Jednym z najważniejszych elementów urządzeń stosowanych w optyce, które służą do oświetlenia obiektów, wykonywania ich obrazów oraz pro­jekcji, są soczewki. Soczewki optyczne są na ogół elementami szklanymi o symetrii obrotowej, przy czym w sensie optycznym można wyróżnić tu sześć kształtów, które dzielą się na dwie grupy Oś obrotu jest równocześnie osią optyczną. Ze względów technologicznych zwykle obydwie powierzchnie graniczne są kuliste (sferyczne). co przy normalnych szkłach optycznych o współczynniku załamania światła n«1,5 daje f = 2r (tzn., że ogniskowa odpowiada w przybliżeniu dwu­krotnej średnicy kuli szklanej, z której wycięto soczewkę płasko-wypu-kłą). W przypadku soczewek symetrycznych (r, = r2 = r), przy takich sa­mych założeniach odnośnie współczynnika załamania światła, uzyskuje się j'« r Pod względem konstrukcyjnym soczewkę charakteryzują następujące pa­rametry: średnica D, grubość d oraz kształt. Natomiast ze względów op­tycznych dane te należy uzupełnić podając ponadto ogniskową f (lub zdol­ność skupienia światła) oraz otwór względny soczewki lub obiektywu l/k. Ogniskowa soczewki jest to odległość (ostrego) obrazu przedmiotu (np. Słońca, praktycznie jednak również chmur lub gór) nieskończenie oddalo­nego od głównego punktu obrazowego H', usytuowanego po tej stronie so­czewki, po której znajduje się obraz ( Wymaganą ogniskową można uzyskać, obliczając ją z następującego rów­nania: Na podstawie tych zależności możemy w przybliżeniu określić ogniskowe poszczególnych soczewek (np. soczewek kondensora). Promienie soczewek porównujemy z wyciętymi uprzednio szablonami kartonowymi (podobnie jak na - Punkty główne leżą na osi optycznej soczewki. Odległość tych punktów wy­nosi ok. 1/3 grubości soczewki (przy szkle o współczynniku załamania świa­tła n = 1,5), a ich miejsce zależy od kształtu soczewki . Dzielą one grubość soczewki na trzy prawie równe części w przypadku soczewek syme­trycznych natomiast soczewki o jednej powierzchni płaskiej , mają jeden punkt główny umiejscowiony na wierzchołku po­wierzchni wypukłej.Odwrotność otworu względnego Je = f/D nazywa się liczbą przysłony. Dobre obiektywy fotograficzne mają liczbę przysłony wynoszącą maksy­malnie 2,8, co odpowiada najmniejszej dającej się nastawić przysłonie (czyli największemu otworowi) danego obiektywu. Optyczny obraz przed­miotu uzyskuje się w ten sposób, że wszystkie promienie świetlne wy­chodzące z tzw. punktu przedmiotowego P, skupione są przez soczewkę zbierającą (lub też przez układ soczewek zbierających) po jej drugiej stronie w tzw. punkcie obrazu P' (. Całe światło wiązki biegnącej Ogniskowa [powiększona o połowę rozstawu punktów głównych —I jest średnią arytmetyczną wyliczoną z dwu pomiarów odległości ogniska ii i Xi od dowolnie wybranej krawędzi, wykonanych przy obracaniu obiektywu o 180°. Błąd dokonany przy tym pomiarze jest niewielki i można go pominąć. Do wyznaczenia ogniskowej zamiast Słońca można wykorzystać przedmiot znajdujący się bliżej (np. ramę okienną) pod warunkiem, że jego odległość większa jest od długości ogniskowej co najmniej 10 razy (błąd ok. 10'/*), lub w razie potrzeby 100 razy (błąd !'