с этим удивление людей, которые смотрят в старые зеркальные камеры (пусть и с более грубым матовым стеклом) и видят изображение, как на первых рядах крупноэкранного кинозала, а в более новых камерах изображение может и получше качеством (не так зернит), но смотрится как на последнем ряду малоэкранного кинозала и в иных камерах по такому экранчику вообще почти невозможно наводиться вручную. В связи с улучшением баланса белого (как авто, так и ручного), улучшающихся возможностях работать на высоких и сверхвысоких чувствительностях – вспышки нужны всё реже и реже и не лепили бы их уже, встроенными в пентапризмы, съедая при этом обзор через видоискатель, ан нет – "ложат и ложат" встроенные вспышки, чтобы с народа побольше бабок содрать за всю эту довольно сложную и дорогостоящую вспышечную инфраструктуру (очень коротко её перечислю, чтобы вы не думали, что там только одна "лампа": - возбудитель-генератор с постоянного тока в переменный, повышающий трансформатор (с двумя катушками индуктивностей и сердечником) аж до 300 Вольт (ибо трансформатор может работать только с переменным током), выпрямитель вторичного переменного напряжения в однополярное импульсное (диодный мост), сглаживающий фильтр из импульсного однополярного напряжения в стабильное однополярное величиною в 300 Вольт, конденсатор большой ёмкости, а также высоковольтного напряжения в 300 Вольт (ибо газоразрядная лампа при более низком напряжении не вспыхивает, да и малая ёмкость конденсатора не даст импульса достаточной мощности), а уж только потом с него напряжение подаётся на газоразрядную лампу). Ну добавьте сюда ещё и схему управления всей этой дребеденью. И вот вся эта всё меньше и меньше нужная кому-то хрень сжирает немаленькое место и ресурсы в ущерб чему-то гораздо более полезному.

Но вернёмся к рисунку:

Благодаря полупрозрачности матового стекла (обозначено красным) на нём формируется изображение, а также оно передаётся дальше вверх на пентапризму, где его отражает сперва верхнее зеркало (зеркальное напыление) на боковое, а с бокового зеркала (зеркального напыления) уже нормальное правильно перевёрнутое изображение поступает в видоискатель-окуляр фотоаппарата, где мы наблюдаем его уже глазом. Здесь я даже немного попробовал отразить работу корректирующих линз (одну после матового стекла и несколько других прямо в глазке окуляра). Просто с объектива камеры (тут не изобразил – дофантазируете по рисунку работы одиночной линзы) попавшее на первое шарнирное зеркало перевёрнутое изображение, отражаясь наверх на матовое стекло и пентапризму – всё ещё продолжает увеличиваться в размерах и стоящая за матовым стеклом собирающая линза по идее призвана слегка или полностью прекратить этот процесс (увеличения), а возможно даже и слегка подуменьшить изображение, чтобы оно не выпирало за пределы последующих двух зеркал. Дальнейшие окулярные линзы тоже корректирующие, но тут, скорее всего, возможны варианты и этот может быть не единственным. Но, в любом случае, изображение с последнего зеркала (зеркального напыления) пентапризмы уже не переворачивается линзами видоискателя-окуляра (вообще любыми линзами в такой конструкции производится лишь корректировка) и изображение поступает в наш глаз через окуляр-видоискатель фотокамеры уже не перевёрнутым. Чуть выше я обращал внимание на то, что в некоторых старых камерах пентапризм вообще не было и фотограф смотрел на матовое стекло сверху без всяких дополнительных окуляров-видоискателей. В таком виде на матовом стекле уже формируется вполне приемлемое изображение (см. человечка на красной плоскости) и неудобство заключается лишь в том, что при горизонтальной компоновке кадра (с вертикальной чуть проще) на изображение нужно всегда смотреть сверху (ну это как если мы нормально повёрнутый фотоснимок рассматриваем на плоскости стола и нужно возвышаться над ним), а это не всегда удобно (например это занижает уровень съёмки или заставляет фотографа искать возвышенность) и тогда была придумана пентапризма, чтобы всегда снимать с уровня глаз (и это уже как бы рассматривание фотоснимка, закреплённого на стене).

