Разреша́ющая си́ла (способность) объекти́ва - характеристики фотографического объектива, отображающие его свойства по передаче чёткого изображения.

Разрешающая способность объектива оценивается по количеству воспроизводимых штрихов на 1 мм изображения, которое тот способен спроецировать на фоточувствительный элемент (плёнку или матрицу цифровой камеры). Само собой разумеется, что при этом снимаемый объект находится в фокусе, а не в зоне резкого изображения для данного объектива. Измерения разрешающей способности проводят с помощью специальных мир.

Неоднородности разрешающей силы

Разрешающая сила объективов неоднородна по полю изображения, обычно уменьшаясь к краям изображения. Это обусловлено наличием у объектива внеосевых аберраций (кома, астигматизм), которые не наблюдаются в центре поля.

Разрешающая сила у объективов одинаковой конструкции уменьшается с увеличением главного фокусного расстояния: у короткофокусных (широкоугольных) она выше, чем у длиннофокусных.

Для каждого объектива существует относительное отверстие (диафрагма), при котором его разрешающая сила максимальна. Это обусловлено тем, что сначала при диафрагмировании происходит улучшение изображения за счет уменьшения аберраций, а потом ухудшение за счёт дифракции.

Для определения оптимальной по разрешающей силе диафрагмы для конкретного объектива следует обратиться к результатам тестов. В целом, с ростом максимальной разрешающей способности ее максимум смещается в сторону более открытой диафрагмы.

Фотографические объективы служат для получения изображения на фотоматериале или цифровой матрице, которые также обладают определённой разрешающей способностью. Поэтому для полного использования разрешающей силы объектива следует использовать его с соответствующими фотоматериалами или матрицами, разрешающая способность которых равна или выше разрешающей способности объектива, так как разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент заведомо не выше разрешения каждого компонента.

Методы определения

Для определения разрешающей силы объектива используют различного вида ми́ры - испытательные таблицы с нанесёнными на них штрихами различной ширины и длины.

Разрешающая сила объектива по ГОСТ в СССР измерялась в линиях на 1 мм, она всегда больше в центральной части изображения и меньше на его краях. Современные данные могут оперировать иным способом оценки числа линий, когда учитываются как чёрные, так и белые линии. Разрешение при этом численно удваивается, не меняясь по сути.

Разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент приближенно определяется по формуле(может кто захочет блеснуть познаниями в физике?)

\frac {1}{R_S}=\frac {1}{R_O} + \frac {1}{R_E},

где R_O – разрешающая сила объектива в линиях на 1 мм; R_E- разрешающая сила светочувствительного элемента в линиях на 1 мм. Данная формула непригодна для матричных фотоприемников в связи с их дискретным характером.

61. Методическая последовательность работы в процессе фотосъемки

1) Фотографирование

В современном фотографическом процессе для получения негативов используют слой фотографической эмульсии – смеси мельчайших кристалликов йодистого или бромистого серебра с желатиной (белковым веществом, «животным клеем»), - нанесенный на прозрачную подложку из стекла или полимерной пленки. Желатина защищает их от выпадения. Светочувствительность их объясняется присутствием в кристаллической решетке микрокристаллов включений из металлического или сернистого серебра. Эти включения служат центрами светочувствительности. В одном микрокристалле может быть несколько центров светочувствительности. Располагаются они на поверхности и внутри микрокристалла.

В целях улучшения свойств фотографической эмульсии иногда желатину частично или полностью заменяют синтетическими высокомолекулярными соединениями.

Современные серебряные фотографические материалы обычно содержат разные добавки, благодаря которым удается делать их чувствительными к свету с разной длиной волн - от инфракрасного до ультрафиолетового.

Главным носителем изображения является фотопленка.

Фотопленка представляет собой гибкую ленту, по краям которой расположены перфорационные отверстия.

Фотопленки имеют сложное строение. Они состоят из связанных между собой слоя фотографической эмульсии и подложки, резко различных по свойствам.

Фотопленки бывают черно-белыми и цветными, и обладают различными фотографическими и техническими свойствами.

Светочувствительный слой фотопленки содержит огромное количество микрокристаллов галогенида серебра. В некоторые фотографические эмульсии, главным образом для негативных пленок, добавляют соли золота.

2)Обработка материала

Под обработкой фотоматериала обычно понимают все операции, которые необходимы для получения изображения – экспонирование фотоматериала, его проявка и фиксирование. Указанная последовательность процессов верна всегда, даже в случае современного способа получения прямого позитивного изображения (при использовании специальных материалов).

