光與光學第二章20120919s

1、0121600110Contents一、反射和折射定律一、反射和折射定律二、透鏡，反射鏡和成像二、透鏡，反射鏡和成像四、照相機四、照相機三、常用的光學器件，儀器和構(gòu)造三、常用的光學器件，儀器和構(gòu)造五、五、3D顯示顯示一. 反射和折射定律v1 光的直線傳播定律v在均勻媒質(zhì)中，光沿直線傳播。PQv2 光的反射律物物觀察者（接收器）觀察者（接收器）平面鏡平面鏡擋板擋板ii 反射光在入射面內(nèi)反射光在入射面內(nèi)界面界面ii入射入射面面nv1、反射光在入射面內(nèi)v2、反射角等于入射角光的反射定律光的反射定律v3、光的折射定律介質(zhì)介質(zhì)2介質(zhì)介質(zhì)1分界面分界面物物像像1i2i21sin/sinii只與兩種介質(zhì)有關(guān)

2、只與兩種介質(zhì)有關(guān)1i1i2i2211sinsininin折射光在入射面內(nèi)折射光在入射面內(nèi)Snell定律定律界面界面入射入射面面nv4、光路可逆原理v 光線如果沿原來反射和折射方向入射時，則相應(yīng)的反射和折射光將沿原來的入射光的方向。面鏡面鏡 應(yīng)用光的反射原理應(yīng)用光的反射原理 平面鏡平面鏡 凸面鏡凸面鏡 凹面鏡凹面鏡二、透鏡，面鏡和成像二、透鏡，面鏡和成像透鏡透鏡 應(yīng)用光的折射原理應(yīng)用光的折射原理凸透鏡凸透鏡 凹透鏡凹透鏡面鏡與透鏡成像性質(zhì)的歸納面鏡與透鏡成像性質(zhì)的歸納平面鏡平面鏡正立虛像、與物等大，左右相反正立虛像、與物等大，左右相反物靠近面鏡，像靠近面鏡且大小不變物靠近面鏡，像靠近面鏡且大小不

3、變凹面鏡凹面鏡正立放大虛像正立放大虛像凸面鏡凸面鏡正立縮小虛像正立縮小虛像凸透鏡凸透鏡焦點外為倒立實像；物靠近透鏡，像遠離透鏡且像逐焦點外為倒立實像；物靠近透鏡，像遠離透鏡且像逐漸變大漸變大焦點內(nèi)為正立虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡起逐漸焦點內(nèi)為正立虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡起逐漸變小（仍為放大虛像）變?。ㄈ詾榉糯筇撓瘢┌纪哥R凹透鏡任何位置皆為正立縮小虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡任何位置皆為正立縮小虛像；物靠近透鏡，像靠近透鏡且逐漸便大（仍為縮小虛像）且逐漸便大（仍為縮小虛像）面鏡與透鏡的應(yīng)用面鏡與透鏡的應(yīng)用凸面鏡凸面鏡照后鏡、旋轉(zhuǎn)道路旁所架設(shè)的凸面鏡照后鏡、旋轉(zhuǎn)道路旁所架設(shè)的凸面鏡凹面鏡凹面

4、鏡手電筒的燈頭、車前燈手電筒的燈頭、車前燈平面鏡平面鏡萬花筒、鏡子等萬花筒、鏡子等凸透鏡凸透鏡凹透鏡凹透鏡投影機、放大鏡、相機、望遠鏡、遠投影機、放大鏡、相機、望遠鏡、遠視眼鏡、電影放映機、顯微鏡視眼鏡、電影放映機、顯微鏡近視眼鏡近視眼鏡成像成像v一物與像的虛實性一物與像的虛實性v1 同心光束 從同一點發(fā)出的或匯聚到同一點的光線束，稱為同心光束。v2 光具組：若干反射面或折射面組成的光學系統(tǒng)。光軸：光具組的對稱軸光軸：光具組的對稱軸v3 實物與虛物，實像與虛像v發(fā)出同心光束的物點，為實物點；物方同心光束延長后匯聚所成的點，為虛物點。v同心光束匯聚在像方形成的點，為實像點；像方發(fā)散的同心光束反向

