Разрешающая способность фотоаппарата

Теоретический предел разрешения фотоаппарата бывает удобнее записывать следующим образом

RL’=1,22λφ(1-m)                                  (3.21)

г де m — отрицательно. Для видимого света Л примерно равно 0,55 мкм, так что RL ' примерно равен эффективному числу F, φ(1- m)  в микрометрах. Вели­чина, обратная RL ', называется теоретической разрешающей способностью и обычно выражается в линиях на миллиметр.

На практике в большинстве фотоаппаратов теоретическая разрешающая способность никогда не достигается для апертур больших, чем F /8 (φ = 8). При такой относительной апертуре теоретическая разрешающая способность - оставляет примерно 120 линий на миллиметр. Обычные пленки редко могут иметь такое разрешение; как следствие, именно пленка может быть факто­ром, определяющим разрешающую способность фотоаппарата. Имеется в ви­зу, что обычные фотообъективы редко бывают дифракционно-ограниченными при больших апертурах (малых числах F), особенно вне оси линзы. Для изго­товителя недорогой линзы с широким полем зрения, необходимой в обычной фотографии, ее создателям приходится принимать компромиссные решения и чем-то жертвовать для достижения своей цели. Им это удается, в частности, и из-за ограничений, вносимых пленками.

Про те линзы, которые не ограничены дифракционно, говорят, что они аберрационно-ограничены. Таким образом, типичный фотогра­фический объектив является аберрационно-ограниченным при числах F, мень­ших F/11. Когда диаметр апертуры превышает F /11, эти объективы могут давать постоянное или слегка ухудшенное разрешение на оптической оси. Осо­бо светосильные объективы (F/1,4) могут быть значительно хуже при низких числах F, чем в среднем диапазоне. К тому же изображение, даваемое «ши­роко открытым» светосильным объективом, может по краям иметь худшую яркость и разрешение.

 

Задание по практической работе

2.1. Линза фотоаппарата дифракционно-ограничена при F/8. В фотоаппарате используется пленка с высоким разрешением порядка 200 линий/мм. Найдите полезное увеличение при фотографировании удаленного предмета с помощью телескопа, имеющего линзу объектива с диаметром D. Объясните, почему ре­зультат отличается от значения 5D_(см), которое используется при наблюдениях невооруженным глазом.

2.2. Пленка имеет максимальную плотность примерно около 4. Средняя плот­ность негатива некоторой сцены менее 0,5. Оцените, какое количество серебра останется после проявления фотографии. (Неиспользованное серебро в конце процесса растворяется в фиксаторе и либо выбрасывается, либо используется для каких-то целей.)

2.3. Искажение перспективы. С помощью фотокамеры, имеющей линзу с фо­кусным расстоянием 50 мм, фотографируется удаленная сцена, имеющая значительную глубину. Фотографию увеличивают в 10 раз.

Найдите местоположение, с которого любое увеличенное изображение видно под углом, под которым виден исходный предмет. Эта точка называется центром перспективы.

2.4. Мы хотим сфотографировать удаленный предмет с помощью телескопа. Для этого выбираем бинокль 10 × 50 и фотоаппарат с линзой, имеющей фо­кусное расстояние 50 мм и максимальную апертуру F/2.

 (а) Покажите, как сделать фотографию, и изобразите схему прибора, вклю­чающую правильное расположение фотоаппарата. Найдите максимальное зна­чение диаметра полезной апертуры D линзы фотоаппарата.

(б) Пусть линза фотоаппарата будет дифракционно-ограниченна, когда диаметр ее апертуры выбран равным D. Объясните, почему лучше всего полу­чать все кадры при таком диаметре апертуры. Что произойдет, если фотоап­парат не будет дифракционно-ограниченным (что очень вероятно), а его раз­решающая способность будет ограничена разрешающей способностью пленки?

(в)    Предположим, что фотоаппарат (без телескопа) имеет время экспозиции t, если его полезная апертура равна D. Найдите время экспозиции для случая, когда фотоаппарат расположен вплотную к биноклю. (В действительности ко­эффициент пропускания бинокля может быть меньше 1, поэтому необходимы пробные экспозиции.)

2.5. Фотоаппарат имеет линзу с фокусным расстоянием 35 мм и используется с пленкой, имеющей разрешение RP = 30 линий/мм, или предел разрешения RL = 1 /30 мм. Пленка, а не линза ограничивает возможности системы.

(а)    Две точки разделены угловым расстоянием δ. Каково наименьшее зна­чение δ, которое может разрешить фотоаппарат (с упомянутой выше пленкой)? Сравните с угловым разрешением глаза (0,3 мрад).

(б)    Фотоаппарат установлен так, что через него можно смотреть в теле­скоп, линза объектива которого имеет диаметр D, как и в задаче 3.15. Каково наибольшее полезное угловое увеличение телескопа? Почему оно отличается от значения 5D_(см), которое имеет место, когда глаз смотрит в телескоп?

2.6. В фотокамере используется пленка с разрешением RP = 100 линий/мм. При каком фокусном расстоянии предел углового разрешения фотокамеры ра­вен угловому разрешению глаза?