Итак, на верхнем рисунке нижнее шарнирное зеркало отражает уже перевёрнутое объективом действительное изображение и отправляет его дальше наверх на матовое стекло и в пентапризму. Благодаря полупрозрачности матового стекла мы видим изображение на нём через два зеркала пентапризмы неперевёрнутым. А вот ещё вариант верхнего чертежа, но теперь представим, что объектив фотоаппарата не успел свести изображение в фокус до нижнего шарнирного зеркала фотокамеры и изображение сводится в фокус и переворачивается уже после зеркала, т. е. в этом случае зеркало отражает уже не действительное перевёрнутое изображение с объектива, а пока ещё мнимое (несформированное). Тогда наш чертёж слегка видоизменится до вот какого:

Вообще-то зеркало (тут я имею в виду плоские зеркала), висящее, скажем, на стене при наличии света как бы всегда всё отражает, но увидеть это отражение можно, лишь взглянув на него. Т. е. в этом смысле зеркало, отражая всё, формирует это отражение только тогда, когда этому помогает другой оптический прибор (например глаз или фото/видео-камера (работающая, как глаз)). Подходя под разными углами к зеркалу мы увидим разные изображения, а перевесив зеркало в другое место и видеть будем уже другое. Т. е. зеркала создают мнимые изображения, достраиваемые до действительных оптическими приборами. Попытка создать на зеркале действительное изображение, скажем, с помощью проектора изображений – это далеко не самая лучшая идея, поскольку в этом случае на зеркале мы мало что увидим (вряд ли вообще что-то). Поэтому белая простыня (белый экран) – это всё ещё давно проверенное наилучшее решение. Но зеркало способно хорошо переотражать, как действительные, так и мнимые изображения, и в случае проектора даже действительное изображение можно хорошо переотразить (и даже неоднократно), но для наилучшего качества – всё-таки последней инстанцией должна быть более подходящая для просмотра действительного изображения не зеркальная поверхность (желательно нейтрального белого цвета, чтобы не подмешивать к цветам изображения дополнительные преобладающие (на отражающей поверхности) цвета, поскольку белый цвет имеет всех цветов поровну, а также хорошо отображает-отражает их благодаря своей хорошей отражающей способности (белизне). (В связи с этим попробуйте чёрную поверхность, где тоже всех цветов поровну, но на уровне нуля, поэтому хрен она что отражает (скорее поглощает, но это тема отдельного разговора)).

Вот и на этой схеме ничто не мешает зеркалу переотразить мнимое несформированное изображение с объектива наверх и свести его в фокус уже там до матового стекла, чтобы уже на матовом стекле сформировать действительное изображение, которое благодаря полупрозрачности матового стекла пройдёт дальше на зеркала (зеркальные напыления) пентапризм и выйдет в окуляр-видоискатель. Так какая же из схем верна?

1: 2:

Обратите внимание, что в первом случае уже сформированное линзой (объективом) готовое действительное изображение (пусть и перевёрнутое) падает на зеркало под углом (поскольку зеркало стоит под углом примерно 45 градусов) и так под углом там и формируется. А теперь перенесём сюда ранее рассмотренную схему формирования изображения для линзы:

Обратите внимание, что после формирования изображения (пусть и перевёрнутого) – резко это изображение формируется в плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы, поскольку в аналогичной плоскости находится реальный объект.

Если плоскость изображения наклонить, то, к примеру, верхняя часть изображения получится нерезкой из-за того, что изображение сформируется ближе плоскости резкости, а нижняя часть изображения получится нерезкой из-за того, что изображение сформируется дальше плоскости резкости. Вот так на такой поверхности сформируется преимущественно нерезкое изображение, возможно только за исключением средней точки пересечения плоскости резкого изображения и наклонной плоскости, но этой точки (вернее строки) резкости будет явно недостаточно для получения резкого изображения на наклонной поверхности. Поэтому в первом случае нерезкое действительное изображение, сформированное на наклонном зеркале, отразится таким и на матовое стекло и лишь одна резкая точка (вернее строка) изображения не позволит нам точно навестись по ней на резкость, поскольку она будет слишком мизерна и неразличима на фоне преобладающего нерезкого изображения. Поэтому вторая схема мне представляется более правильной:

От линзы (объектива) на наклонное зеркало падает не перевёрнутое и поэтому мнимое изображение, а вот формироваться в действительное оно начинает уже после зеркала перед матовым стеклом в точке фокусировки, т. е. зеркало в этом случае как бы просто продляет ход лучей линзы (объектива) с изображением дальше после себя и вот этот самый угол зеркала в 45 градусов позволяет не нарушить ход лучей друг относительно друга даже после отражения на 90 градусов вверх и лучи продолжают правильно сходиться уже над зеркалом, формируя потом действительное изображение на ровной плоскости матового стекла. Т. е. если нижний луч с линзы (объектива) падает на наклонное зеркало ближе, чем верхний, то до матового стекла его ход больший, а вот верхний луч падает на наклонное зеркало дальше, но его путь до матового стекла короче, а вот суммарно путь верхнего и нижнего луча с преломлением от наклонного зеркала получается одинаковым, поэтому и изображение на матовом стекле формируется резким, как если бы наклонного зеркала под углом 45 градусов просто не было и изображение просто прошло бы дальше и сформировалось в плоскости на том же расстоянии, на котором от зеркала отстоит матовое стекло. Но ведь именно это и происходит в зеркальных камерах, когда шарнирное зеркало поднимается вверх и то же самое изображение, которое формируется на матовом стекле наверху – формируется и на фотоматериале за зеркалом.

