Академия оптики leupold. распространенные мифы об оптических прицелах

Угол обзора линзовидного отпечатка

Угол обзора линзовидного отпечатка — это диапазон углов, в пределах которого наблюдатель может видеть все изображение. Это определяется максимальным углом, под которым луч может покинуть изображение через правильную линзу.

Угол в объективе

Диаграмма справа показывает зеленым цветом самый крайний луч внутри линзообразной линзы, который будет правильно преломляться линзой. Этот луч выходит за один край полосы изображения (в правом нижнем углу) и выходит через противоположный край соответствующей лентикулы.

Определения

• р{\ displaystyle R}угол между крайним лучом и нормалью в точке выхода из линзы,
• п{\ displaystyle p} шаг или ширина каждой линзообразной ячейки,
• р{\ displaystyle r}- радиус кривизны лентикулы,
• е{\ displaystyle e} толщина линзообразной линзы
• час{\ displaystyle h} — толщина подложки ниже изогнутой поверхности линзы, а
• п{\ displaystyle n}- показатель преломления линзы .

Расчет

рзнак равноА-арктан⁡(пчас){\ Displaystyle R = A- \ arctan \ left ({p \ over h} \ right)},

где

Азнак равноArcsin⁡(п2р){\ displaystyle A = \ arcsin \ left ({p \ over 2r} \ right)},

часзнак равное-ж{\ displaystyle h = ef} — расстояние от задней части решетки до края лентикулы, а

жзнак равнор-р2-(п2)2{\ displaystyle f = r — {\ sqrt {r ^ {2} — \ left ({p \ over 2} \ right) ^ {2}}}}.

Угол за пределами объектива

Угол за пределами линзы определяется преломлением луча, определенного выше. Полный угол наблюдения определяется выражением
О{\ displaystyle O}

Ознак равно2(А-я){\ Displaystyle O = 2 (AI)},

где — угол между крайним лучом и нормалью вне линзы. Из закона Снеллиуса ,
я{\ displaystyle I}

язнак равноArcsin⁡(пгрех⁡(р)па){\ displaystyle I = \ arcsin \ left ({п \ sin (R) \ over n_ {a}} \ right)},

где — показатель преломления воздуха .
па≈1,003{\ displaystyle n_ {a} \ приблизительно 1,003}

Рассмотрим линзовидный отпечаток с линзами с шагом 336,65 мкм , радиусом кривизны 190,5 мкм, толщиной 457 мкм и показателем преломления 1,557. Полный угол обзора составит 64,6 °.
О{\ displaystyle O}

Разные миссии

Большинство стрелков с большой дальности — особенно те, кто летает на корабле в бою — предпочитают прицельные сетки первого фокуса. Вот почему Nightforce использует этот стиль сетки в своем ультрасовременном прицеле BEAST.

Какая система лучше? Ни на самом деле. Оба позволяют применять баллистические поправки на большом расстоянии, и оба надежны и долговечны. Основное отличие заключается не в том, как они работают, а в том, как они будут использоваться. Если вы стреляете по мишеням и будете стрелять только на дальние цели по стальным мишеням или, возможно, по прериям, SFP должен служить вам превосходно. С другой стороны, если вы работаете в ситуациях на поле битвы, когда вам, возможно, придется делать выстрелы с очень длинных и очень коротких дистанций, вам никогда не придется беспокоиться о том, какова мощность вашего прицела с FFP. Вот почему Nightforce выбрал FFP для своего прицела BEAST, который был специально разработан с учетом военных действий с учетом боевых действий.

СВЯЗАННАЯ ИСТОРИЯ: 10 советов и фактов, которые следует учитывать при выборе устройства ночного видения

Также учтите, что при использовании оптики с большим увеличением нередко уменьшать увеличение для уменьшения видимых тепловых волн, которые могут генерироваться из горячего цилиндра. Сделайте это с прицелом, в котором есть прицельная сетка SFP, и вдруг ваша прицельная сетка не работает для исправления. С сеткой FFP это не имеет значения.

