光与光学第二章20120919s

1、0121600110Contents一、反射和折射定律一、反射和折射定律二、透镜，反射镜和成像二、透镜，反射镜和成像四、照相机四、照相机三、常用的光学器件，仪器和构造三、常用的光学器件，仪器和构造五、五、3D显示显示一. 反射和折射定律v1 光的直线传播定律v在均匀媒质中，光沿直线传播。PQv2 光的反射律物物观察者（接收器）观察者（接收器）平面镜平面镜挡板挡板ii 反射光在入射面内反射光在入射面内界面界面ii入射入射面面nv1、反射光在入射面内v2、反射角等于入射角光的反射定律光的反射定律v3、光的折射定律介质介质2介质介质1分界面分界面物物像像1i2i21sin/sinii只与两种介质有关

2、只与两种介质有关1i1i2i2211sinsininin折射光在入射面内折射光在入射面内Snell定律定律界面界面入射入射面面nv4、光路可逆原理v 光线如果沿原来反射和折射方向入射时，则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。面镜面镜 应用光的反射原理应用光的反射原理 平面鏡平面鏡 凸面鏡凸面鏡 凹面鏡凹面鏡二、透镜，面镜和成像二、透镜，面镜和成像透镜透镜 应用光的折射原理应用光的折射原理凸透鏡凸透鏡 凹透鏡凹透鏡面镜与透镜成像性质的归纳面镜与透镜成像性质的归纳平面镜平面镜正立虚像、与物等大，左右相反正立虚像、与物等大，左右相反物靠近面镜，像靠近面镜且大小不变物靠近面镜，像靠近面镜且大小不

3、变凹面镜凹面镜正立放大虚像正立放大虚像凸面镜凸面镜正立缩小虚像正立缩小虚像凸透镜凸透镜焦点外为倒立实像；物靠近透镜，像远离透镜且像逐焦点外为倒立实像；物靠近透镜，像远离透镜且像逐渐变大渐变大焦点内为正立虚像；物靠近透镜，像靠近透镜起逐渐焦点内为正立虚像；物靠近透镜，像靠近透镜起逐渐变小（仍为放大虚像）变小（仍为放大虚像）凹透镜凹透镜任何位置皆为正立缩小虚像；物靠近透镜，像靠近透镜任何位置皆为正立缩小虚像；物靠近透镜，像靠近透镜且逐渐便大（仍为缩小虚像）且逐渐便大（仍为缩小虚像）面镜与透镜的应用面镜与透镜的应用凸面镜凸面镜照后镜、旋转道路旁所架设的凸面镜照后镜、旋转道路旁所架设的凸面镜凹面镜凹面

4、镜手电筒的灯头、车前灯手电筒的灯头、车前灯平面镜平面镜万花筒、镜子等万花筒、镜子等凸透镜凸透镜凹透镜凹透镜投影机、放大镜、相机、望远镜、远投影机、放大镜、相机、望远镜、远视眼镜、电影放映机、显微镜视眼镜、电影放映机、显微镜近视眼镜近视眼镜成像成像v一物与像的虚实性一物与像的虚实性v1 同心光束 从同一点发出的或汇聚到同一点的光线束，称为同心光束。v2 光具组：若干反射面或折射面组成的光学系统。光轴：光具组的对称轴光轴：光具组的对称轴v3 实物与虚物，实像与虚像v发出同心光束的物点，为实物点；物方同心光束延长后汇聚所成的点，为虚物点。v同心光束汇聚在像方形成的点，为实像点；像方发散的同心光束反向

5、延长后汇聚的点，为虚像点。实物成实像实物成实像实物成虚像实物成虚像虚物成实像虚物成实像虚物成虚像虚物成虚像凸透镜成像凸透镜成像物体位置物体位置像的位置像的位置虚虚 像像或实像或实像正正 立立或倒立或倒立与物体的与物体的大小比较大小比较无穷远处无穷远处另一侧焦点上另一侧焦点上实实一点一点两倍焦距外两倍焦距外另一侧焦点与两倍焦另一侧焦点与两倍焦距间距间实实倒倒小小两倍焦距上两倍焦距上另一侧两倍焦距上另一侧两倍焦距上实实倒倒等等焦点与两位焦距间焦点与两位焦距间另一侧两倍焦距外另一侧两倍焦距外实实倒倒大大焦点上焦点上无法成像无法成像焦距内焦距内与物同侧与物同侧虚虚正正大大三、常用的光学器件，仪器和构造

