光学基础知识PPT课件
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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，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。
39
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。
40
wenku.baidu.com
球差、像散、慧差、场曲和畸变
41
球差
42
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平 行光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径 角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在 主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模 糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
37
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。
38
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。
光圈f/2.8 曝光时间1/125 s
25
光圈f/5.6 曝光时间1/30 s
26
光圈f/11 曝光时间1/8 s
27
光圈f/22 曝光时间1/2 s
28
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。
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、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。
33
SUCCESS
THANK YOU
2019/8/8
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
35
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。
36
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 折射率较高的PC做凹透镜，然后 将两者配合在一起使用。
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
光的三大定律 ——
直线传播定律、反射定律 和折射定律
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‘。
43
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
44
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
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
n1 sin i = n2 sin r
n1和n2分别表示两 种介质的折射率；
射角。
i为入射角，r为折
7
折射率为光在两种介质种的传播速度之比， 即
(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
光圈和快门速度
---------- 只改变镜头
24
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。
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
以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容 许弥散圆的的距离叫前景深，从焦点到远方容许 弥散圆的距离叫后景深。
18
19
景深的计算公式：
f——镜头焦距 镜头的拍摄光圈值
F ——
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)：
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，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。
39
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。
40
wenku.baidu.com
球差、像散、慧差、场曲和畸变
41
球差
42
由主轴上某一物点向光学系统发出的单色平 行光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径 角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在 主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模 糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
37
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。
38
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。
光圈f/2.8 曝光时间1/125 s
25
光圈f/5.6 曝光时间1/30 s
26
光圈f/11 曝光时间1/8 s
27
光圈f/22 曝光时间1/2 s
28
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。
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、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。
33
SUCCESS
THANK YOU
2019/8/8
红色光线的焦点比蓝色光线的焦点更远离镜片。
35
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。
36
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 折射率较高的PC做凹透镜，然后 将两者配合在一起使用。
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
光的三大定律 ——
直线传播定律、反射定律 和折射定律
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‘。
43
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
44
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
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
n1 sin i = n2 sin r
n1和n2分别表示两 种介质的折射率；
射角。
i为入射角，r为折
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折射率为光在两种介质种的传播速度之比， 即
(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
光圈和快门速度
---------- 只改变镜头
24
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。
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
以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容 许弥散圆的的距离叫前景深，从焦点到远方容许 弥散圆的距离叫后景深。
18
19
景深的计算公式：
f——镜头焦距 镜头的拍摄光圈值
F ——
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)：