Глаз человека. Оптические иллюзии

1. Глаз как оптическая системанапоминает фотоаппарат (рис.59). Спереди глаз имеет прозрачную роговую оболочку 1, позади которой расположена водянистая влага, заполняющая пространство 2 между роговой оболочкой и хрусталиком 3. Хрусталик представляет собой прозрачное тело чечевицеобразной формы, то есть собирающую линзу. Позади хрусталика 3 расположено стекловидное тело 4, заполняющее глазное яблоко 5. Совокупность водянистой влаги, хрусталика и стекловидного тела представляют собой оптическую систему глаза.

Изображение предмета формируется оптической системой глаза на задней стенке глазного яблока, которая называется сетчаткой. Освещенность изображения регулируется размерами зрачка – отверстии в радужной оболочке 9. Когда освещенность усиливается, диаметр зрачка уменьшается, и наоборот. Формирование резкого изображения предметов на сетчатке достигается тем, что специальная группа мышц изменяют кривизну хрусталика. Приспосабливаемость глаза к видению предметов, расположенных на разных расстояниях называется аккомодацией.

2. Сетчатка глаза покрыта специальными фоторецепторами, так называемыми палочковыми и колбочковыми клетками. Зрительный пигмент, содержащийся в палочках и колбочках, под действием света преобразуется в энергию нервных сигналов, поступающих в мозг по зрительному нерву 6. От спектра поглощения пигментов зависит диапазон воспринимаемого света. Глаз человека воспринимает ЭМ излучение в диапазоне длин волн 400 – 700 нм.

Наиболее тонко воспринимающим участком сетчатки глаза является желтое пятно и особенно его центральная ямка, расположенная на главной оптической оси глаза, так называемая фовеа 8 (лат. Fovea centralis – центральная ямка). Площадь фовеа – 0,5 мм², она покрыта исключительно колбочками, плотность их в фовеа достигает 1,6 × 10⁵ на 1 мм². При оптимальном освещении острота зрения в области фовеа составляет в среднем 1 угловую минуту.

К периферии от фовеа наряду с колбочками расположены палочки, число которых все более увеличивается. На периферии глаза находятся исключительно одни палочки.

Всего в глазу человека примерно 7 млн колбочек и 133 млн палочек. Палочки более светочувствительны, но не различают цвета. Колбочки различают цвет, на менее светочувствительны. Максимум чувствительности палочек лежит около l » 500 нм, а колбочек – l » 555 нм. В среднем на одно нервное волокно приходится около 140 колбочек и палочек. Лишь в фовеа к каждой колбочке идет одно нервное волокно. Этим и объясняется высокое разрешение фовеа, достигающее 0,02 мм.

В том месте, где глазное яблоко входит зрительный нерв 6, находится слепое пятно 7. Здесь нет ни палочек, ни колбочек. Слепое пятно можно обнаружить закрыв левый глаз и смотря правым на крест рисунка 60. Если рисунок приближать глазу, то на расстоянии 14 – 17 см кружок становится невидимым. Его изображение попадает на слепое пятно.

3. Цветовосприятие глаза. У человека, обезьян и рыб обнаружены колбочки с тремя разными спектральными чувствительностями. Их максимумы у человека лежат в фиолетовой, зеленой и желтой областях спектра.

Согласно теории Юнга – Гельмгольца трехмерность цветового зрения объясняется тем, что свет разного спектрального состава вызывает в трех видах колбочек реакции разной интенсивности. Это и ведет к ощущению того или иного цвета. При интенсивном раздражении всех фоторецепторов может возникнуть ощущение белого цвета.

Если колбочки функционируют неправильно, то люди с таким недостатком зрения могут не различать некоторые цвета. Этот дефект зрения называется дальтонизмом. Его обнаружил у себя и изучил английский физико-химик Джон Дальтон.