Инструктор по стрельбе на дальнем расстоянии от Gunsite, Майк Мур, который также управляет Tac Drivers, службой оружейных мастерских в Gunsite, сказал мне: «Для меня, чтобы я мог различать прицел с сеткой в ​​первой фокальной плоскости, должен быть как минимум 6X измеренные приращения на сетке. В таком случае я бы выбрал SFP для любой мощности ниже 4.5X. Если я так близко, что это работает, мне, вероятно, не нужна способность измерять расстояние с помощью сетки. С увеличением между 4, 5X и 8, 5X, это увеличение между сетками FFP и SFP. При большем увеличении я бы выбрал сетку FFP. В то же время я не вижу никакой пользы для сетки FFP, если эта сетка не позволяет мне что-то измерить ».

Для меня, если я использую оптический прицел с 10-кратным увеличением или меньше, вариант SFP подойдет. При увеличении более чем в 10 раз я предпочитаю сетку, расположенную в FFP. Вы можете увидеть вещи совсем по-другому. Опыт за вашей винтовкой, с различными прицелами и на стрельбе, поможет вам определить ваш лучший вариант.

Эта статья была первоначально опубликована в «Тактическом оружии» февраль / март 2017 года. Чтобы заказать копию, посетите веб-сайт diverorgroupstore.com.

Двуставные ставни

Традиционный тип затвора в фокальной плоскости в 35-миллиметровых камерах, впервые разработанный Leitz для использования в своих камерах Leica , использует две шторки затвора, сделанные из непрозрачной прорезиненной ткани, которые проходят горизонтально через плоскость пленки. Для более длинных выдержек первая шторка открывается (обычно) справа налево, а по прошествии необходимого времени при открытой шторке вторая шторка закрывает диафрагму в том же направлении. Когда затвор снова взводится, шторки возвращаются в исходное положение и готовы к открытию.

Фокальный затвор, низкая скорость

Затвор в фокальной плоскости на низкой скорости

Рис. 1. Черный прямоугольник представляет собой апертуру кадра, через которую выполняется экспонирование. В настоящее время она закрыта первой шторкой, показанной красным. Вторая шторка, показанная зеленым цветом, находится справа.

Рис. 2: Первая шторка затвора полностью сдвигается влево, позволяя произвести экспозицию. На этом этапе происходит срабатывание вспышки, если она прикреплена и готова к этому.

Рисунок 3: После требуемой экспозиции вторая шторка затвора перемещается влево, чтобы закрыть апертуру кадра. При повторном взведении затвора шторки затвора отводятся обратно на правую сторону, готовые к следующей экспозиции.

Это только графическое представление; реальные механизмы намного сложнее. Например, занавеси на самом деле катятся на катушках по обе стороны от проема рамы, чтобы использовать как можно меньше места.

Более быстрая выдержка достигается за счет закрывания второй шторки до полного открытия первой; в результате получается вертикальная щель, которая проходит горизонтально по пленке. Для более коротких выдержек просто требуется более узкая щель, поскольку скорость движения шторок обычно не меняется.

Фокальный затвор, высокая скорость

Фокальный затвор на высокой скорости

Рис. 1. Черный прямоугольник представляет собой апертуру кадра, через которую выполняется экспонирование. В настоящее время она закрыта первой шторкой, показанной красным. Вторая шторка, показанная зеленым цветом, находится справа.

Рисунок 2: Первая шторка затвора начинает двигаться влево, позволяя произвести экспозицию. Поскольку для экспозиции требуется очень короткая выдержка, вторая шторка начинает перемещаться на заданном расстоянии от первой.

Рис. 3. Первая шторка затвора продолжает движение через апертуру кадра, а затем вторая шторка. Было бы бессмысленно использовать электронную вспышку с такой выдержкой, поскольку кратковременная вспышка будет освещать только очень небольшую часть кадра, так как остальная часть закрывается либо первой, либо второй шторкой затвора.

Рис. 4. Первая шторка завершает движение, за ней следует вторая шторка, которая теперь полностью закрывает проем рамы. Когда затвор снова взведен, обе шторки затвора отводятся обратно на правую сторону, готовые к следующей экспозиции.

