透镜成像..ppt

2.2.1 透镜 2.2.2 透镜成像 1. 透镜的种类 2. 透镜的主轴和光心 3. 透镜的光线会聚与发散 4. 透镜的焦点和焦距 1. 针孔成像和透镜成像 2. 像大小与焦距、物距的关系 3. 透镜的光行差 4. 透镜组 1. 透镜的种类 透镜是由两球面组合成的中间与边缘厚薄不同的透明体。透镜分为凸透镜（即聚光透镜）和凹透镜（即发散透镜）。见图所示。 双凸透镜 平凸透镜 凹凸透镜 双凹透镜 平凹透镜 凸凹透镜 2. 透镜的主轴和光心 通过透镜两球面中心的线称为主轴，或主光轴。光沿此射入不发生折射。光心是主轴上的一个特殊点。射入透镜的光线在透镜内进行的路径通过这一点时，射出的光线不改变原来的入射方向，即射出透镜的光线和射入透镜的光线保持平行。这一特殊点叫做透镜的光心。对一球面对称的透镜，其透镜中心即是光心。光心在主轴上。通过光心的光线传播方向不变。见下图所示。 3. 透镜的光线会聚与发散 根据光的折射定律，光线通过凸透镜能使之会聚，通过凹透镜能使之发散。因此，凸透镜称为聚光透镜，凹透镜称为发散透镜。见下图所示。 4. 透镜的焦点和焦距 当一束平行光线从左向右投射到凸透镜上，经过凸透镜会聚于主轴上一点F，该点称为透镜的焦点。当一平行光线从左向右投射到凹透镜上，经过凹透镜后形成一个发散的光锥。这些发散的光线很像是从它们延长线的交点F′发出来的，该点成为凹透镜的焦点。该焦点也在主轴上，并且是虚的。通过焦点做垂直于主轴的平面称为焦平面。由焦点至光心的距离称为焦距。见下图所示。 1. 针孔成像和透镜成像 (1) 针孔成像 (2) 透镜成像 (3) 透镜成像与针孔成像的比较 2. 像大小与焦距、物距的关系 在物距不变的情况下，透镜焦距的长短与成像的大小成正比。在焦距不变的情况下，物距的大小与成像的大小成反比。因此，物距、像距、焦距的关系是： 1 1 1 ── + ── = ── 物距 像距 焦距 3. 透镜的光行差 在光线进入透镜之后，行程有所改变，改变的程度因透镜的原料、曲率、厚度、和间隔距离等因素的不同而各异，因而造成结像平面上的许多误差。这种误差，我们统称之为透镜的光行差，或像差。 (1) 球面像差 (2) 慧形像差 (3) 像散 (4) 畸变 (5) 色差 4. 透镜组 为了获得比较清晰和完整的影像，校正各种光行差，照相机的镜头都由3片或3片以上不同形状的透镜复合组成的。这一组透镜称为透镜组。见下图所示。 透镜所构成的影像的位置、大小和虚实，以及物距、像距和焦距之间的联系等特性，同样可应用于透镜组。这种由透镜组组成的照相机镜头，无论怎样复杂，无论透镜组如何结构，无论透镜组中有无凹透镜，在整个镜头组合之后，仍然是会聚性的光组。所以它的成像原理与透镜的成像原理相同。 (1) 针孔成像 在一个不透明的暗箱前端开一个小孔，在暗箱后端贴一张白纸，作为光屏。被摄物体的反射光经过小孔，即可在暗箱的后端成像。根据几何光学原理，被摄物体上的每一光点直线地穿过小孔落在光屏上，上、下、左、右的光点分别落在光屏的下、上、右、左方。这样，整个物体的光点即可在光屏上形成一个倒立的实像。见下图所示。 (2) 透镜成像 把透镜装在针孔的位置上代替针孔，调整被摄物体、光屏与透镜之间的距离，即可在光屏上得到一个倒立的实像。见下图所示。 (3) 透镜成像与针孔成像的比较 透镜成像与针孔成像有很大的不同。其一，针孔成像是从物体的每一点发出的光束，直穿针孔落在光屏上，形成无数光斑相叠合而成，所以影像比较模糊，而透镜却把物体每一点发出的光束又会聚为无数的光点，在光屏上集结成像，所以比较清楚。其二，针孔必须相当小才能成像，所以像的亮度很暗，而透镜的孔径可以比针孔大得多，所以结成的影像较亮。其三，针孔成像时，物、像与针孔的距离没有严格的要求，而透镜成像时，就必须调整物、像与透镜的距离，才能成像清晰。 (1) 球面像差 球面像差是由于透镜本身的球面形状造成的一种像差。由于透镜的边缘部分和中央部分会聚光线的能力不同，当某一种单色光通过单透镜时，中央靠近主轴的光线所会聚的焦点和透镜边缘部分光线所会聚的焦点，并不都会聚在同一点上，有前有后，形成不清晰的结像。 (2) 彗形像差 彗形像差又名侧球面差。这种现象是由于与主轴不平行的光线造成的。由于发光点不是位于透镜的主轴上，光线通过透镜各部分后，结成的影像不是集中在一点，而是形成一种彗星形状的现象。透镜的边缘部分是形成慧形像差的主要部位。 (3) 像散 像散又名纵横差，常常发生在像的边缘部分。这种现象是由垂直于主光轴的平面物体上的竖线条与横线条不能同时清晰成像。竖线条清晰时，横线条模糊，反之亦然。相对地说，透镜的焦距越短，像散现象就越严重。 (4) 畸变 畸变是在结影中把方形物体变