/•). Właściwość skupienia w ognisku soczewki równolegle biegnących pro­mieni światła jest podstawą wyprowadzenia konstrukcji optycznej Można ją wykonać za pomocą dwu promieni, które po przejściu przez ognisko obrazowe biegną dalej równolegle po obydwu stronach soczewki. Często przy konstruowaniu soczewek uwzględnia się punkt główny, który wprawdzie w przypadku soczewek idealnych tzn. nieskończenie cienkich można pominąć, ale przy soczewkach rzeczywistych trzeba go uwzględnić traktując jako równoległe przesunięcie, czyli płasko--równoległą płytkę o grubości równej odległości między dwoma punktami głównymi (obrazowym i przedmiotowym). Zależności pokazane na są matematycznym wyrażeniem opisanych stosunków; sformułowano je przez tzw. zasadę odwrotności w postaci pra­wa odwzorowań: Po podstawieniu c = b + g równanie to można przedstawić w następują­cej postaci lub też w postaci równania Newtona 1 P = (g-f)(b-f) Równanie to, po znalezieniu metodą wyżej opisaną ogniska obiektywu,omiędzy ogniskową i użytecznym kątem obrazu obiektywów fotograficznych wyjaśnia Należy zauważyć, że wyjaśnione wyżej warunki tworzenia obrazu (zasada odwrotności, równanie Newtona i wszystkie wynikające z nich zależności) obowiązują ściśle tylko dla promieni biegnących w pobliżu osi optycznej * dla światła monochromatycznego (to znaczy jednobarwnych promieni biegnących równolegle do osi) oraz dla soczewek nieskończenie cienkich. Ponieważ jednak praktycznie warunki te są niemożliwe do spełnienia, powstają pewne błędy optyczne (np. nieostrość, przerysowania), które w pewnych granicach można skompensować poprzez połączenie wielu so­czewek o różnym kształcie i różnych współczynnikach załamania światła, czyli przez tzw. układy korekcyjne. Pojedyncze soczewki stosuje się bar­dzo rzadko. Zespół soczewek o wspólnej osi optycznej ma właściwości zbliżone do jednej idealnej soczewki pojedynczej. Jego skuteczna ogniskowa (ogniskowa całego układu) zależy od ogniskowej poszczególnych soczewek (tzw. członów) i od odległości między tymi soczewkami. Ogniskową układu dwuczłonowego oblicza się ze wzoru: Obiektyw normalny szerokokątny na płaszczyźnie obiektywu w przypadku rzutników do przezroczy lub na nieskończenie oddalonej płaszczyźnie w przypadku reflektorów), dlatego i w odniesieniu do nich znajdują zastosowanie podstawy optyku Optyka układów odtwarzania obrazu i układów oświetleniowych musi być do siebie dopasowana. Na odtworzonym obrazie jakiegoś przedmiotu (np. przezrocza) znajdą się tylko te jego punkty, przez które przejdą promienie świetlne biegnące następnie przez otwór obiektywu. Odpowiednio duża i umieszczona za przezroczem powierzchnia świetlna (np. niebo w ciągu dnia, oświetlona od tyłu matówka itp.) gwarantuje wprawdzie każdemu filmie odpowiednią ilość światła o prawidłowym kierunku promieni, jednak wykorzystywana jest tylko ta jego część, która przechodzi przez obiektyw układu obrazowego (- 288). Zasada ta pozwala nam uzyskać równomiernie oświetlone obrazy o odpowiedniej jasności, co ma szczególne znaczenie w przypadku przeglądarek do przezroczy (ze względu na to, że mamy tu do czynienia z obrazem małym) lub też powiększalni­ków (z tego samego powodu oraz ze względu na wysoką czułość nowo­czesnych papierów do powiększeń). Jednak w przypadku projekcji z po­większalnika ze względu na znaczne wymiary obrazów i fakt obserwacji Często w układach soczewek stosuje się tzw. człony klejone. Są to soczewki podwójne złożone ze sobą powierzchniami o tej samej krzywiźnie, które skleja się za pomocą specjalnej przezroczystej masy (np. balsamu kana­dyjskiego), tak, by nie pozostała