光学基础知识资料讲解.ppt

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1、基本光学知识1内容：1、光的三大定律2、光学元件和透镜成像规律3、焦点、弥散圆和景深4、色散现象和色像差5、球差、像散、慧差、场曲和畸变6、人的眼睛2直线传播定律、反射定律和折射定律光的三大定律——3■光的直线传播定律光在均匀介质中沿直线传播。4■光的反射定律反射角等于入射角，i=i‘。5对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。6■光的折射定律n1sini=n2sinrn1和n2分别表示两种介质的折射率；i为入射角，r为折射角。7折射率为光在两种

2、介质种的传播速度之比，即n2/n1=v1/v2一种介质的绝对折射率为n=c/v式中c是真空中光的速度，v为该介质中光的速度。8光学元件和透镜成像规律9■正透镜（凸透镜）镜片中心比边缘厚，起聚光作用。10■负透镜（凹透镜）镜片中心比边缘薄，起发散作用。11■反光镜12■透镜成像规律13焦点、弥散圆和景深14与光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后，再以锥状的扩散开来，这个聚集所有光线的一点，就叫做焦点。15在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。16人的肉眼所感受到的影像与放大倍率

3、、投影距离及观看距离有很大的关系，如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影像产生的模糊是不能辨认的。这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆。35mm照相镜头的容许弥散圆，大约是底片对角线长度的1/1000~1/1500左右。前提是画面放大为5x7英寸的照片，观察距离为25~30cm。17在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体(对焦点)前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。换言之，被摄体的前后纵深，呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内。以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容许弥散圆的的距

4、离叫前景深，从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。1819景深的计算公式：f——镜头焦距F——镜头的拍摄光圈值从公式(1)和(2)可以看出，后景深>前景深。20景深的经验公式：21景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及容许弥散圆的大小有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变)：(1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；(2)、镜头焦距镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；(3)、拍摄距离距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。22光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；23景深的实际拍摄照片----------只

5、改变镜头光圈和快门速度24光圈f/2.8曝光时间1/125s25光圈f/5.6曝光时间1/30s26光圈f/11曝光时间1/8s27光圈f/22曝光时间1/2s28色散现象和色像差29白光中人眼可以感受到的可见光的波长为400nm(紫色)~700nm(红色)。当白光通过三棱境时，我们可以观察到彩虹光谱。不同波长的光的折射率不同而引起的彩虹光谱称之为色散现象。30在光学镜头中，这种起因于不同波长的光造成的像差，我们称为色像差。色像差分成轴向色像差和倍率色像差两种。31轴向色像差：指的是光轴上的位置，因波长不同产生不同颜色有不同焦点的现象。由于不同色光焦距不同

6、，物点不能很好的聚焦成一个完美的像点，所以成像模糊。32倍率色像差：指由于不同色光焦距不同，所以放大率不同，引起的映像倍率改变，画面边缘部分明暗交界处会有彩虹的边缘。33红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。34轴向色像差涉及到成像的焦点距离，引起色彩产生松散或光斑；倍率色像差别则涉及到成像的大小，在画面周围引起色彩错开，形成扩散的彩色条纹，如镶边现象。35消除色差的常用办法之一是采用不同色散材料的光学元件来组成镜头，用其中的一种光学元件的正色散来抵消另一种光学元件所产生的负色差。例如我们公司望远镜的消色差镜，利用折射率较低的PMMA做凸透镜，利用折射

7、率较高的PC做凹透镜，然后将两者配合在一起使用。36双胶合镜中间波长焦距较短、长波和短波光线焦距较长。通过合理的选择镜片球面曲率、双胶合镜的材料，可以使蓝光、红光焦距恰好相等，这就基本消除了色差。37只对两种有色光校正色差的，称为稳定的消色差镜头；若对三种有色光同时校正色差的称为复消色差镜头；而对四种有色光校正色差的则称为超消色差镜头。38双胶合镜的消色差作用对于焦距较长(如300mm以上)的镜头效果会不理想，因为镜头焦距愈长，由色散而引起的色差也就愈严重。对于长焦镜头，更常用的办法是采用特殊色散或超低色散玻璃来制作光学元件。39球差、像散、慧差、场曲和畸

8、变40球差41由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平行光束，经该光