5、延長后匯聚的點，為虛像點。實物成實像實物成實像實物成虛像實物成虛像虛物成實像虛物成實像虛物成虛像虛物成虛像凸透鏡成像凸透鏡成像物體位置物體位置像的位置像的位置虛虛 像像或?qū)嵪窕驅(qū)嵪裾?立立或倒立或倒立與物體的與物體的大小比較大小比較無窮遠處無窮遠處另一側(cè)焦點上另一側(cè)焦點上實實一點一點兩倍焦距外兩倍焦距外另一側(cè)焦點與兩倍焦另一側(cè)焦點與兩倍焦距間距間實實倒倒小小兩倍焦距上兩倍焦距上另一側(cè)兩倍焦距上另一側(cè)兩倍焦距上實實倒倒等等焦點與兩位焦距間焦點與兩位焦距間另一側(cè)兩倍焦距外另一側(cè)兩倍焦距外實實倒倒大大焦點上焦點上無法成像無法成像焦距內(nèi)焦距內(nèi)與物同側(cè)與物同側(cè)虛虛正正大大三、常用的光學器件，儀器和構(gòu)造

6、三、常用的光學器件，儀器和構(gòu)造v1偏轉(zhuǎn)棱鏡 )()()()(22112121iiiiiiii22ii11ii2i2i1i1i11ii22ii21sinsinini 21sinsiniin2sin2sinm偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角有最小偏轉(zhuǎn)角有最小偏轉(zhuǎn)角 光光 學學 器器 件件2、全反射棱鏡與光纖、全反射棱鏡與光纖v光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)1i1i2i1n2n2211sinsininin22i121/sinnniC全反射臨界角全反射臨界角（內(nèi)反射）（內(nèi)反射）)/arcsin(121nniC12nn 12ii 全反射棱鏡全反射棱鏡倒轉(zhuǎn)棱鏡倒轉(zhuǎn)棱鏡屋脊形五棱鏡屋脊形五棱鏡5 .675 .67光纖光纖單根光線不

7、能傳輸圖像單根光線不能傳輸圖像依靠集束光線傳依靠集束光線傳輸圖像輸圖像波羅組合棱鏡波羅組合棱鏡常見光學儀器與結(jié)構(gòu)常見光學儀器與結(jié)構(gòu) 人眼構(gòu)造人眼構(gòu)造常見光學儀器與結(jié)構(gòu)常見光學儀器與結(jié)構(gòu)視力矯正視力矯正v近視矯正v遠視矯正 顯微鏡顯微鏡1.開普勒望遠鏡（開普勒望遠鏡（Kepler telescope） 望遠鏡望遠鏡2伽俐略望遠鏡伽俐略望遠鏡 發(fā)散透鏡作目鏡，發(fā)散透鏡作目鏡，會聚透鏡作物鏡，會聚透鏡作物鏡，物鏡的像方焦點物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦和目鏡的物方焦點重合。點重合。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 遠物遠物Q射來的平行光束，經(jīng)物鏡會聚后，射來的平行光束，經(jīng)物鏡會聚后，光路光路 QQQ原來應(yīng)成實像于原來應(yīng)成實

8、像于Q, 這對于目鏡來說應(yīng)作虛物，這對于目鏡來說應(yīng)作虛物，最后成正立像最后成正立像P”Q”于無窮遠處。于無窮遠處。 3反射式望遠鏡反射式望遠鏡 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 大型天文望遠鏡的大型天文望遠鏡的物鏡是用孔徑大的反射物鏡是用孔徑大的反射鏡制成的。鏡制成的。 特點特點 消色差，校正球差。消色差，校正球差。 馬克蘇托夫馬克蘇托夫卡塞格林望遠鏡卡塞格林望遠鏡4激光擴束器激光擴束器 四、照相機四、照相機單鏡頭反光照相機（SLR)旁軸取景器式照相機旁軸取景器式照相機 箱式照相機箱式照相機單反照相機單反照相機旁軸取景器式照相機旁軸取景器式照相機旁軸與單反的區(qū)別旁軸與單反的區(qū)別1、旁軸和單反相比沒有反光鏡，這樣一是減