4. Световой порог. Наибольшая чувствительность глаза характеризуется способностью воспринимать световой поток мощностью 2×10^-17 Вт, что эквивалентно падению на глаз нескольких десятков квантов в секунду для l = 555 нм. Эта минимальная мощность называется абсолютным световым порогом глаза.

С увеличением интенсивности света глаз адаптируется, то есть приспосабливается к оптимальному восприятию света данной интенсивности. Существует несколько механизмов адаптации: диафрагмирование светового потока (изменение диаметра зрачка), экранирование фоторецепторов зернами светонепроницаемого пигмента (ретиномоторный эффект), распад и восстановление зрительного пигмента в палочках, перестройка в нервных структурах сетчатки. Благодаря адаптации глаз человека может воспринимать интервал освещенностей с отношением, достигающем величины 1 : 10¹².

5. Инерция зрения. Системы зрения разных животных характеризуются не только пространственным, но и временным разрешением. Глаз человека может установить факт мельканий с частотой до 50 – 60 Гц, глаз лягушки – не более 20 Гц, глаз мухи – до 300 Гц. Однако отделить одну вспышку от другой глаз человека способен лишь до частот, не более 10 Гц. Это объясняется тем, что глаз – инерционный прибор. Зрительное ощущение возникает в глазу не мгновенно, а спустя некоторое время, величина которого зависит от интенсивности света, участка спектра и составляет от 0,1 до 0,25 с.

Если вызвавший зрительное ощущение источник света прекращает свое действие, то зрительное ощущение исчезает не сразу, а постепенно в течении некоторого времени. Благодаря этому возможно целостное восприятие кинофильмов, телевизионного изображения, осциллограмм и других дискретных во времени процессов.

6. Объемность зрения. Различают монокулярное зрение (одним глазом) и бинокулярное (двумя глазами), когда поля зрения частично перекрываются. Благодаря разнице углов, под которыми рассматривается один и тот же объект обоими глазами, бинокулярность приводит к стереоскопичности восприятия. Она заключается в способности глаз видеть объемную форму предмета. При монокулярном зрении глаз видит предмет плоским. И только опыт человека не позволяет ему воспринимать знакомые тела как плоские фигуры.

7. Оптические дефекты зрения. Из-за недостатков оптической системы глаза резкого изображения на сетчатке может не получиться. Если резкое изображение бесконечно удаленной точки при расслабленной мышце хрусталика получается перед сетчаткой, то глаз называют близоруким.

Если резкое изображение получается за сетчаткой, глаз называют дальнозорким. Для устранения этих недостатков применяются очки. В случае близорукости очки состоят из отрицательных линз, в случае дальнозоркости – из положительных.

8. Оптические иллюзии (от лат. illusio – обманываю). Глаз является не автономно функционирующим оптическим прибором, а своеобразным датчиком, посылающим инфор-мацию об электромагнитном излучении в мозг. Там формируется окончательное изобра-жение предмета, точнее, его образ. Мозг синтезирует из элементов зрительного восприятия глазом предмета образ этого предмета, наделяя его совокупностью свойств в соответствии с опытом человека. То есть в соответствии с заключенной в мозге информацией.

Одним из подтверждении этого сложного процесса зрительного восприятия являются оптические иллюзии, то есть ошибки в оценке и сравнении между собой длин отрезков, величин углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предметов. Иллюзии возникают у наблюдателя при определенных условиях.

На рисунке 61 приведен пример оптической иллюзии, которая возникает в результате свойства глаза переоценивать длину вертикальных линий по сравнению с горизонтальными. Высота фигуры кажется больше, чем ее ширина, хотя на самом деле они одинаковы.

Существуют оптические иллюзии, относящиеся к восприятию направлений линий. Так, длинные косые линии на рисунке 62 кажутся расходящимися, хотя на самом деле они параллельны друг другу. Две средние линии идущие горизонтально справа налево на рисунке 63 так же параллельны между собой, хотя кажутся дугами, обращенными выпуклостями одна к другой. В результате различной штриховки нижняя дуга на рисунке 64 кажется более выпуклой и короткой, чем верхняя. Между тем, дуги одинаковы.