Примечания и ссылки [ править ]

1. ^ Грейвенкамп, Джон Э. (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Field Guides vol. FG01 . ШПИОН. С. 5–20. ISBN 0-8194-5294-7.
2. Велфорд, WT (1986). Аберрации оптических систем . CRC. ISBN 0-85274-564-8.
3. ↑ Hecht, Eugene (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли. п. 155. ISBN 0-321-18878-0.
4. ^ Керр, Дуглас А. (2005). . Тыква . Архивировано из 13 мая 2006 года . Проверено 5 марта 2006 года .
5. ^ van Walree, Пол. . Архивировано из 19 апреля 2015 года . Проверено 1 января 2007 года . Пункт №6.
6. ^ Литтлфилд, Рик (6 февраля 2006 г.). . вер. 1.0 . Проверено 14 января 2007 года .
7. Грей, Генри (1918). . п. 1019 . Проверено 12 февраля 2009 года .

• Хехт, Юджин (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 0-201-11609-X.
• Страницы 74–76 определяют стороны света.

Фокальный затвор с вращающимся барабаном

Вид сзади панорамной камеры Widelux F7 изнутри, где щелевой затвор проходит мимо пленки

Вид спереди Widelux с вращающимся цилиндром объектива

Вращающийся барабан представляет собой необычный затвор FP, который использовался в нескольких специализированных панорамных камерах, таких как Panon Widelux (1959, Япония) и KMZ Horizont (1968, Советский Союз). Вместо того, чтобы использовать объектив с очень коротким фокусным расстоянием ( широкоугольный ) для достижения сверхширокого поля зрения, эти камеры имеют объектив средней ширины, заключенный в барабан с задней вертикальной щелью. Поскольку весь барабан горизонтально поворачивается к задней узловой точке объектива, прорезь вытирает сверхширокоформатное изображение на пленку, расположенную напротив изогнутой фокальной плоскости. Widelux создавал изображение шириной 140 ° в кадре 24 × 59 мм на пленке 135 с объективом Lux 26 мм f / 2,8 и контролируемой выдержкой путем изменения скорости вращения при фиксированной ширине щели.

В камерах Kodak Cirkut (1907, США) и Globus Globuscope (1981, США) вся камера и объектив вращались, когда пленка протягивалась мимо щели в противоположном направлении. Globuscope создавал изображение с углом обзора 360 ° в кадре 24 × 160 мм на пленке 135 мм с линзой 25 мм и имел регулируемую ширину щели с постоянной скоростью вращения.

Вращающиеся затворы FP создают изображения с необычным искажением, когда центр изображения кажется выпуклым в сторону зрителя, а периферия кажется изогнутой, потому что поле зрения объектива изменяется при его повороте. Это искажение исчезнет, ​​если фотография будет установлена ​​на опоре с изогнутой по кругу опорой и просматривается глазом в центре. Вращающиеся ставни также должны плавно вращаться; в противном случае неравномерная экспозиция приведет к некрасивым вертикальным полосам на изображении. Поскольку вращение может занять несколько секунд, независимо от выдержки, камеру следует установить на штатив. По той же причине нельзя использовать вспышку с этими фотоаппаратами.

Эти камеры часто используются для фотографирования больших групп людей (например, «школьная» фотография). Для этого объекты располагаются укороченным полукругом с камерой в центре таким образом, чтобы все объекты находились на одинаковом расстоянии от камеры и смотрели в нее. После того, как экспозиция сделана и обработана, на панорамном снимке все будут расположены по прямой линии и смотрят в одном направлении. Искажение, присутствующее на заднем плане, выдает технику.

Сюжетные реалии

Дискуссии о том, является ли сетка первой или второй фокальной плоскости лучшим вариантом, не редкость. То, как вы собираетесь использовать свою винтовку, может быть решающим фактором в вашем выборе.

В прошлом сетки FFP были обнаружены только в европейских прицелах, а система SFP считалась стандартом для американской или азиатской оптики. Когда европейские оптические компании начали выходить на американский рынок, они начали использовать сетку SFP. Интересно отметить, что по мере увеличения спроса на дальнобойные тактические прицелы прицел FFP стал очень желательным в Штатах.