Надеюсь за моими объяснениями вы не забыли принцип работы подвижного шарнирного зеркала в зеркальной камере? Зелёной линией я показал, как оно поднимается наверх, но вообще-то есть модели зеркальных камер, где это зеркало неподвижно и это так называемое плёночное зеркало, которое пропускает через себя примерно семьдесят процентов света, а отражает наверх для визирования примерно тридцать процентов. Такие конструкции точно есть у фирм Canon и Minolta, поэтому в схеме наверху я не стал поднимать зеркало так, чтобы изображение наверх для визирования переставало подаваться на время подъёма зеркала и экспонирования фотоматериала, поэтому все линии изображения сохранены. Фотоматериал также изображён красной плоскостью (я его изображал и раньше, но не задействовал) и вот тут перевёрнутое изображение с линзы (объектива) подаётся в том числе и на него, а поскольку расстояние от зеркала до матового стекла эквидистантно (равно) во всех его точках расстоянию до фотоматериала (частично одинаковые расстояния отмечены синими стрелками), то то, что формируется на матовом стекле, формируется и на фотоматериале, но в перевёрнутом виде, поскольку нормальный вид нам нужен только для визирования, чему и служит матовое стекло с пентапризмой, а для фотоматериала и вообще для создания максимально качественного изображения желательно иметь как можно меньше посредников. А изображение с фотоматериала потом просто считывается в перевёрнутом виде и об этом я писал раньше. Что же касается схемы с неподвижным плёночным зеркалом, которое пропускает на фотоматериал примерно 70 процентов, а наверх отражает около 30 (схема чего у меня невольно получилась для того, чтобы просто не рисовать две схемы для поднятого и опущенного зеркала в других системах с поднимающимися и опускающимися подвижными шарнирными зеркалами) – то многим такая конструкция принципиально не нравится как раз из-за того, что неподвижное (не поднимающееся на шарнире) плёночное зеркало как раз и стоит посредником между объективом и фотоматериалом и задерживает, переотражая на визирование около 30 процентов света, который не доходит до фотоматериала и пусть даже тридцати процентов (или даже меньше) достаточно для хорошего визирования – лучше всё-таки не терять никакие проценты самого изображения на фотоматериале. К тому же плёночное зеркало при этом желательно держать всё время в чистоте, близкой к идеальной, поскольку попадание на него любых загрязнений дополнительно ухудшит изображение на фотоматериале.

Однако зеркала помогают нам не только как посредники при визировании. Иногда они наравне с линзами участвуют в создании насколько это возможно максимально качественного изображения в оптических системах, в том числе и в объективах.

Но поскольку мы начали с телескопов, то что нам стоит превратить объектив в телескоп (он же подзорная труба)? Вот отечественная насадка Турист, которая позволяет это делать:

Абсолютно любой объектив она превращает в подзорную трубу (телескоп) с дополнительным усилением приближения в 5 крат. Изображение в окуляре, разумеется, нормальное неперевёрнутое и то ли это, как мы узнали выше, из-за посреднической дополнительной переворачивающей линзы, то ли работает принцип театрального бинокля, когда ещё не сошедшееся в фокус изображение как бы превращается в расходящееся (см. описание вверху).

Единственное ограничение состоит в том, что насадка резьбовая и хвостовик у объектива должен быть соответствующим. Об импортных аналогах (возможно даже байонетных) я пока ничего не слышал, но наверняка они есть и возможно не только пятикратные. Кстати вот об этих пяти кратах усиления приближения нашей отечественной насадкой. Для человеческого глаза (на одном из жаргонных словечек – "полтинника") – как раз вот этот самый "полтинник" (объектив с фокусным расстоянием 50мм.) и даёт картину, как бы без приближения (как мы её видим глазом). Но на самом деле фокус в 50мм. уже немного приближает, а не приближает фокус, равный диагонали кадра (43мм.) и объективов с таким фокусом почти нет (за исключением разве что SMC Pentax 43mm./1,9 Limited, который вот как раз специально и был так подогнан по фокусу, чтобы как человеческий глаз ну совсем не приближал и не удалял). Разумеется диагональ я имею в виду старого плёночного кадра в 24 на 36 мм., а что касается многочисленных кропов цифровых матриц, то там всё надо делить или умножать на кроп. Всё зависит от того, к чему это применить.