Есть много оптических иллюзий, связанных с тем, что определенные предметы или части предметов воспринимаются не изолированно, а в связи с окружающими их предметами или их частями. Палуба правого корабля кажется короче палубы левого, хотя они изображены одинаковыми по длине отрезками (рис.65).

Белые предметы на черном фоне кажутся больше, чем черные предметы на белом фоне, хотя размеры их одинаковы (рис.66). последний вид иллюзий называется иррадиацией. В результате иррадиации черная тонкая нить или проволока на фоне яркого пламени кажутся прерванными, а яркий лунный серп в новолуние кажется толще в середине, чем на самом деле. Чем выше яркость светового объекта, тем больше иррадиация.

Оптические приборы

1. Лупа (от франц. loupe) – оптический прибор для рассматривания мелких предметов, плохо различимых глазом. Обычно в качестве лупы используется собирающая линза с фокусным расстоянием f » 2 ¸ 5 см. Наблюдаемый предмет Y₁ помещают от лупы на расстоянии а₁, немногим меньше по абсолютной величине ее фокусного расстояния f (рис.67). В этих условиях лупа дает мнимое, прямое, увеличенное изображение.

После преломления в лупе Л лучи от предмета Y₁ попадают в глаз под углом бóльшим, чем при тех же условиях в отсутствие лупы. Этим и объясняется эффект увеличения лупы. Поперечное увеличение

. (9.1)

Расстояние от предмета до линзы – а₁ очень мало отличается от ее фокусного расстояния f. Расстояние от изображения до лупы – а₂ мало отличается от расстояния от изображения до глаза L_нз. Рефлекторно положения лупы, предмета и глаза выбираются такими, чтобы расстояние L_нз соответствовало оптимальному зрению. Поэтому величину L_нз называют расстоянием наилучшего зрения.

Рис.68

Подставив в формулу (9.1) – а₁ = f и – а₂ = L_нз , получаем: . (9.2)

У среднего глаза L_нз = 25 см. У близоруких меньше, у дальнозорких больше. Поэтому увеличение, даваемое одной и той же лупой, разное у разных людей.

Увеличение лупы, микроскопа и других оптических систем обозначается знаком умножения справа вверху от цифры, показывающей увеличение. Например, 5^´ означает пятикратное увеличение для среднего глаза.

2. Микроскоп(от греч. micros – малый, skopeo – смотрю) – оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений предметов, невидимых невооруженным глазом.

Базовая оптическая схема микроскопа состоит из двух собирающих линз. Короткофокусная линза, находящаяся внизу и обращенная к исследуемому объекту, называется объективом. Относительно более длинно-фокусная линза, расположенная вверху и обращенная к глазу, называется окуляром (от лат. oculus – глаз).

Принцип действия микроскопа состоит в следующем. Объект малой протяженности А₁В₁ расположен на расстоянии от объектива несколько большем фокусного, но много меньшем двойного фокусного (рис.68). В этом случае объектив формирует действительное, увеличенное и перевернутое изображение А₂В₂. Это изображение рассматривается в окуляр как в лупу.

Расстояние от изображения А₂В₂ до оптического центра окуляра чуть меньше главного фокусного расстояния окуляра f_ок. Если трактовать изображение А₂В₂ как предмет и строить его изображение в окуляре (штриховые линии построения 1_ок и 2_ок), то оно получается мнимым, прямым и опять увеличенным (А₃В₃, рис.68). Реальные лучи 1 и 2, пройдя точку В₂, преломляются на окуляре так, что их продолжения сходятся в точке В₃.

Расстояние D от заднего фокуса объектива F_об до переднего фокуса окуляра F_ок называется оптической длинной тубуса или оптическим интервалом микроскопа. В некоторых конструкциях микроскопа оптический интервал может изменяться.

Для резкого восприятия предмета А₁В₁ глазом объектив микроскопа приближается к предмету на такое расстояние, чтобы расстояние от окуляра до мнимого изображения А₃В₃ стало равным расстоянию наилучшего зрения L_нз.