Все операции, следующие за проявлением, носят вспомогательный характер. Их цель чаще всего сводится к тому, чтобы сохранить полученное изображение.

Экспонирование фотоматериала

2AgBr + h  2Ag + Br2

При этом образуется скрытое изображение. Устойчивую группу атомов серебра, образующуюся под действием света, в микрокристалле галогенида серебра называют центром скрытого изображения. Скрытое изображение не видимо не только невооруженным, но и на оптическом микроскопе. Размер центров скрытого изображения оценивается в -- см., т.е. он лежит за пределами возможностей оптического разрешения приборов.

Проявление фотоматериала

Это основная часть обработки фотоматериала. Скрытое изображение становится видимым после проявления. Сущность сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещенных участках материала.

Различают химическое и физическое проявление.

При химическом проявлении ионы серебра, необходимые для наращивания изображения, поступают из эмульсионного фотоматериала, а при физическом проявлении - из проявителя. Вообще же фотографический проявитель – многокомпонентная смесь. Она содержит химический восстановитель, вещество, создающее щелочную реакцию раствора; вещество, предохраняющее проявитель от быстрого окисления кислородом воздуха; вещество устраняющее вуаль. Подробнее о составе проявителя будет сказано ниже.

Проявляющее вещество – основная часть проявляющего раствора, служит для восстановления в фотоматериале экспонированных микрокристаллов галогенида серебра.

Проявляющее вещество должно хорошо растворятся в воде или в растворе щелочи, быть устойчивым по отношению к действию кислорода воздуха, давать бесцветные растворы и быть бесцветным.

Проявляющие вещества во время хранения и при использовании подвергаются окисляющему воздействию кислорода воздуха. В результате раствор быстро окрашивается продуктами окисления проявляющего вещества и теряет проявляющие свойства. Чтобы предотвратить окисление и увеличить и увеличить срок хранения в раствор вводят сохраняющее вещество, способное связывать продукты окисления и удерживать их концентрацию на постоянном низком уровне.

В качестве сохраняющего вещества наиболее применим сульфит натрия.

Сульфит натрия выполняет важную функцию в растворе. Он вступает в реакцию с продуктами окисления проявляющего вещества, например с хиноном (формула), если в растворе был гидрохинон. Восстанавливает хинон в сульфопроизводные гидрохинона, обладающие хорошей проявляющей способностью. Сульфит натрия, восстанавливая хинон, превращает его в бесцветный продукт, исключая возможность вуали на фотоматериале.

Также в качестве сохраняющих веществ иногда применяют бисульфит натрия, метабисульфит калия или натрия и др.

При проявлении наряду с переводом скрытого изображения в видимое: восстанавливается и некоторая часть неэкспонированных микрокристаллов галогенида серебра. Они образуют почернение в фотографическом слое фотопленок – вуаль, уменьшающую контрастность изображения и различаемость темных деталей. Для устранения этого дефекта в проявляющий раствор вводят противовуалирующие вещество, которое тормозит образование вуали и регулирует скорость проявления.

Противовуалирующими свойствами обладают бромистый калий (KBr), йодистый калий (KY), бензотриазол(), нитробензимидазол () и др.

Чтобы вторая стадия была проведена полностью, фотопленки обрабатывают в фиксирующем растворе и после того, как светочувствительной слой стал прозрачным. Обычно на вторую стадию затрачивают столько времени, сколько потребовалось на первую стадию.

Полного фиксирования фотопленок, обеспечивающего долгое хранение изображения, достигают, заканчивая процесс фиксирования в свежем растворе.

Фиксирующие растворы различают по их составу и действию. Они бывают слабощелочными, нейтральными, кислыми, кислодубящими, кислодубящими быстрыми.

Черно-белые фотопленки в большинстве случаев обрабатывают в кислодубящих фиксирующих растворах, так как эти растворы дубят светочувствительный слой и предохраняют его от окрашивания продуктами окисления проявителя.

Цветные фотопленки обрабатывают в слабощелочных или нейтральных фиксирующих растворах, чтобы они не разрушали красители, составляющие цветное изображение.

R = mN

R ≡ δλ λ .

В результате получим:

. (13.13)

Разрешающая сила R есть величина, обратная относительной погрешности определения длины волны. Она показывает, во сколько раз длина волны λ больше минимально возможной абсолютной погрешности δλ.

Подчеркнем, что N в формуле для разрешающей силы – это число щелей, принимающих участие в образовании главного максимума порядка m.