6、三、常用的光学器件，仪器和构造v1偏转棱镜 )()()()(22112121iiiiiiii22ii11ii2i2i1i1i11ii22ii21sinsinini 21sinsiniin2sin2sinm偏转角偏转角有最小偏转角有最小偏转角 光光 学学 器器 件件2、全反射棱镜与光纤、全反射棱镜与光纤v光线从光密介质射向光疏介质1i1i2i1n2n2211sinsininin22i121/sinnniC全反射临界角全反射临界角（内反射）（内反射）)/arcsin(121nniC12nn 12ii 全反射棱镜全反射棱镜倒转棱镜倒转棱镜屋脊形五棱镜屋脊形五棱镜5 .675 .67光纤光纤单根光线不

7、能传输图像单根光线不能传输图像依靠集束光线传依靠集束光线传输图像输图像波罗组合棱镜波罗组合棱镜常见光学仪器与结构常见光学仪器与结构 人眼构造人眼构造常见光学仪器与结构常见光学仪器与结构视力矫正视力矫正v近视矫正v远视矫正 显微镜显微镜1.开普勒望远镜（开普勒望远镜（Kepler telescope） 望远镜望远镜2伽俐略望远镜伽俐略望远镜 发散透镜作目镜，发散透镜作目镜，会聚透镜作物镜，会聚透镜作物镜，物镜的像方焦点物镜的像方焦点和目镜的物方焦和目镜的物方焦点重合。点重合。 结构结构 远物远物Q射来的平行光束，经物镜会聚后，射来的平行光束，经物镜会聚后，光路光路 QQQ原来应成实像于原来应成实

8、像于Q, 这对于目镜来说应作虚物，这对于目镜来说应作虚物，最后成正立像最后成正立像P”Q”于无穷远处。于无穷远处。 3反射式望远镜反射式望远镜 结构结构 大型天文望远镜的大型天文望远镜的物镜是用孔径大的反射物镜是用孔径大的反射镜制成的。镜制成的。 特点特点 消色差，校正球差。消色差，校正球差。 马克苏托夫马克苏托夫卡塞格林望远镜卡塞格林望远镜4激光扩束器激光扩束器 四、照相机四、照相机单镜头反光照相机（SLR)旁轴取景器式照相机旁轴取景器式照相机 箱式照相机箱式照相机单反照相机单反照相机旁轴取景器式照相机旁轴取景器式照相机旁轴与单反的区别旁轴与单反的区别1、旁轴和单反相比没有反光镜，这样一是减

9、少了相机的厚、旁轴和单反相比没有反光镜，这样一是减少了相机的厚度，二是减轻了机震，三是可以使用镜间快门实现闪光全同度，二是减轻了机震，三是可以使用镜间快门实现闪光全同步。步。 2、旁轴相机由于对焦基线的原因和没有反光镜的限制，、旁轴相机由于对焦基线的原因和没有反光镜的限制，一般广角镜头可以做得非常贴近底片，结构和成像也比单反一般广角镜头可以做得非常贴近底片，结构和成像也比单反的要好。所以短、标焦距是它的强项，长焦几乎是虚设。而的要好。所以短、标焦距是它的强项，长焦几乎是虚设。而单反的优势是焦段覆盖广，在长焦和微距有旁轴无可比拟的单反的优势是焦段覆盖广，在长焦和微距有旁轴无可比拟的优势。优势。

10、3、旁轴有视差，而单反是所见必所得。旁轴是想好了拍，、旁轴有视差，而单反是所见必所得。旁轴是想好了拍，单反是看准了拍。单反是看准了拍。P48数码单反相机的构造数码单反相机的构造快门单元快门单元影像处理器影像处理器图像感应器图像感应器镜头（可更换镜头）镜头（可更换镜头）反光镜反光镜 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD 底片底片镜镜头头毛玻璃毛玻璃反光板反光板五棱镜五棱镜P50 按下快门按钮前按下快门按钮前的状态的状态 按下快门按钮后按下快门按钮后的状态的状态摄影的原理摄影的原理五棱镜五棱镜快门单元快门单元图像感应器图像感应器取景器取景器反光镜反光镜 2