Видимое (угловое) увеличение микроскопа Г – его важнейшая характеристика. Оно определяется выражением . (9.3)

Рис. 69

Здесь j₁ – угол, под которым невооруженный глаз видит предмет, расположенный на расстоянии наилучшего зрения от глаза, j₃ – угол, под которым глаз видит оптическое изображение в микроскопе (рис.69). Так как при наводке на резкость изображение Y₃ так же располагается на расстоянии наилучшего зрения L_нз, то . (9.4)

Видимое увеличение микроскопа равно его поперечному увеличению.

При определении увеличений также учитывают правило знаков. Если поперечник предмета отрезок Y₁ (рис.68) считать положительным числом, то все отрезки, отсчитываемые от оптической оси в противоположную сторону, считаются отрицательными числами. При таком условии Y₂ и Y₃ – отрицательные числа.

В практической работе с микроскопом удобнее все отрезки выражать положительными числами, а знак «минус» ставить заранее перед обозначением отрезка. В таком случае отрезки будут Y₁, – Y₂, – Y₃. С учетом правила знаков увеличение микроскопа определяется выражением . (9.5)

Знак «минус» указывает, что изображение перевернутое. Очевидно,

, (9.6)

где - увеличение объектива, - увеличение окуляра. Увеличение объектива отрицательно, так как изображение А₂В₂ перевернуто по отношению к предмету А₁В₁, а увеличение окуляра положительно, так как изображение А₃В₃ прямое по отношению к «предмету» А₂В₂.

а. Увеличение объектива. Предмет Y₁ расположен очень близко к точке главного фокуса объектива F_об1. Можно считать, что он находится от оптического центра объектива на расстоянии f_об. Изображение Y₂ находится очень близко к точке главного фокуса окуляра F_ок и удалено от оптического центра объектива на расстояние D + f_об. Поэтому увеличение объектива можно представить еще так:

. (9.7)

В реальных микроскопах для объективов с увеличением 20^х и более интервал D примерно на порядок больше фокусного расстояния объектива f_об. В этих случаях слагаемым f_об в числителе можно пренебречь.

Чем больше оптическая длина тубуса микроскопа D и чем меньше фокусное расстояние объектива f_об, тем больше увеличение объектива.

б. Увеличение окуляра.Изображение Y₂ расположено практически в фокусе окуляра на расстоянии f_ок от его оптического центра. Изображение Y₃ расположено на расстоянии наилучшего зрения глаза L_нз. Из рис.68 видно, что увеличение окуляра .(9.8)

в. Полное увеличение микроскопа . (9.9)

Здесь D, L_нз, f_об, f_ок – положительные числа.

Расстояние наилучшего зрения L_нз у разных глаз разное (у близоруких оно меньше). Поэтому увеличение микроскопа, определяемое формулой (9.9), называют субъективным. Для большинства нормальных глаз L_нз = 25 – 30 см. Договорились называть увеличение микроскопа, соответствующее L_нз = 25 см, объективным. Его и указывают в технических паспортах. Максимальное увеличение современных оптических микроскопов составляет 2700 ¸ 3000^´.

История микроскопа начинается с Роберта Гука, который первым сконструировал двухлинзовый микроскоп со стократным увеличением и сделал в 1665 г. четкий рисунок клеточного строения пробки. Он же ввел термин «клетка» и высказал гипотезу о всеобщности клеточной структуры в живой природе.

Почти одновременно с Гуком микроскопическими исследованиями занимался голландский натуралист Антони ван Левенгук. Изготовленные им линзы, напоминавшие по форме стеклянные капли, он вставлял в металлические держатели с прикрепленной к ним иглой для насаживания объектов наблюдения. С помощью такого прототипа микроскопа, дававшего увеличение 150 ¸ 300 крат, Левенгук наблюдал и зарисовал репродуктивные клетки человека (1677) и некоторые бактерии (1683).