Но всё-таки для простоты будем полагать человеческий глаз полтинником с фокусом в 50мм. Тогда этот полтинник с такой насадкой Турист даст эффект объектива с фокусным расстоянием 250мм. (50мм. на 5 крат насадки = 250мм.). Разумеется более длиннофокусные объективы дадут более впечатляющие результаты, а кропнутые цифровые камеры умножат его ещё и на величину кроп-фактора.

И что же нам взять для самой большой мощи?

Вот примеры некоторых из самых мощных телеобъективов (телевиков):

Два объектива с одинаковыми фокусными расстояниями 1200мм., но разными светосилами. Для фотографии светосила важна, а вот важна ли она в телескопах (подзорных трубах), превращённых в них фото-объективах и биноклях? Когда как. С одной стороны человеческий глаз менее капризен к недостаткам света (в большой степени исправляет искажённую цветовую палитру, неправильную геометрию, до последнего компенсирует скудное, а также избыточное и паразитное освещение) т. е. работает во всю свою электронную био-механико-химическую мощь (чем и пользуются производители дешёвых наглазных решений), но даже тут есть минимальные требования (не говоря уже о требованиях максимальных), да и не всегда окулярная телеоптика завязана только исключительно на глаза (иногда в игру вступают другие регистрирующие приборы).

Давайте снова обратимся к учебнику Клиффорда Суорца:

Из сказанного до сих пор может сложиться впечатление, что для создания лучшего телескопа нужно было бы стремиться увеличить фокусное расстояние объектива настолько, насколько это возможно. Астрономические телескопы и в самом деле имеют большие фокусные расстояния, но всё же не чрезмерные. Существует ещё один фактор, более важный, чем увеличение. (Ну тут бы я сказал, что не более, а тоже важный ибо какой толк от нулевого фокуса даже при бешеной светосиле). Чтобы собрать как можно света, требуется объектив или зеркало с большой площадью поверхности. Чем больше света, чем короче время экспозиции (тут Суорц скатился к фотографии, хотя для глаза нет понятия экспозиции). По этой же причине бинокли характеризуют как увеличением, так и диаметром линз объективов (подробнее про это писалось выше). Напомним, что световой поток, достигающий какой-либо точки фокальной плоскости объектива, пропорционален квадрату диаметра линз и обратно пропорционален квадрату фокусного расстояния. Отношение f/d называется относительным отверстием или числом F объектива. Чем меньше относительное отверстие, тем с большей эффективностью объектив концентрирует свет на фотоплёнке (опять завал в фото, а поскольку учебник старый, то сейчас лучше читать: фотоматериале). Наибольшей из линз, когда-либо использованных для объектива телескопа, является линза, диаметром 40 дюймов Йеркской обсерватории в штате Висконсин (возможно инфа тоже устарела и уже есть больше). Её фокусное расстояние равно 63 футам, что даёт относительное отверстие 63 фт/3,3 фт = 18,9. В обсерватории Маунт Паломар в Калифорнии находится один из крупнейших телескопов, работающих в видимом свете. Его параболическое зеркало имеет диаметр 200 дюймов, но его фокусное расстояние равно лишь 55,5 футам, т. е. меньше, чем у Йеркского телескопа. Относительное отверстие телескопа-рефлектора обсерватории Маунт Паломар равно 3,3. Помимо большей светосилы, крупная линза объектива или большое зеркало обеспечивают удовлетворение ещё одного важного требования астрономии. Как мы уже видели, объективом телескопа может служить вогнутое зеркало вместо выпуклой линзы (этот материал я перенёс вниз и мы ещё увидим). Изготовление очень больших линз связано с большими трудностями и обходится очень дорого. 40-Дюймовая линза объектива телескопа Йеркской обсерватории - самая большая из когда-либо изготовленных (на момент написания учебника) - была завершена в 1890-х годах. Главная трудность заключается в получении большого объёма высококачественного оптического стекла, свободного от пузырьков и механических напряжений. Даже после того, как крупную линзу удалось отлить и отшлифовать, всё ещё остаются трудности, связанные с тем, что лишь ее края должны удерживать большой вес линзы, не создавая при этом деформаций.

