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相机光学
照相机的工作过程,概略地说是应用光学成象原理,通过照相镜头将被摄物体成象在
感光材料上。下面将粗略地介相机光学
照相机的工作过程,概略地说是应用光学成象原理,通过照相镜头将被摄物体成象在
感光材料上。下面将粗略地介绍摄影光学成象原理:人类对于光的本性的认识,光线的传
播及透镜成象原理。
人类对于光的本性的认识经历了漫长而又曲折的过程。在整个18世纪中,光的微粒流
理论在光学中仍占优势,人们普遍认为光是微小的粒子组成的,从点光源发出并以直线向
四面八方辐射。19世纪初,以杨氏(Young)和菲涅耳(Fresnel)的著作为代表逐步发展
成今天的波动光学体系。如今对光的本性认识是:光和实物一样,是物质的一种,它同时
具有波的性质和微粒(量子)的性质,但从整体来说,它既不是波,也不是微粒,也不是
它们的混合物。
从本质上,讲光和一般无线电波并无区别,光和电磁波一样是横波,即波的振动方向
与传播方向垂直。一个发光体就是电磁波的发射源,发光体发射的电磁波向周围空间传播,
和水波波动产生的波浪向四周传播相似。强度最大或最小的两点距离称为波长,用λ表示。
传播一个波长所需的时间称为周期,用T表示,一个周期就是一个质点完成一次振动所需
要的时间。1秒内振动的次数称为频率,用ν表示。经过1s振动传播的距离称为速度,用
“v”表示。波长、频率、周期和速度之间有如下关系:
v=λ/T,ν=1/T,v=λν
由此可见,光的波长与频率成反比。实际上光波只占整个电磁波波段的很小一部分,
见图1-2-1。
波长在400~700nm的电磁波能够为人眼所感觉,称为可见光,超过这个范围人眼就
感觉不到了。不同波长的可见光在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉,按照波长由长到短,
光的颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。不同波长的电磁波在真空中具有完全
相同的传播速度,数值是c=300,000km/s。
光既然是电磁波,研究光的传播问题,应该是一个波动传播问题,但是在设计照相机
镜头及其他光学仪器时,并不把光看作是电磁波,而是把光看作是能传播能量的几何线,
叫做光线。光源A发光就是向四周发出无数条几何线,这无数条具有方向的几何线就叫做
光线。这样在几何光学中研究光的传播问题,就变成了一个几何问题、数学问题,问题简
化多了。
下面叙述几何光学的几个基本定律——光线的传播规律:
(1)光的直线传播定律光在均匀介质中,是沿着直线传播的,即在均匀介质中光线为
一直线。光的直线传播现象在日常生活中随时随地可以见到,如物体被光照射而成影,小
孔成象等。光的直线传播引出了光线这个概念。
(2)光的独立传播定律光的传播是独立的,当不同光线从不同方向通过介质某一点时,
彼此互不影响。当两支光线会聚于空间某一点时,它的作用为简单的叠加。光线的这一性
质,使被拍摄物体各点的光互不影响地进入照相镜头,在成象面上成象。
(3)光的反射定律当光传播到两种不同介质的分界面时,就会改变传播方向,发生光
的反射。光的反射定律指出:
①入射光线、反射光线和分界面上光投射点的法线在同一平面内,人射光线与反射光
线分别位于法线的两侧。
②人射角和反射角相等。如图1-2-2所示,入射光线与法线N的夹角记为入射角,用i
表示;反射光线与法线N的夹角记为反射角,用α表示。则有i=α。光的反射现象还具有
可逆性,假如光线逆着原来反射光线方向入射到界面上,那么它将逆着原来入射光线的方
向反射出去。随着界面的不同,反射又可分为定向反射和漫反射。从一个方向入射到光亮、平整的
镜子上的光线,入射点都落到同一平面上,其反射都向着同一方向,如图1-2-3(a)所示,
则称为定向反射。当光从一个方向投射到粗糙表面上时(如毛玻璃面等),由于粗糙面可
以看成由许多角度不同的小平面组成,光线便从各个不同的方向反射出去,称为漫反射,
如图1-2-3(b)所示。但需注意在漫反射现象中,就每一条光线而言都还是遵循反射定律
的。
光的反射,在照相术中起着相当重要的作用。例如人本身并不发光,但当光线从各个
角度照射到人身上后,光线便可从各个角度有所反射。我们常利用反射光进行拍照,就是
遵循光的反射定律。象差对成象质量的影响
照相镜头的等级标准
照相机的基本组成部分
我们可以用一个简单的示意图来表示照相机的基本结构(图1-1-1)。一、镜头
图中镜头使景物成倒象聚焦在胶片上。为使不同位置的被摄物体成象清晰,除镜头
本身需要校正好象差外,还应使物距、象距保持共轭关系。为此,镜头应该能前后移动
进行调