3. Зрительная труба – это общее название приборов, предназначенное для визуального наблюдения удаленных предметов. К зрительным трубам относят телескопы, бинокли, перископы, дальномеры, прицелы, геодезические трубы и другие приборы.

Базовая схема зрительной трубы построена на двух линзах. Одна из них – объектив – длиннофокусная собирающая линза, обращенная к объекту, другая – окуляр – короткофокусная линза, обращенная к глазу. Различают два типа зрительных труб. Труба Кеплера, в которой окуляр – собирающая линза, и труба Галилея, в которой окуляр – рассеивающая линза.

Первые единичные зрительные трубы были построены оптиками-стеклодувами в Европе в середине 16 века. Но широкое применение они получили после работ И. Кеплера и Г. Галилея с начала 17 века.

4. Труба Кеплера изобретена им в 1610 году и построена в 1630 году. Состоит из двух собирающих линз. Чтобы труба имела достаточно большое увеличение, фокусное расстояние объектива должно быть много больше фокусного расстояния окуляра. Оптическая схема трубы показана на рис.70.

Предмет Y₁ находит-ся далеко за двойным фокусным расстоянием объектива. Его действи-тельное, перевернутое и уменьшенное изображение Y₂ находится чуть правее (по рис.70) главного фокуса объектива точки F_об2. Это изображение Y₂ рассматри-вается в окуляр как в лупу.

Поэтому окуляр устанавливается так, чтобы «предмет» Y₂ оказался чуть ближе к нему главного фокуса окуляра. В этом случае окуляр формирует по отношению к «предмету» Y₂ его мнимое, прямое и увеличенное изображение Y₃. Фокусы объектива и окуляра для нормального глаза, аккомодированного на бесконечность, совпадают в точке F_об2.

Оптические системы, в которых главные фокусы линз совпадают, называют телескопическими. Если в объектив телескопической системы входит пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то, преломившись в линзе объектива, пучок сходится в точке F, а преломившись в линзе окуляра, вновь выходит в виде пучка лучей, параллельных главной оптической оси (рис.71). Происходит только сжатие сечения пучка от диаметра объектива D₁ до диаметра окуляра D₂.

Угловое увеличениев трубе Кеплера , где j₁ - угол, под которым виден предмет Y₁ невооруженным глазом с точки наблюдения, j₃ - угол, под которым видно в трубу мнимое изображение предмета Y₃.

Чтобы связать увеличение трубы Г с фокусными расстояниями объектива f_об и окуляра f_ок, рассмотрим ход лучей между линзами (рис.70). Так как изображение Y₂ находится практически в точке F_об2 на расстоянии от объектива f_об, то, как следует из треугольника В₂О₁F, . Знак «минус» показывает, что изображение Y₂ перевернуто по отношению к предмету Y₁. Из треугольника В₂О₂F следует, что . Отрезок f_ок отсчитывается от центра окуляра точки О₂ в противоположном по сравнению с ходом лучей направлении. Отсюда . (9.10)

5.
Труба Галилея построена как исследовательский прибор в 1609 году. Объектив – также собирающая длиннофокусная линза, окуляр – короткофокусная рассеивающая линза. Оптическая схема трубы показана на рис.72.

Задний фокус объектива и передний фокус отрицательного окуляра (на рисунке он справа от окуляра) совпадают в точке F_об2. Чтобы уяснить схему формирования изображения в трубе Галилея, из множества лучей, идущих из точки В₁ удаленного предмета Y₁, рассмотрим два.

Луч 1 проходит через оптический центр объектива, не преломляясь, под углом j₁ к главной оптической оси. Луч 2 проходит через передний фокус объектива F_об1 и, преломившись в объективе, идет параллельно главной оптической оси. В отсутствие окуляра эти два луча встречаются в точке В₂ изображения Y₂ в заднем фокусе объектива F_об2.

