文档介绍：第三章光学仪器
目视仪器
§1 眼睛
眼睛的主要部分是晶状体,它的曲率通过睫状肌来调节。
正常视力的眼睛,当睫状肌完全松弛的时候,无穷远处的物体成像在视网膜上。为了观察较近的物体,睫状肌压缩晶状体,使它的曲率增大,焦距缩短,因而眼睛有调焦的能力。
眼睛睫状肌完全松弛和最紧张时所能清晰看到的点,分别称为调焦范围的远点和近点。一般人眼对相距25cm处的物体看得是最舒适的,这个距离称为明视距离。
人眼的结构非常复杂,为了讨论问题的简便,常把人眼简化为一个单球面折射系统,如图所示。
简化眼
n =
n =
R =
R =
n =
n =
R =
R =
折射面的曲率半径
像方介质的折射率
网膜的曲率半径
物方焦距
像方焦距
光焦度
mm
-
mm
简化眼
眼睛简化成一个折射球面的模型,即简化眼
(a) 近视眼的矫正
(b) 远视眼的矫正
对于近视眼,当睫状肌完全松弛时,无穷远处的物体成像在视网膜之前,它的远点在有限远的位置。矫正的方法是戴凹透镜的眼镜,凹透镜的作用是将无穷远处的物体先成一虚像在近视眼的远点处,然后由晶状体成像在视网膜上,如图(a)所示。
对于远视眼,无穷远处的物体成像在视网膜之后,它的近点一般离眼较近。矫正的方法是戴凸透镜的眼镜,凸透镜的作用是近点以内一定范围的物体先成一虚像在近点处,然后由晶状体成像在视网膜上,如图(b)所示。
§2 照相机
照相机的光学原理就是利用会聚透镜形成实像。如图所示,将拍摄物体成像在照相胶片上,照相机主要有以下几部分:
照相机原理图
感光
材料
快门
镜头
光圈
(1) 照相物镜,俗称镜头,它使物体产生清晰的像。
(2) 光圈,它是在镜头中的可变孔径光阑,控制成像的光照度和改变空间成像的景深。
(3) 快门,用它的打开时间的长短来控制照射在感光材料上的光通量,以形成清晰的像。
为了尽可能拍摄较广阔的外界景物,镜头必须有较广阔的视场,通常照相机的视场角为50~60,某些特殊的广角镜头可达120。
镜头的结构种类很多,可是就整体而言,仍然是一个会聚透镜系统,焦距是镜头的一个重要参数,在相同物距的条件下,物镜的焦距愈大所成的像也愈大,所以,物镜的焦距决定了拍摄时物像的整个比例。
感光
材料
快门
镜头
光圈
物镜的孔径D与焦距 f 的比值称为相对孔径,它决定成像面的照度和景深。
由于大部分镜头的孔径总比焦距小,所以通常采用 1:f/D 来表示,如1:, 1:, 1:。
对于一定亮度的物体,物镜所成像的光照度与相对孔径 D/f 的平方成正比。所以相对孔径为 1: 的物镜,其像面上的光照度比相对孔径为 1: 的物镜的光照度高一倍。
感光
材料
快门
镜头
光圈
虽然理论上只有与胶片共轭的平面上的景物才能清晰成像于胶片上,但人眼或接收器对像的清晰度的分辨本领有限,就存在一定的物距范围内的物点所成的像都认为是清晰的,这一定的物距范围称为景深。景深与光圈、焦距和物距有关。如光圈直径越小,景深越大;焦距越短,景深越大;被摄景物越远,景深越大。
快门是控制光线进入物镜时间长短的一种装置,一般安装在镜头组中间。快门打开后,光线才能照射到胶片上,称为曝光。照相时,曝光时间与光圈大小恰当地配合使用。
感光
材料
快门
镜头
光圈
数码相机与传统照相机的主要差别是像的接收方式不同。D(电荷耦合半导体器件)D将景物的光信号转化成电信号;然后将数据传输到模拟电子信号处理器上,转换成电脑能识别的数码信号,通过数码压缩处理后储存在闪烁式电子芯片上,最后经过各种运算转换为图像的数码文件,供后期处理使用。
感光
材料
快门
镜头
光圈