9、少了相機的厚、旁軸和單反相比沒有反光鏡，這樣一是減少了相機的厚度，二是減輕了機震，三是可以使用鏡間快門實現(xiàn)閃光全同度，二是減輕了機震，三是可以使用鏡間快門實現(xiàn)閃光全同步。步。 2、旁軸相機由于對焦基線的原因和沒有反光鏡的限制，、旁軸相機由于對焦基線的原因和沒有反光鏡的限制，一般廣角鏡頭可以做得非常貼近底片，結(jié)構(gòu)和成像也比單反一般廣角鏡頭可以做得非常貼近底片，結(jié)構(gòu)和成像也比單反的要好。所以短、標焦距是它的強項，長焦幾乎是虛設(shè)。而的要好。所以短、標焦距是它的強項，長焦幾乎是虛設(shè)。而單反的優(yōu)勢是焦段覆蓋廣，在長焦和微距有旁軸無可比擬的單反的優(yōu)勢是焦段覆蓋廣，在長焦和微距有旁軸無可比擬的優(yōu)勢。優(yōu)勢。

10、3、旁軸有視差，而單反是所見必所得。旁軸是想好了拍，、旁軸有視差，而單反是所見必所得。旁軸是想好了拍，單反是看準了拍。單反是看準了拍。P48數(shù)碼單反相機的構(gòu)造數(shù)碼單反相機的構(gòu)造快門單元快門單元影像處理器影像處理器圖像感應(yīng)器圖像感應(yīng)器鏡頭（可更換鏡頭）鏡頭（可更換鏡頭）反光鏡反光鏡 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD 底片底片鏡鏡頭頭毛玻璃毛玻璃反光板反光板五棱鏡五棱鏡P50 按下快門按鈕前按下快門按鈕前的狀態(tài)的狀態(tài) 按下快門按鈕后按下快門按鈕后的狀態(tài)的狀態(tài)攝影的原理攝影的原理五棱鏡五棱鏡快門單元快門單元圖像感應(yīng)器圖像感應(yīng)器取景器取景器反光鏡反光鏡 2

11、008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v鏡頭是影像質(zhì)量的最大關(guān)鍵，為有良好的鏡頭，才能拍出畫面清楚畫面清楚、色彩飽和色彩飽和的照片。照相機的鏡頭照相機的鏡頭P52鏡頭的結(jié)構(gòu)鏡頭的結(jié)構(gòu)對焦環(huán)對焦環(huán)變焦環(huán)變焦環(huán)透鏡透鏡距離刻度距離刻度光圈葉片光圈葉片 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v為了獲得高質(zhì)量的影像，鏡頭通常由多組球面透鏡構(gòu)成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。v焦距： 當光線以接近平行的方通過一片鏡片，會在鏡片后方聚集成一點，稱為焦點焦點；鏡片中心點與焦點的距離則稱為焦距焦距。焦距是指從鏡頭的光學中心到

12、成像面（焦點）的距離。此距離越長，則越能將遠方的物體放大成像；此距離越短，則越能夠拍攝更寬廣的范圍鏡片中心鏡片中心焦距焦距圖像感應(yīng)器圖像感應(yīng)器 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v廣角：廣角是鏡頭可以拍攝范圍的角度，當鏡鏡頭焦距越短，頭焦距越短，廣廣角越大角越大，取景畫面就能容納更多的景物；鏡頭焦距越長則鏡頭焦距越長則廣廣角越小角越小，畫面中可容納的景物就少。v不同焦距的畫角：v鏡頭口徑：一般鏡頭上都會標一個數(shù)字，例如52mm、58mm、67mm等，指的是鏡頭前方的口徑大小，主要是在為鏡頭加裝濾鏡時的依據(jù)。v有效口徑：鏡頭口徑與鏡頭光圈大小并無直接