Если на пути этих лучей поставить короткофокусную рассеивающую линзу, совместив ее правый мнимый фокус F_ок1 с фокусом объектива F_об2, то луч 2 преломится на этой линзе так, что его продолжение пройдет через левый мнимый фокус окуляра F_ок2.

Луч 1 преломиться так, что его продолжение пересечется с продолжением луча 2 на расстоянии наилучшего зрения L_нз.

Труба Галилея формирует мнимое, прямое и увеличенное изображение Y₃ с большим углом зрения.

Угловое увеличение в трубе Галилея . Из DВ₂О₁F_об2 следует , из DВО₂F_ок2 следует . Отрезок f_ок откладывается от отрицательной линзы против хода лучей, поэтому записывается со знаком «минус». Отсюда . (9.11)

Хотя формулы увеличения для обеих труб одинаковы, сами увеличения отличаются по знаку. В трубе Кеплера f_об и f_ок – положительные числа, поэтому увеличение Г – отрицательное число. Изображение перевернуто. Из-за этого трубу Кеплера применяют, в основном, в астрономических наблюдениях и называют часто астрономической трубой.

В трубе Галилея f_ок – отрицательное число, поэтому увеличение трубыГ – положительное число. Труба Галилея на переворачивает изображение. Она удобна для наблюдения на земле, где есть верх и низ. Поэтому трубу Галилея называют иногда земной трубой. Она применяется в театральных биноклях и подзорных трубах.

Поскольку окуляр в трубе Галилея – отрицательная линза, в ней нельзя применять окулярные шкалы, визиры, сетки, перекрестия и т.д. Они не увеличиваются окуляром и практически не видны. Поэтому трубу Галилея нельзя использовать в качестве прицелов, дальномеров, геодезических труб и других измерительных приборов.

6. Телескоп (от греч. tele – далеко, skopeo – смотрю) – специальная зрительная труба для наблюдения астрономических объектов. Поскольку небесные светила находятся на огромных расстояниях от Земли, то свет приходит от них практически параллельным пучком. Поэтому задача телескопа сводится к тому, чтобы собрать как можно больше света от источника.

Главные фокусы объектива и окуляра в телескопе совпадают (см. рис.71), поэтому угловое увеличение телескопа можно представить еще как отношение рабочих диаметров линз объектива D_об и окуляра D_ок. . (9.12)

Все телескопы делятся на два класса: рефракторы, в которых свет концентрируется с помощью линз, и рефлекторы, концентрирующие свет с помощью зеркал.

Крупнейший из существующих рефракторов имеет диаметр объектива 1,02 м (Йеркс, США). Дальнейшее увеличение диаметра линзовых объективов связано с возрастанием сложности устранения аберраций. Приходится делать объективы многолинзовыми оптическими системами. Это сильно утяжеляет систему и удорожает ее изготовление.

Все существующие в настоящее время рефракторы практически повторяют схему Кеплера.

Первые телескопы-рефлекторы изготовили в 1672 году И. Ньютон и Н. Кассегрен.

7. Телескоп-рефлектор Ньютона (рис.73). Свет, идущий вдоль трубы телескопа, отражается сферическим зеркалом Зк1 в виде сходящегося пучка. На пути этого пучка поставлено плоское зеркало Зк2, поворачивающее пучок. Свет выходит в боковое отверстие трубы телескопа и собирается в фокусе зеркала точке F. Зеркало Зк1 играет роль объектива.

В фокусе объектива F находится и фокус окуляра Ок, поэтому свет выходит из окуляра также параллельным пучком.

Наличие плоского зеркала Зк2 позволяет помещать голову наблюдателя вне основного пучка и, тем самым, избежать оптических и тепловых помех.

8. Телескоп-рефлектор Кассегрена (рис.74) отличается от телескопа Ньютона тем, что в нем используются более сложные зеркала: основное – вогнутое параболическое Зк1 и вспомогательное – выпуклое гиперболическое Зк2.

Отраженные зеркалами лучи сходятся в фокусе F позади главного параболического зеркала.