По словам Кейлена Войчика, бывшего снайпера морской пехоты и директора компании Precision Rifle Magpul Core, «прицельные сетки первого или переднего фокуса для тактической стрельбы / стрельбы на большие расстояния являются лучшим выбором, потому что растяжения сетки остаются неизменными независимо от увеличения, Преимуществами этого являются оценки дальности с использованием формулы отношения mil, использование сетки для удержаний и задержек в сценариях с несколькими целями, а также применение поправок на ветер с использованием сетки. Все эти ситуации становятся намного проще с сеткой первой фокальной плоскости ».

Основное различие между этими двумя стилями действительно очень просто. Если ваша прицельная сетка представляет собой милую точку или какой-либо другой тип, который предлагает баллистические поправки, и он помещен в SFP, он обеспечит правильную баллистическую коррекцию или преимущества дальности, только если оптический прицел настроен на максимальное значение или одно предопределенное увеличение. Во многих случаях это не проблема, потому что если вы стреляете на расстоянии, которое требует баллистической коррекции, очень вероятно, что прицел будет настроен на максимальное увеличение.

СВЯЗАННАЯ ИСТОРИЯ: 5 областей AR с быстрым нацеливанием, о которых вам нужно знать

Однако иногда вы можете не захотеть снимать с максимальным увеличением. Может быть, вам нужно преимущество большего поля зрения или вам нужно максимизировать яркость в условиях слабой освещенности; меньшее увеличение может помочь с обоими. Если вы повернете свой 20-кратный прицел на 10-кратный, растяжки для всех дополнительных точек прицеливания ниже центра сетки увеличатся в два раза. Это означает, что точка 1 мил станет точкой 2 мил. Изменение увеличения от 20X до 10X не так сложно вычислить в полевых условиях, но переход от 20X к 13, 5X создает математическую задачу, которую вы, возможно, не сможете легко решить в своей голове.

Преимущество сетки FFP заключается в том, что растяжения остаются неизменными независимо от увеличения; точка 1 мил — это точка 1 мил, независимо от того, на каком увеличении находится прицел. Это означает, что вы можете вносить баллистические поправки для траектории или ветра точно так же, не беспокоясь об увеличении.

Это может вызвать у вас удивление, почему кому-то понадобится прицел с сеткой, размещенной в SFP. Ну, есть веская причина. Видите ли, сетка, помещенная во вторую фокальную плоскость, никогда не меняет размер. Это всегда кажется одинаковым, даже в прицел, способный увеличить видимый размер цели в шесть раз (с 4X до 24X). Другими словами, сетка всегда выглядит одинаково. Это может показаться не таким уж большим делом, но при использовании сетки FFP пропорции сетки совпадают с целью. Это означает, что при очень малом увеличении прицельная сетка будет выглядеть очень маленькой. В некоторых случаях они настолько малы — в зависимости от сетки — вы не можете разглядеть дополнительные точки прицеливания достаточно хорошо, чтобы использовать их.

Точно так же, когда прицел с прицельной сеткой FFP установлен на максимальное увеличение, самая нижняя дополнительная точка прицеливания — точка мил или точка MOA — ниже центра прицельной сетки может появиться в нижней части поля зрения. Некоторые стрелки находят это сбивающим с толку.

Приложения

Лентикулярная печать

Лентикулярная печать — это многоэтапный процесс, состоящий из создания лентикулярного изображения как минимум из двух существующих изображений и объединения его с лентикулярной линзой. Этот процесс можно использовать для создания различных кадров анимации (для эффекта движения), смещения различных слоев с разными приращениями (для 3D- эффекта) или просто для отображения набора альтернативных изображений, которые могут казаться трансформирующимися друг в друга.

Корректирующие линзы

Лентикулярные линзы иногда используются в качестве корректирующих линз для улучшения зрения. Бифокальные линзы можно рассматривать как простой пример.