§ 5. РАЗРЕШАЮЩАЯ СИЛА ОБЪЕКТИВА

Дифракция света лежит в основе расчетов разрешающей способности геодезических, фотограмметрических, оптических приборов. Поэтому для студентов всех специальностей СГГА важно рассмотреть такой вопрос, как разрешающая сила объектива.

Объектив представляет собой линзу, заключенную в круглую оправу. Разрешающая сила (способность) объектива оптических приборов характеризует их способность давать раздельные изображения двух близко расположенных точек. Из-за дифракции света изображение точки представляет собой не строго точку, а кружок (светлое пятно, окруженное кольцами). Основная часть световой энергии (84 %) приходится на центральное светлое пятно. Поэтому в первом приближении дифракционную картину можно считать состоящей из одного лишь светлого пятна (рис. 13.7). Расчет дифракции Фраунгофера на круглом отверстии показывает, что первый минимум отстоит от центра дифракционной картины на угловое расстояние:

ϕmin = arcsin1, 22λ , D

где D – диаметр линзы;λ – длина световой волны.

Если D>>λ,

тоϕmin ≈ 1,22λ / D. (13.14)

При очень малом угловом расстоянии между двумя точками их изображения, получающиеся с помощью какого-либо оптического прибора, наложатся друг на друга и не разрешаются прибором.

Наименьшее угловое расстояние между двумя точкамиδψ, при котором система

дает их раздельное изображение, называется пределом разрешения. Величина, обратная пределу разрешения, называется разрешающей сило й прибора:

Найдем разрешающую силу фотоаппарата или зрительной трубы для случая, когда рассматрива ются или фотографируются удаленные объекты.

Воспользуемся рис. 13.8, где изображено распределение интенсивности света на экране или фотопластинке.

По критерию Релея: δ ψ = ϕ min .

Предел разрешения с учетом (13.14) равен:

δψ ≈ 1,22 λ . D

Разрешающая сила объектива по (13.15):

Из формулы (13.16) следует, что разрешающая сила объектива прямо пропорциональна его апертуре (диаметру). Поэтому для повышения разрешающей силы оптические телескопы имеют большой диаметр. Разрешающая сила зависит от длины волны, на которой работает прибор.

Поэтому разрешающая сила электронного микроскопа в 10 3 раз больше, чем разрешающая сила оптического микроскопа.

ИТОГИ ЛЕКЦИИ № 13

1. Дифракционная решетка – это совокупность большого числа одинаковых щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Сумма ширины прозрачного и непрозрачного промежутков называется постоянной или периодом дифракционной решетки d.

2. Условие главных максимумов интенсивности для дифракционной решетки получается из учета интерференции от соседних щелей. Оно имеет вид

d sin ϕ = ±mλ, m = 0, 1, 2 ...,

где m – порядок максимума; ϕ – угол дифракции; λ – длина волны света. 3. Учет дифракции от N щелей приводит к зависимости интенсивности

главных максимумов от угла дифракции. Условие минимума для дифракционной решетки будет таким же, как условие минимума для щели

b sin ϕ = ±kλ, k = 1, 2 ...,

где b – ширина щели.

4. Учет интерференции от всей совокупности щелей приводит к образованию дополнительных максимумов и минимумов, расположенных между главными максимумами. Дополнительные максимумы имеют пренебрежимо малую интенсивность по сравнению с главными. Условие добавочных минимумов имеет вид (13.4):

d × sinj = ± (k" N)l , (k"= 1, 2, ...)– целое число, не кратное N,

где N – число щелей в решетке.

5. При наблюдении дифракции в сложном (немонохроматическом) свете главные максимумы, кроме центрального, будут представлять собой спектр, который состоит из спектральных линий. Таким образом, дифракционная решетка будет представлять собой спектральный прибор.

6. Дисперсия спектрального прибора характеризует ширину спектра. Угловая дисперсия спектрального прибора равна производной от углового отклонения светового луча по длине волны (13.6):

D = δϕ δλ .

Угловая дисперсия дифракционной решетки равна (13.7):

Линейная дисперсия дифракционной решетки равна произведению угловой дисперсии на фокусное расстояние собирающей линзы (13.10):

Dл = DF .

7. Разрешающая сила (способность) дифракционной решетки характеризует свойство разделять излучения, близкие по длине волны (13.11):

R = δλ λ .

По критерию Релея, две линии в спектре считаются разрешенными, если максимум одной линии приходится на минимум другой.

Вычисленная по этому критерию разрешающая сила дифракционной решетки равна (13.13):

R = mN .