Хотя изготовление асферичес-ких зеркал технически сложнее, такие телескопы более перспективны, поскольку лучше позволяют устранить сферическую аберрацию.

Крупнейший в настоящее время рефлектор имеет диаметр основного зеркала 6 м (Северный Кавказ, РФ).

9. Фото- и киноаппараты – приборы для получения оптических изображений на фоточувствительном слое пленки (рис.75). Основной их оптический элемент – объектив Об, представляющий собой многолинзовый анастигмат с устраненными аберрациями. Он смонтирован в специальной оправе и снабжен апертурной диафрагмой.

Объектив представляет собой окно, через которое свет попадает в светонепроницаемую фотокамеру Фк. Для наводки на резкость изображения, то есть для совмещения плоскости изображения Y₂ с плоскостью фотопластинки Пл объектив может перемещаться вдоль главной оптической оси.

10. Проекционные приборы предназначены для получения изображений на экране в увеличенном виде с прозрачных пленок и рисунков на бумаге. Различают два типа таких приборов. Диаскопы (от греч. diaskopeo – внимательно смотрю) предназначены для проецирования прозрачных предметов. Эпископы (от греч. epi – приставка «над-») предназначены для проецирования непрозрачных предметов. Технически оба эти прибора часто объединяют в одном, называемом эпидиаскопом.

Поскольку проекционные приборы дают увеличенное по сравнению с предметом изображение, то для обеспечения достаточной освещенности изображения на экране предмет надо сильно освещать. Поэтому кроме объективов проекционные приборы имеют еще один элемент – конденсор, концентрирующий свет от источника на предмете (конденсор – от лат. condenso – сгущаю).

В схеме диапроек-тора (рис.76) свет от источника S идет через конденсор Кд, направля-ющий световой пучок на прозрачный предмет А₁В₁. Изображение этого предмета А₂В₂ на экране формируется объективом Об, который может перемещаться вдоль оптической оси.

Наряду с линзовыми конденсорами в проекционных приборах применяются также зеркально-линзовые конденсоры, позволяющие при том же источнике света создать на предмете большую освещенность. Такой смешанный конденсор показан в схеме эпископа (рис.77).

Благодаря сферическому зеркалу Зк1 световой поток, падающий на непрозрачный предмет А₁В₁ почти удваивается. Ярко освещенный предмет А₁В₁ (рисунок на бумаге) рассеивает свет по всем направлениям.

Часть рассеянного света собирается объективом Об, который формирует на экране изображение предмета А₂В₂. Для поворота пучка используется плоское зеркало Зк2.

11. Осветительные приборы. Основная задача оптических систем состоит здесь в том, чтобы собрать как можно больше света, излучаемого источником, и направить его в определенное место. Как правило, эта задача решается с помощью сферических или параболических зеркал, в фокусе которых помещается источник света (рис.78).

Чаще применяют параболические зеркала, позволяющие собрать больше света. Так как источник света не является точечным, а имеет размер, то лучи света, отраженные от зеркала, образуют несколько расходящийся световой пучок.

На маяках свет нужно направлять не вдоль одной прямой, а по окружности. Зеркала здесь не применимы, так как экранируют свет в противоположных направлениях.

В принципе такая задача может быть решена с помощью круговой цилиндрической линзы, фокус которой находится в геометрическом центре (рис.79). Однако техническая реализация такой линзы очень сложна.

В 1818 г. Френель предложил делать маячные линзы составными, из отдельных колец. Поверхность колец также остается тороидальной, как и у сплошной линзы. Но благодаря тому, что из сплошной линзы удаляются прямоугольные куски (на рис.80 заштрихованы), линза становится много легче, почти полностью сохранив свои оптические характеристики.

В настоящее время линзы Френеля широко применяются не только в маяках (поясные линзы), но и в светосильных конденсорах (кольцевые линзы), например, в кодоскопах. Последние прессуются из органического стекла. Их главное преимущество – ничтожная толщина и малый вес.