Выходной зрачок
В оптике выходной зрачок — это виртуальное отверстие в оптической системе. Только лучи , проходящие через это виртуальное отверстие, могут выйти из системы. Выходной зрачок — это изображение диафрагмы в оптике , которая следует за ним. В телескопе или составном микроскопе это изображение — изображение элемента (ов) объектива , создаваемое окуляром . Размер и форма этого диска имеют решающее значение для производительности прибора, поскольку глаз наблюдателя может видеть свет, только если он проходит через отверстие. Термин выходной зрачок также иногда используется для обозначения диаметра виртуального отверстия. В более старой литературе по оптике выходной зрачок иногда называют диском Рамсдена , названным в честь английского производителя приборов Джесси Рамсдена .
Визуальные инструменты
Для использования оптического прибора входной зрачок глаза наблюдателя (изображение анатомического зрачка , видимое через роговицу ) должен быть совмещен с выходным зрачком прибора и иметь аналогичный размер. Такая конфигурация надлежащим образом соединяет оптическую систему с глазом и позволяет избежать виньетирования , поскольку глаз улавливает все лучи, выходящие из прибора. Таким образом, расположение выходного зрачка определяет вынос выходного зрачка окуляра. Хорошие конструкции окуляра обеспечивают выходной зрачок диаметром, приблизительно равным видимому диаметру зрачка глаза, и располагаются на расстоянии около 20 мм от последней поверхности окуляра для удобства наблюдателя. Если диск больше зрачка глаза, то свет будет теряться вместо того, чтобы попадать в глаз. Если диск находится слишком близко к последней поверхности окуляра, то глаз должен будет находиться неудобно близко для наблюдения; если слишком далеко, то наблюдателю будет трудно поддерживать выравнивание глаза с диском, поскольку нет инструментальной помощи для физического удержания положения глаза.
| Средний диаметр зрачка человека в зависимости от возраста | ||
|---|---|---|
| Возраст (лет) | День (мм) | Ночь (мм) |
| 20 | 4.7 | 8 |
| 30 | 4.3 | 7 |
| 40 | 3.9 | 6 |
| 50 | 3.5 | 5 |
| 60 | 3.1 | 4.1 |
| 70 | 2.7 | 3.2 |
| 80 | 2.3 | 2.5 |
Поскольку диаметр зрачка глаза меняется в зависимости от условий наблюдения, идеальный диаметр выходного зрачка зависит от области применения. [1] Астрономическому телескопу требуется большой выходной зрачок, поскольку он предназначен для наблюдения за тусклыми объектами ночью, в то время как микроскопу потребуется гораздо меньший выходной зрачок, поскольку наблюдаемый объект будет ярко освещен. Набор биноклей 7×50 имеет выходной зрачок чуть более 7,14 мм, что соответствует среднему размеру зрачка молодого адаптированного к темноте человеческого глаза в условиях отсутствия постороннего света. Затем выходящий свет в окуляре заполняет зрачок глаза, что означает отсутствие потери яркости ночью из-за использования такого бинокля (при условии идеальной передачи ). Днем, когда диаметр зрачка глаза составляет всего 4 мм, более половины света будет блокироваться радужной оболочкой и не достигнет сетчатки . Однако потеря света днем, как правило, не вызывает беспокойства, поскольку изначально света очень много. Напротив, 8×30 бинокли, часто продаваемые с акцентом на их компактность, имеют выходной зрачок всего 3,75 мм. Этого достаточно, чтобы заполнить типичный дневной зрачок глаза, что делает эти бинокли более подходящими для дневного, чем ночного использования. Максимальный размер зрачка человеческого глаза обычно составляет 5–9 мм для людей моложе 25 лет и медленно уменьшается с возрастом, как показано в качестве приблизительного руководства в таблице здесь. [2] [3] [4] [5]
Оптимальное расстояние выноса выходного зрачка также варьируется в зависимости от области применения. Например, прицелу винтовки требуется очень большое выносное выходное зрачок, чтобы предотвратить попадание отдачи в наблюдателя. [1]
Выходной зрачок можно визуализировать, сфокусировав инструмент на ярком, невзрачном поле и поднеся белую карточку к окуляру. Это проецирует на карточку диск света. При перемещении карточки ближе или дальше от окуляра диск света будет минимизирован, когда карточка находится у выходного зрачка, а яркий диск затем покажет диаметр зрачка. Прозрачный флакон с молочной жидкостью можно использовать для рассеивания световых лучей, выходящих из окуляра, делая их пути видимыми. Эти лучи выглядят как форма песочных часов , сходящихся и расходящихся при выходе из окуляра, с наименьшим поперечным сечением (талией формы песочных часов), представляющим выходной зрачок.
Телескопы
Для телескопа диаметр выходного зрачка можно рассчитать, разделив фокусное расстояние окуляра на фокусное отношение (f-число) телескопа. Во всех телескопах, кроме самых дешевых, окуляры взаимозаменяемы, и по этой причине увеличение не написано на телескопе, так как оно будет меняться с разными окулярами. Вместо этого на телескопе обычно написано f-число f = L / D телескопа, а также диаметр объектива D и фокусное расстояние L. На отдельных окулярах также написаны их фокусные расстояния.
Однако в случае бинокля два окуляра обычно прикреплены постоянно, а увеличение и диаметр объектива (в мм) обычно пишутся на бинокле в форме, например, 7×50. В этом случае выходной зрачок можно легко рассчитать как диаметр объектива, деленный на увеличение . Эти две формулы, конечно, эквивалентны, и вопрос только в том, с какой информации начинать, какую формулу использовать.
Фотография
Расстояние выходного зрачка от плоскости сенсора определяет диапазон углов падения , которые свет будет делать с сенсором. Цифровые датчики изображения часто имеют ограниченный диапазон углов, в которых они будут эффективно принимать свет, особенно те, которые используют микролинзы для повышения своей чувствительности. [6] Чем ближе выходной зрачок к фокальной плоскости, тем выше углы падения на крайних краях поля. Это может привести к виньетированию пикселей . По этой причине многие небольшие цифровые камеры (например, те, что используются в сотовых телефонах) являются телецентрическими в пространстве изображения , так что главные лучи попадают на датчик изображения при нормальном падении. [ необходима цитата ]
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab Hecht (1987), стр. 152.
- ^ "Старение глаз и размер зрачка". Архивировано из оригинала 2013-10-23 . Получено 2009-05-19 .
- ^ Факторы, влияющие на размер зрачка, адаптированного к свету, у здоровых людей
- ^ Ортис, Эстефан; Боуер, Кевин В.; Флинн, Патрик Дж. (2013). «Линейный регрессионный анализ эффектов возрастного расширения зрачка в биометрических показателях радужной оболочки глаза» (PDF) . 2013 IEEE Шестая международная конференция по биометрии: теория, приложения и системы (BTAS) . стр. 1–6. doi :10.1109/BTAS.2013.6712687. ISBN 978-1-4799-0527-0. S2CID 14118454. Архивировано из оригинала (PDF) 2014-10-06.
- ^ "Astronomics - Outdoor Scientific & Astronomical Gear". Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2016-10-05 .
- ^ Вишневски, Джозеф С. (6 декабря 2003 г.). "Часто задаваемые вопросы о цифровых объективах". Архивировано из оригинала 5 июля 2008 г. Получено 11 мая 2008 г.
- Грейвенкамп, Джон Э. (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Field Guides vol. FG01 . SPIE. ISBN 0-8194-5294-7.
- Хехт, Юджин (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 0-201-11609-X.
Внешние ссылки
- Краткое определение относительной яркости