między nimi szczelina powietrzna (- 287). Połączenie to nie jest wystarczająco odporne na działanie wyż­szych temperatur. Zatem obiektywy zawierające człony klejone (np. w rzut­niku) nie powinny być poddawane zbyt dużym obciążeniom cieplnym. Oświetleniowe układy optyczne różnią się od układów powiększeniowych tym, że nie służą one bezpośrednio tworzeniu obrazu (projekcji, powięk­szaniu), lecz są przeznaczone do oświetlania przedmiotów, np. w celu rzu­towania ich obrazów. Ponieważ działanie układów oświetleniowych zawsze jest związane z odtwarzaniem źródła światła na jakiejś płaszczyźnie Na wszelki wypadek jednak D powinno być nieco większe (wówczas a > q>), ponieważ zmniejsza to znacznie niebezpieczeń­stwo wystąpienia cieni barwnych. Punktowe źródła światła praktycznie nie istnieją, można je zrealizować tylko w przybliżeniu. Przez odsunięcie elementu świetlnego na określoną odległość, w przypadku technicznego źródła światła (np. żarówki), otrzymuje się jego skończony obraz 1 związany z tym bardzo ważny 2 warunek. źródła światła; /?l — skala powiększenia przy obrazie źródła światła uzy­skanym za pomocą kondensora. Zgodnie z prawami tworzenia obrazu (tutaj obrazu źródła światła za po­mocą kondensora) ogniskowa kondensora jest to odległość przedmiotu (włók­na źródła światła) od głównego punktu kondensora znajdującego się po stronie lampy. Transformatory, które są dostępne w handlu, w niewielu tylko przypad­kach mają wymagane parametry. Poniżej podamy proste metody oblicze­niowe, dzięki którym samodzielnie można zbudować transformator. Obli­czenia te są ogólne i dają tylko wyniki przybliżone. Dokładniejsze oblicze­nia nie nadają się dla amatorów, ponieważ są bardzo skomplikowane. Jeżeli po nawinięciu transformatora stwierdzimy, że napięcia otrzymane przy pełnym obciążeniu odbiegają od założonych, wtedy poprzez zmniej­szenie lub zwiększenie ilości zwojów w uzwojeniu wtórnym, możemy uzy­skać wymaganą wartość napięcia. W większości przypadków dopuszczalne są nieduże odchylenia napięć wyjściowych. Wymaganą wielkość napięcia można uzyskać przewijając stare lub obecnie kupione transformatory radiowe. Po przerobieniu należy sprawdzić czy transformator może znosić określoną wielkość obciążenia. W tym. celu obliczamy moc wymaganą dla uzwojenia wtórnego, która jest iloczynem wielkości napięcia i prądu pobieranego przez jeden lub kilka odbiorników. Jest to więc suma wszystkich obciążeń pojedynczych, których wynik porównujemy z zawartymi w tabeli danymi dla określonego typu trans­formatora Przeróbkę transformatora zaczynamy od odwinięcia uzwojenia wtórnego, natomiast uzwojenie pierwotne (sieciowe) pozostawiamy bez zmian. W tym celu wskazane jest jednak wymontowanie rdzenia transformatora. Na pod­stawie danych napięciowych dla posiadanego transformatora stwierdzamy przy odwijaniu ile zwojów przypada na każdy wolt. Teraz z łatwością możemy określić, ile zwojów potrzeba dla wymaganego przez nas napięcia. Grubość drutu zależy od wielkości obciążenia prądowego i może być okreś­lona za pomocą wykresu podanego na Jeżeli do lampy projekcyjnej o parametrach 12 V/100 W potrzebny nam jest transformator wówczas z tablicy odczytujemy, że jest to transformator typu M102a. Odpowiedni typ o wymaganej wielkości można kupić jako element radiowy. Przy odwijaniu uzwojenia wtórnego (2X350 V, 2X6,3 V) otrzymuje się np. 2,8 zwoju/wolt. . /.-/