11、008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v镜头是影像质量的最大关键，为有良好的镜头，才能拍出画面清楚画面清楚、色彩饱和色彩饱和的照片。照相机的镜头照相机的镜头P52镜头的结构镜头的结构对焦环对焦环变焦环变焦环透镜透镜距离刻度距离刻度光圈叶片光圈叶片 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。v焦距： 当光线以接近平行的方通过一片镜片，会在镜片后方聚集成一点，称为焦点焦点；镜片中心点与焦点的距离则称为焦距焦距。焦距是指从镜头的光学中心到

12、成像面（焦点）的距离。此距离越长，则越能将远方的物体放大成像；此距离越短，则越能够拍摄更宽广的范围镜片中心镜片中心焦距焦距图像感应器图像感应器 2008 Impress Technology Beijing Co.,LTD v广角：广角是镜头可以拍摄范围的角度，当镜镜头焦距越短，头焦距越短，广广角越大角越大，取景画面就能容纳更多的景物；镜头焦距越长则镜头焦距越长则广广角越小角越小，画面中可容纳的景物就少。v不同焦距的画角：v镜头口径：一般镜头上都会标一个数字，例如52mm、58mm、67mm等，指的是镜头前方的口径大小，主要是在为镜头加装滤镜时的依据。v有效口径：镜头口径与镜头光圈大小并无直接

13、关系。真正与光圈值有关的是有效口径。有效口径决定了镜头的最大进光量，也就决定了镜头的最大光圈值。 光圈值镜头焦距有效口径光圈值镜头焦距有效口径v有效口径：v光圈变焦镜的光圈分成两种，恒定光圈恒定光圈与非非恒定光圈恒定光圈。两者的差异在于非恒定光圈的最大光圈最大光圈会随着焦距改变随着焦距改变，非恒定光圈则否。光圈叶片的功能光圈叶片的功能光圈由多枚叶片构成，通过类似于瞳孔的放大缩小动作来控制图光圈由多枚叶片构成，通过类似于瞳孔的放大缩小动作来控制图像感应器的受光量。同时光圈还具有调整虚化效果及锐度的功能像感应器的受光量。同时光圈还具有调整虚化效果及锐度的功能光圈叶片打开时光圈叶片打开时的状态的状态

14、光圈叶片关闭光圈叶片关闭时的状态时的状态通过光量减通过光量减少少大量光线通过大量光线通过v放大倍率：是指镜头在最近对焦距离下最近对焦距离下，拍摄物体大小与感光组件上成像大小的比率，如标示1:4则代表感光组件上的成像大小只有实物的1/4；若标示1:1就表示在最近对焦距离下，感光组件上的成像大小，就会与实物一样大。曝光曝光v是指光线通过镜头到达感光组件，使感光组件感光进而产生影像的过程。曝光控制则是在控制控制进入感光组件的光量多寡光量多寡，通常称为曝光量曝光量。精确的曝光是获得良好的影像的关键之一。v控制曝光的机制： 由以上的介绍可以发现，快门快门、光圈光圈以及ISO是决定控制曝光的三大元素。光圈

15、控制单位时间光线通过的量光线通过的量；快门控制曝光曝光的时间的时间；ISO则控制感光组件对于光线的灵灵敏度敏度，ISO越高感光组件越灵敏。回回Outlinev快门是控制曝光量的机制之一。除了控制曝光时间外，快门的另一个功能就是表现影像静态或动态的视觉效果影像静态或动态的视觉效果。v高速快门有冻结冻结动态影像的效果v慢速快门拍摄 移动中的物体 ，可表现出动动 态效果态效果v快门的构造与原理：快门的构造大致可分成帘幕式快门帘幕式快门、镜镜头快门头快门以及电子快门电子快门三种。一般相机通常是使用帘幕式快门，录像机通常则是使用电子快门。镜头快门由于是装置在镜头上，因此每个镜头都需要装一个快门，成本过高，因此很少被使用。v帘幕式快门 装置在感光组件之前，分成前帘前帘与后帘后帘，前帘负责打开快门让感光组件曝光感光组件曝光，后帘则是负责关闭快门，结束感光动作结束感光动作。快门时间即为前后帘动作的时间差。v电子快门电子快门以导通的方式让感光组件进行感光，再以断电的方式结束曝光。导通时导通时间间即为快门时间。v安全快门： 是指手持摄影机拍摄手持摄影机拍摄时，快门速度应高快门速度应高于镜头焦距的数字于镜头焦距的数字，否则可能会造成相机震动，影响成像质量。例如使用50mm的镜头，则手持拍摄时的安全快门速度至少要1/60秒；若使用105mm的镜头，则快门速度至少要1/125秒。回回