Физика. 11 класс

Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум.

Вильям Блейк

Сложно представить жизнь современного человека без использования разнообразных оптических приборов. Они используются не только в быту и на производстве, но и в морских глубинах, в космосе, позволяя увидеть то, что ранее было скрыто от глаз человека. Как они устроены? Какие их основные характеристики? Чем они отличаются друг от друга?

Познакомимся с оптическими приборами, широко используемыми человеком. По своему назначению оптические приборы подразделяются на две большие группы:

1. Для получения действительных изображений предметов (проекционные, фотоаппараты);

2. Для увеличения угла зрения (лупа, микроскоп, подзорная труба).

Приборы для получения действительных изображений предметов

Фотоаппарат — оптическое устройство,  предназначенное для получения действительных уменьшенных обратных изображений предметов на светочувствительной матрице (сенсорной матрице) (рис. 158).  При этом предметы могут быть расположены на различном удалении от точки съемки. Фотоаппарат состоит из закрытой светонепроницаемой камеры и системы линз, называемых объективом (О)  (см. рис.158).

Перемещая объектив фотоаппарата, добиваются наводки на резкость, при которой изображение предмета формируется точно на специальном светочувствительной матрице (см. рис. 158). В противном случае изображение получается нечетким (размытым). Она покрыта сенсорами освещенности, каждый из которых имеет фильтр одного из основных цветов: синий, красный или зеленый.

Количество световой энергии, поступающей на матрицу, определяется размерами диафрагмы и временем открытия затвора (выдержкой).

На светочувствительной матрице формируется точка изображения — пиксель (от англ. pixel — picture element — элемент изображения). Чем больше пикселей, тем более качественное изображение получается. Поэтому важнейшей характеристикой цифровых фотоаппаратов является его разрешение, т.е. количество пикселей. У самых простых фотоаппаратов оно составляет несколько мегапикселей, а у лучших — до нескольких десятков мегапикселей. Количество сенсоров влияет также на величину изображения, которую можно получить с помощью данного аппарата.

При нажатии кнопки затвора на каждом пикселе чувствительного элемента фотоаппарата фиксируется интенсивность каждого из трех цветов. Процессор аппарата, как у компьютера собирает информацию о цвете в файл и записывает его на запоминающее устройство — карту памяти. После этого фото можно просматривать на компьютере или специальной приставке. При этом и на самом фотоаппарате можно сразу посмотреть сделанный снимок, что является огромным преимуществом цифрового фотоаппарата.

Какие еще достоинства имеет цифровой фотоаппарат?
Во-первых, возможность получения неограниченно большого количества копий без потери качества «оригинала» фотографии.
Во-вторых, возможность использования фотоаппарата при различных световых условиях и с разных расстояний без дополнительных устройств.
В-третьих, возможность использования цифровых изображений для переноса на различные поверхности и размещения на Web-сайте, а также редактирования с помощью различных компьютерных программ.
В-четвертых, возможность сделать большое количество снимков  с минимальным интервалом времени (10 и более кадров в секунду).
В-пятых, габаритные размеры и масса. Например, некоторые аппараты имеют размеры 10 x 6 x 5 см. и массу 200 г.

Мультимедийный проектор — оптический прибор, используя который на экране получают действительное (прямое или обратное) увеличенное изображение, «снятое» с экрана компьютера, телевизора или других источников видеосигнала (рис. 158-1, а).

Для формирования изображения в мультимедийных проекторах используются различные базовые технологии: жидкокристаллическая технология, технология цифровой обработки света или технология формирования цифровых изображений методом отражения.

При формировании цифрового изображения методом отражения источник света 1 при помощи разделяющих призм 2 освещает оптическую матрицу с изображением 3 и при помощи системы проекционных линз 4 передает изображение на экран 5 (см. рис. 158-1, б).

Популярность мультимедийных прокторов обусловлена их универсальностью, поскольку помимо компьютерного изображения они поддерживают  практически все существующие стандарты видеозаписей, а также полностью совместимы с активно развивающимся телевидением высокой четкости.

Проекторы активно используются на научных конференциях, выставках, семинарах и т.д., поскольку по размерам изображения и по возможностям его настройки с ними не способны конкурировать ни жидкокристаллические телевизоры, ни плазменные. 

Интересно, что обычная двояковыпуклая линза (лупа) может быть использована для преобразования солнечной энергии в тепловую. Если кусок бумаги поместить в фокусе линзы, то через некоторое время он может загореться. Таким образом, собирающая линза является концентратором энергии (рис. 158-2), также как и вогнутое зеркало. Так как наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения имеют форму цилиндрических параболоидов, то именно они столь широко распространены в гелиотехнических системах. В фокусе параболоида достигается значительная степень концентрации излучения; в солнечных печах получают температуру свыше 2000℃, а на тепловых электростанциях — более 300 ℃