Линзовидные линзы для очков использовались для коррекции крайней дальнозоркости (дальнозоркости), состояния, которое часто возникает при хирургии катаракты, когда имплантация линзы невозможна. Чтобы ограничить большую толщину и вес, которые в противном случае потребовались бы такие мощные линзы, вся сила линзы сосредоточена в небольшой области в центре. По внешнему виду такую ​​линзу часто описывают как жареное яйцо : полусферу на плоской поверхности. Плоская поверхность или «несущая линза» имеет небольшую мощность или ее не имеет и предназначена только для того, чтобы заполнять остальную часть оправы очков и удерживать или «переносить» линзообразную часть линзы. Эта часть обычно имеет диаметр 40 мм (1,6 дюйма), но может быть меньше, всего 20 мм (0,79 дюйма), при достаточно больших увеличениях. Эти линзы обычно используются для плюс (дальнозоркости) коррекции около 12 диоптрий или выше. Подобным типом очковых линз является миодиск , иногда называемый минус-линзовидными линзами, которые используются для очень сильной отрицательной ( миопической ) коррекции. Иногда используются более эстетичные конструкции асферических линз . Пленка, сделанная из цилиндрических линз, отформованных на пластиковой подложке, как показано на рисунке выше, может быть нанесена на внутреннюю часть стандартных очков для коррекции диплопии . Пленка обычно наносится на глаз с хорошим мышечным контролем направления. Диплопия (также известная как двоение в глазах) обычно вызывается параличом шестого черепного нерва, который не позволяет полностью контролировать мышцы, контролирующие направление, в котором направлен глаз. Эти пленки определяются количеством степеней коррекции, которые необходимы там, где чем выше степень, тем выше требуется коррекция директивы.

Линзовидные экраны

Экраны с литой линзообразной поверхностью часто используются в проекционных телевизионных системах. В этом случае цель линз состоит в том, чтобы сфокусировать больше света в горизонтальный луч и позволить меньшему количеству света выходить выше и ниже плоскости зрителя. Таким образом увеличивается видимая яркость изображения.

Обычные экраны с фронтальной проекцией тоже можно назвать лентикулярными. В этом случае образуются не прозрачные линзы, а крошечные изогнутые отражатели. Линзовидные экраны чаще всего используются для экранов, отклоняющих рассеянный свет, для проекторов с ультракороткофокусным расстоянием. Линзовидная структура поверхности отражает свет от проектора к зрителю, не отражая свет от источников над экраном.

3D телевидение

По состоянию на 2010 год ряд производителей разрабатывали автостереоскопические 3D-телевизоры высокой четкости , используя системы линзообразных линз, чтобы избежать необходимости в специальных . Один из них, китайский производитель TCL, продавал 42-дюймовую (110 см) ЖК-модель TD-42F в Китае примерно за 20 000 долларов США.

В 2021 году такие дисплеи будут производить только специализированные производители.

Линзовидные линзы использовались в ранних процессах создания цветных кино в 1920-х годах, таких как система Келлера-Дориана и Kodacolor . Это позволило получить цветные изображения с использованием чисто монохромной пленки.

Поворотный фокальный затвор

Помимо горизонтальных жалюзи Leica и вертикальных жалюзи Square FP, существуют и другие типы жалюзи FP. Наиболее заметным является поворотный или секторный затвор FP. Вращающийся диск затвора часто встречается в камерах фильма кино, но редко встречается в камерах. Они вращают круглую металлическую пластину с секторным вырезом перед пленкой. Теоретически поворотные заслонки могут управлять своей скоростью, сужая или расширяя вырез в секторе (используя две перекрывающиеся пластины и изменяя перекрытие) и / или вращая пластину быстрее или медленнее. Однако для простоты большинство поворотных затворов фотоаппаратов имеют фиксированные вырезы и меняют скорость вращения. Olympus Pen F и ручка FT (1963 и 1966, как из Японии) половин кадра 35 мм зеркалки сплели полукруглую титановую пластину до 1/500 с.