Значительно легче сделать отливку из большого объёма стекла для изготовления зеркала (тут мне непонятно, почему только из стекла - по-моему отливку для изготовления зеркал можно делать и из других (даже непрозрачных) материалов). При этом только поверхность стекла должна быть свободна от недостатков, и зеркало можно механически поддерживать снизу по всей его поверхности.

На этих рисунках показаны две различные оптические системы отражающих (зеркальных, рефлекторных) телескопов (система Ньютона и система Грегори) и ещё один тип телескопа, представляющий собой сочетание рефлектора и рефрактора. Это так называемая система Шмидта. На рисунке кривизна переднего элемента сильно преувеличена. Добавочное преломление компенсирует сферическую аберрацию зеркала, обеспечивая этим гораздо большее поле зрения такого телескопа. Изображения на значительном удалении от оси остаются резкими.

Ну вот пожалуй и всё из учебника, а на последних рисунках я оттопчусь по полной (критикуя) и добавлю своих, чтобы гораздо более качественно объяснить работу зеркал в зеркальных (зеркально-линзовых) объективах (телескопах), которые ещё именуются рефлекторами (reflex = отражение). Рисунки я расположил в последовательности, в которой они идут в учебнике, но разделил их, чтобы потом вернуться к каждому и раскритиковать, а также добавить кое-что от себя.

Есть объективы рефракторного и рефлекторного типа. Грубо работу объектива рефрактора можно представить одной линзой, что мы и делали выше. Конечно на более подробных схемах прохождения лучей там по краям рисуются какие-то более подробные изломы, но сути дела это не меняет и грубо это как работа одной линзы. Объективами-рефракторами являются практически все короткофокусные объективы и огромное число длиннофокусных, поскольку до каких-то фокусных расстояний альтернативные схемы рефлекторного типа сильно проигрывают в качестве получаемого изображения, но даже для тех фокусных расстояний, начиная с которых можно городить такие схемы – ниже определённой светосилы лучше не опускаться по причинам того же проигрыша. Сводить лучи в фокус и создавать последующее перевёрнутое изображение можно не только выпуклой линзой, но и вогнутым зеркалом (а впрочем можно считать его тоже выпуклым, но с изнанки). Просто в случае линзы это изображение формируется позади неё, а в случае зеркала – впереди.

Вот ещё раз рассмотрим систему Ньютона:

От вогнутого зеркала в конце трубы изображение сходится в фокус, но сперва оно (мнимое) отражается от плоского зеркала под тем же пресловутым углом 45 градусов, чтобы создать выше уже действительное перевёрнутое изображение на плоскости или для глаза. Это очень перекликается с зеркальной камерой (описанной выше), зеркало которой тоже отправляет наверх мнимое изображение под углом 45 градусов, чтобы дальше оно сошлось в фокус и, разойдясь на плоскость матового стекла, получилось резким по всей площади, сохранив симметричную и ровную геометрию схождения лучей так, как будто они и не встречались с зеркалом. В данной системе длиннофокусность достигается как можно меньшей кривизной отражающего зеркала в конце трубы, а сократить длину этой трубы можно как раз вот этим самым зеркалом под углом 45 градусов, поскольку оно как бы продолжает фокусировку вогнутого зеркала наверх до точки схождения в фокус и эта точка схождения может быть вынесена ещё дальше за пределы трубы. Правда тут размеры увеличатся уже на величину вот этого самого бокового ответвления-аппендикса (уже вширь, а не в длину) и система будет похожа на перископ с главным объективом и присоединённой сбоку трубой, где продолжает проходить отражённое от плоского зеркала изображение до фокусировки (и возможно даже, что и после). Но нужны ли вам две длинные перпендикулярные трубы, где одна длина соревнуется с другой – это ещё вопрос (хотя на войне в окопе скорее да, чем нет и так называемые перископы как раз и имеют схожую конструкцию).

А в данной схеме после фокусировки то ли ещё линза добавлена для переворота изображения до нормального не перевёрнутого, то ли это уже глаз, но если смотреть на изображение со стороны вхождения лучей, то и нормально (примерно как сверху на матовое стекло зеркальной камеры без пентапризмы с окуляром), ну а если подойти сзади к телескопу, то желательно изображение дополнительно перевернуть (способы уже описаны выше). Ну это для глаза – приборы регистрации могут перевернуть изображение другими способами (тоже уже описаны).

Систему Грегори я оставлю напоследок, поскольку тут очень обстоятельный разговор, а пока коснусь системы Шмидта: