照相機(jī)的工作過(guò)程,概略地說(shuō)是應(yīng)用光學(xué)成像原理,通過(guò)照相鏡頭將被攝物體成像在感光材料上。下面將粗略地介紹攝影光學(xué)成像原理:人類對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí),光線的傳播及透鏡成像原理。
7Rq|N$y.3 78MQoG< 人類對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而又曲折的過(guò)程。在整個(gè)18世紀(jì)中,光的微粒流理論在光學(xué)中仍占優(yōu)勢(shì),人們普遍認(rèn)為光是微小的粒子組成的,從點(diǎn)光源發(fā)出并以直線向四面八方輻射。19世紀(jì)初,以楊氏(Young)和菲涅耳(Fresnel)的著作為代表逐步發(fā)展成今天的波動(dòng)光學(xué)體系。如今對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)是:光和實(shí)物一樣,是物質(zhì)的一種,它同時(shí)具有波的性質(zhì)和微粒(量子)的性質(zhì),但從整體來(lái)說(shuō),它既不是波,也不是微粒,也不是它們的混合物。
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[ 8mc0(Z@ 從本質(zhì)上,講光和一般無(wú)線電波并無(wú)區(qū)別,光和電磁波一樣是橫波,即波的振動(dòng)方向與傳播方向垂直。一個(gè)發(fā)光體就是電磁波的發(fā)射源,發(fā)光體發(fā)射的電磁波向周圍空間傳播,和水波波動(dòng)產(chǎn)生的波浪向四周傳播相似。強(qiáng)度最大或最小的兩點(diǎn)距離稱為波長(zhǎng),用λ表示。傳播一個(gè)波長(zhǎng)所需的時(shí)間稱為周期,用T表示,一個(gè)周期就是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)完成一次振動(dòng)所需要的時(shí)間。1秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率,用ν表示。經(jīng)過(guò)1s振動(dòng)傳播的距離稱為速度,用“v”表示。波長(zhǎng)、頻率、周期和速度之間有如下關(guān)系:
rYKGBo8" v=λ/T ,ν=1/T,v=λν
rlpbLOG` wCitQ0? 由此可見(jiàn),光的波長(zhǎng)與頻率成反比。實(shí)際上光波只占整個(gè)電磁波波段的很小一部分。波長(zhǎng)在400~700nm的電磁波能夠?yàn)槿搜鬯杏X(jué),稱為可見(jiàn)光,超過(guò)這個(gè)范圍人眼就感覺(jué)不到了。不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光在我們的眼睛中產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué),按照波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短,光的顏色依次是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等色。不同波長(zhǎng)的電磁波在真空中具有完全相同的傳播速度,數(shù)值是c=300,000km/s。
au;ZAXM| !H^e$BA 光既然是電磁波,研究光的傳播問(wèn)題,應(yīng)該是一個(gè)波動(dòng)傳播問(wèn)題,但是在設(shè)計(jì)照相機(jī)鏡頭及其他光學(xué)儀器時(shí),并不把光看作是電磁波,而是把光看作是能傳播能量的幾何線,叫做光線。光源A發(fā)光就是向四周發(fā)出無(wú)數(shù)條幾何線,這無(wú)數(shù)條具有方向的幾何線就叫做光線。這樣在幾何光學(xué)中研究光的傳播問(wèn)題,就變成了一個(gè)幾何問(wèn)題、數(shù)學(xué)問(wèn)題,問(wèn)題簡(jiǎn)化多了。
AZ7m=Q97 qib4DT$v-6 下面敘述幾何光學(xué)的幾個(gè)基本定律——光線的傳播規(guī)律:
\UEO$~Km (1)光的直線傳播定律 光在均勻介質(zhì)中,是沿著直線傳播的,即在均勻介質(zhì)中光線為一直線。光的直線傳播現(xiàn)象在日常生活中隨時(shí)隨地可以見(jiàn)到,如物體被光照射而成影,小孔成像等。光的直線傳播引出了光線這個(gè)概念。
B)`@E4i nYb{?{_ca8 (2)光的獨(dú)立傳播定律 光的傳播是獨(dú)立的,當(dāng)不同光線從不同方向通過(guò)介質(zhì)某一點(diǎn)時(shí),彼此互不影響。當(dāng)兩支光線會(huì)聚于空間某一點(diǎn)時(shí),它的作用為簡(jiǎn)單的疊加。光線的這一性質(zhì),使被拍攝物體各點(diǎn)的光互不影響地進(jìn)入照相鏡頭,在成像面上成像。
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