8. Разрешающая сила оптического прибора равна величине, обратной наименьшему угловому расстоянию между двумя точками, при котором система дает их раздельное изображение (13.15):

R = δψ 1 .

Разрешающая сила объектива диаметром D равна (13.16).

Разрешающая сила объектива

Среди советских фотоаппаратов есть аппараты ФЭД, которые выпускались в двух вариантах: с объективом «Индустар-26М» и «Индустар-61». Если сравнить основные технические характеристики этих объективов, то никакой разницы мы не обнаружим. Оба объектива имеют совершенно одинаковые фокусные расстояния и одинаковые относительные отверстия. Одинакова и конструкция обоих объективов. Между тем аппарат с «Индустаром-61» стоит дороже, чем с «Индустаром-26М». Чем это объясняется?

Разница, между этими объективами состоит в том, что в объективе «Индустар-61» (рис. 20) две линзы из четырех (первая и последняя) изготовлены из лантанового стекла .

Рис. 20. Оптическая система объектива «Индустар-61». Линзы, очерченные жирным контуром, изготовлены из лантанового стекла

Линзы, изготовленные из оптического стекла, в состав которого входит окись лантана, позволяют улучшить одно из важных свойств объектива - его разрешающую силу.

Разрешающей силой фотографического объектива называют способность объектива давать раздельные резкие изображения мельчайших деталей фотографируемого объекта. Чем выше разрешающая сила объектива, тем меньшие по размерам детали он может четко воспроизвести на фотоснимке.

Разрешающая сила объектива определяется при помощи точной съемки так называемых мир - штриховых таблиц. Эти таблицы фотографируют с сильным уменьшением при наибольшем действующем отверстии объектива, а затем просматривают их изображение на негативе через микроскоп и по числу линий, раздельно передаваемых объективом, судят о его разрешающей силе.

Показателем разрешающей силы объектива служит число линий, раздельно передаваемых объективом в 1 мм в плоскости изображения. Эти данные заносят в технический паспорт объектива.

Разрешающая сила объектива в центре кадра (поля) всегда выше, чем по краям, поэтому в паспорте указываются два ее значения: для центра и для краев поля.

Современные объективы обладают очень большой разрешающей силой - порядка сотен линий на миллиметр, но при фотографировании мир изображение их воспроизводится светочувствительным слоем пленки, который имеет зернистую структуру и поэтому не дает возможности полностью использовать разрешающую силу объектива. Она практически получается меньшей, и именно это ее меньшее значение указывается в техническом паспорте объектива. Запись в паспорте может быть, например, такой: «Разрешающая сила в центре поля - 30 лин/мм , по краям поля - 14 лин/мм ».

Даже самые простые объективы дают в центре поля 20-22 лин/мм , а у хороших разрешающая сила еще больше.

Чтобы иметь представление о том, насколько велика подобная разрешающая сила, достаточно сказать, что здоровый человеческий глаз с расстояния наилучшего зрения (25-30 см) может различить в одном миллиметре не более десяти линий.

Как видите, современный фотографический объектив в несколько раз зорче глаза.

Высокая разрешающая сила объектива несомненно играет важную роль в практической фотографии. Появляется возможность очень четко передать на фотоснимке такие мелкие детали, как листья растений и т. п. С таких негативов можно делать значительно увеличенные фотоотпечатки без существенной потери резкости.

Разрешающая сила лантанового объектива «Индустар-61» выше, чем объектива «Индустар-26М». Надо, однако, знать, что при наибольшем отверстии объектива разрешающая сила может быть практически использована только при очень точной наводке на резкость во время съемки. При малейших нарушениях этого условия, а это случается довольно часто, разрешающая сила объектива практически не используется. Поэтому при покупке фотоаппарата или отдельного объектива не стоит обращать внимания на разрешающую силу объектива. Она всегда больше чем достаточна для получения резких снимков. Гораздо важнее производить во время съемки точную наводку на резкость.

В заключение главы еще раз напомним, что фотографический объектив - весьма точный оптический прибор, требующий осторожного и бережного обращения. Ни в коем случае не разбирайте сами объектив, не вывинчивайте его линз. Вы не сможете собрать его с необходимой точностью. Это дело можно доверить только опытному специалисту, работающему в ремонтной мастерской.

И еще одно напоминание. Линзы современных объективов изготовляются из специальных сортов оптического стекла, при варке которого обычно не удается избежать образования мелких газовых пузырьков. Такие пузырьки могут оказаться и в объективе купленного вами аппарата. Наличие их не оказывает влияния на качество работы объектива, и пусть это вас не волнует.