Полукруглые поворотные заслонки также обладают преимуществом неограниченной скорости X-синхронизации, но все поворотные заслонки FP имеют недостаток в виде большого объема, необходимого для вращения пластин. Univex ртуть (1938, США) половина кадра 35 мм камеры была очень большой купол , выступающим из верхней части основного корпуса , чтобы разместить его 1/1000 сек поворотного затвора. Они также производят очень необычные искажения на очень высокой скорости из-за угловой развертки вытеснения экспозиции. Объем можно уменьшить, заменив пластину шкивами с лезвиями, но тогда поворотный затвор FP по существу становится затвором FP ​​с обычным лезвием.

Моделирование оптических систем как математические преобразования

В геометрической оптике для каждого луча, входящего в оптическую систему, выходит единственный уникальный луч. С математической точки зрения, оптическая система выполняет преобразование, которое отображает луч каждого объекта на луч изображения. Считается, что объектный луч и связанный с ним луч изображения сопряжены друг с другом. Этот термин также применяется к соответствующим парам точек и плоскостей объекта и изображения. Объект и изображение лучи и точки считаются в двух различных оптических пространствах , объект космических и космических изображений ; также могут использоваться дополнительные промежуточные оптические пространства.

Вращательно-симметричные оптические системы; Оптическая ось, осевые точки и меридиональные плоскости

Оптическая система является осесимметричной, если ее свойства изображения не изменяются при любом вращении вокруг некоторой оси. Эта (уникальная) ось вращательной симметрии является оптической осью системы. Оптические системы можно складывать с помощью плоских зеркал; система по-прежнему считается осесимметричной, если она обладает вращательной симметрией в развернутом виде. Любая точка на оптической оси (в любом пространстве) является осевой точкой .

Вращательная симметрия значительно упрощает анализ оптических систем, которые в противном случае необходимо анализировать в трех измерениях. Вращательная симметрия позволяет анализировать систему, рассматривая только лучи, ограниченные одной поперечной плоскостью, содержащей оптическую ось. Такая плоскость называется меридиональной ; это поперечное сечение системы.

Идеальная осесимметричная оптическая система визуализации

Идеал , осесимметричной, оптическая система формирования изображений должна отвечать трем критериям:

1. Все лучи, «исходящие» из любой точки объекта, сходятся в одну точку изображения (изображение является стигматическим ).
2. Плоскости объекта, перпендикулярные оптической оси, сопряжены с плоскостями изображения, перпендикулярными оси.
3. Изображение объекта, ограниченного плоскостью, перпендикулярной оси, геометрически похоже на объект.

В некоторых оптических системах визуализация стигматична для одной или, возможно, нескольких точек объекта, но чтобы быть идеальной системой, визуализация должна быть стигматичной для каждой точки объекта.

В отличие от лучей в математике , оптические лучи простираются до бесконечности в обоих направлениях. Лучи реальны, когда они находятся в той части оптической системы, к которой они применяются, и виртуальны в другом месте. Например, объектные лучи реальны на объектной стороне оптической системы. При стигматическом отображении луч объекта, пересекающий любую конкретную точку в пространстве объекта, должен быть сопряжен с лучом изображения, пересекающим сопряженную точку в пространстве изображения. Следствием этого является то, что каждая точка на луче объекта сопряжена с некоторой точкой на луче сопряженного изображения.

Геометрическое подобие подразумевает, что изображение представляет собой масштабную модель объекта. Ограничений по ориентации изображения нет. Изображение может быть перевернуто или иным образом повернуто по отношению к объекту.

Фокальные и фокальные системы, фокальные точки

В афокальных системах луч объекта, параллельный оптической оси, сопряжен с лучом изображения, параллельным оптической оси. Такие системы не имеют координационные центры (следовательно , афокальные ) , а также не хватает основных и узловых точек. Система является фокальной, если луч объекта, параллельный оси, сопряжен с лучом изображения, пересекающим оптическую ось. Пересечение луча изображения с оптической осью является фокусной точкой F ‘в пространстве изображения. Фокальные системы также имеют осевую точку F объекта, так что любой луч, проходящий через F, сопряжен с лучом изображения, параллельным оптической оси. F — объектный центр системы.

Трансформация

Преобразование между пространством объекта и пространством изображения полностью определяется кардинальными точками системы, и эти точки могут использоваться для сопоставления любой точки объекта с точкой сопряженного изображения.