13、關(guān)系。真正與光圈值有關(guān)的是有效口徑。有效口徑?jīng)Q定了鏡頭的最大進光量，也就決定了鏡頭的最大光圈值。 光圈值鏡頭焦距有效口徑光圈值鏡頭焦距有效口徑v有效口徑：v光圈變焦鏡的光圈分成兩種，恒定光圈恒定光圈與非非恒定光圈恒定光圈。兩者的差異在于非恒定光圈的最大光圈最大光圈會隨著焦距改變隨著焦距改變，非恒定光圈則否。光圈葉片的功能光圈葉片的功能光圈由多枚葉片構(gòu)成，通過類似于瞳孔的放大縮小動作來控制圖光圈由多枚葉片構(gòu)成，通過類似于瞳孔的放大縮小動作來控制圖像感應(yīng)器的受光量。同時光圈還具有調(diào)整虛化效果及銳度的功能像感應(yīng)器的受光量。同時光圈還具有調(diào)整虛化效果及銳度的功能光圈葉片打開時光圈葉片打開時的狀態(tài)的狀態(tài)

14、光圈葉片關(guān)閉光圈葉片關(guān)閉時的狀態(tài)時的狀態(tài)通過光量減通過光量減少少大量光線通過大量光線通過v放大倍率：是指鏡頭在最近對焦距離下最近對焦距離下，拍攝物體大小與感光組件上成像大小的比率，如標示1:4則代表感光組件上的成像大小只有實物的1/4；若標示1:1就表示在最近對焦距離下，感光組件上的成像大小，就會與實物一樣大。曝光曝光v是指光線通過鏡頭到達感光組件，使感光組件感光進而產(chǎn)生影像的過程。曝光控制則是在控制控制進入感光組件的光量多寡光量多寡，通常稱為曝光量曝光量。精確的曝光是獲得良好的影像的關(guān)鍵之一。v控制曝光的機制： 由以上的介紹可以發(fā)現(xiàn)，快門快門、光圈光圈以及ISO是決定控制曝光的三大元素。光圈

15、控制單位時間光線通過的量光線通過的量；快門控制曝光曝光的時間的時間；ISO則控制感光組件對于光線的靈靈敏度敏度，ISO越高感光組件越靈敏?；鼗豋utlinev快門是控制曝光量的機制之一。除了控制曝光時間外，快門的另一個功能就是表現(xiàn)影像靜態(tài)或動態(tài)的視覺效果影像靜態(tài)或動態(tài)的視覺效果。v高速快門有凍結(jié)凍結(jié)動態(tài)影像的效果v慢速快門拍攝 移動中的物體 ，可表現(xiàn)出動動 態(tài)效果態(tài)效果v快門的構(gòu)造與原理：快門的構(gòu)造大致可分成簾幕式快門簾幕式快門、鏡鏡頭快門頭快門以及電子快門電子快門三種。一般相機通常是使用簾幕式快門，錄像機通常則是使用電子快門。鏡頭快門由于是裝置在鏡頭上，因此每個鏡頭都需要裝一個快門，成本過高，因此很少被使用。v簾幕式快門 裝置在感光組件之前，分成前簾前簾與后簾后簾，前簾負責打開快門讓感光組件曝光感光組件曝光，后簾則是負責關(guān)閉快門，結(jié)束感光動作結(jié)束感光動作?？扉T時間即為前后簾動作的時間差。v電子快門電子快門以導通的方式讓感光組件進行感光，再以斷電的方式結(jié)束曝光。導通時導通時間間即為快門時間。v安全快門： 是指手持攝影機拍攝手持攝影機拍攝時，快門速度應(yīng)高快門速度應(yīng)高于鏡頭焦距的數(shù)字于鏡頭焦距的數(shù)字，否則可能會造成相機震動，影響成像質(zhì)量。例如使用50mm的鏡頭，則手持拍攝時的安全快門速度至少要1/60秒；若使用105mm的鏡頭，則快門速度至少要1/125秒?；鼗?/p>