第三章 教学幻灯片的制作第一节 摄影光学知识

  1. 透镜。折射面是两个球面，或是一个球面，一个平面的透明体，叫透镜。凡中间厚、周边薄的都是正透镜（凸透镜），它对通过的光起会聚作用，又叫会聚透镜。凡中间薄、周边厚的都是负透镜（凹透镜），它对通过的光起发散作用，又叫散透镜。

  2. 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。这一特殊的点叫做透镜的光心。

光心不一定在透镜的中心，只有当双凸或双凹透镜的两球面曲率半径相同时，光心在主轴上的位置可根据光心到两球面的球心的距离之比等于两球面曲率半径之比来决定。

  1. 共轭关系．共轭关系在物镜成象中，为了使成象清晰，理想情况是同一物点发出的全部光线，通过镜头后仍交于一点。就是说每一个物点都对应一个象点．且是唯一的象点。每一条直线都对应唯一的一条直线．每一个平面都对应唯一的一个平面，这种物和象的对应关系叫共轭关系。相互对应的点叫做共轭点；对应的线叫做共轭线；对应的面叫做共轭面。

  2. 焦点。平行于主轴的光线（相当于距透镜无限远处主轴上的物点发出的光线，在普通摄影中，被摄景物一般距离镜头 30 米以上，即视为无限远），通过透镜后相交于一点 F′，此点叫做透镜的焦点．过焦点 F′垂直于主轴的平面，叫焦平面。

  3. 主平面。不同位置的共轭面对应着不同的放大倍率。不难想象，总有这样一对共轭面，它们的放大率等于 H。我们称这一对共轭面为主平面。其中物平面称为物方的主平面，对应的象平面称为象方主平面。二主平面和光轴的交点分别称为物方主点和象方主点，用 H、H′表示。

  4. 焦距。从透镜的象方主点 H′到象方焦点 F′的距离。叫做象方焦距，又称后焦距，以 f′表示。从透镜的物方主点 H 到物方焦点 F 的距离叫做物方焦距，又称前焦距，以 f 表示。对于在同一介质中的透镜组，物方焦距等于象方焦距，如图 3-5 所示。

  5. 相对孔径。物镜的入射光瞳与焦距之比，叫摄影物镜的相对孔径。它是决定透光能力和鉴别能力的重要因素。一般以其倒数形式表示，叫做光圈数（F 数，）标刻在镜头的口圈上。例如 F 表示物镜的焦距为入射光瞳直径的 4 倍。

国产相机的物镜相对孔径 F 数的标准系列，按一机部部颁标准规定为： 1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22，相邻两档 F 数的比值

均为 2。由于象面照度和相对孔径的平方成正比，所以F数变化一档，

相当于底片上的照度变化 1 倍。

  1. 视场角。摄影物镜在底片上成清晰象的范围叫做视场。视场边缘与镜头后节点所形成的夹角，叫做视场夹角。摄影物镜的机场角是受底片大小限制的，底片画幅对角线所对应的视场，可用下式计算：

L

2ω′ = Arctg 2F′

式中 L 为底片画幅对角线的长度；F′为镜头的焦距。若画幅尺寸一定， 由上式可知，视场角 2ω′的大小反比于镜头的焦距，即焦距越短，视场角越大；焦距越长，视场角越小。

  1. 球面象差。是由于透镜的表面呈球面而引起的象差。光轴上同一物点发出的不同口径的光束，经过物镜的折射后，边缘部分的光线比中心部分的光线折射得更历害，折射后的光线不再相交于一点，形成的象变成了模糊不清的弥散光斑。一般把边缘光线的交点 A″和近轴象点 A′的位置差称为球面象差。

  2. 彗形象差。主轴外物点发出的斜光束，通过透镜后，便散聚在象平面上不同的位置，形成一个彗星形状的弥散斑，叫做彗形象差。

  3. 象散。主轴外物点，即便发出很窄的一束光线，经透镜折射后也不会聚在一点。如果在透镜后面不同的位置用屏板接收，可观察到不同形状的弥散斑，在 S 和 T 两个位置会聚成焦线，一条呈垂直叫弧矢焦线，另一条呈水平叫做子午焦线，这种象差即为象散。一般用子午焦线和弧矢焦线到近轴象平面距离的差 x′ts 表示象散差，xts=x′t-x′s。

  4. 象场弯曲。平直的物面经过镜头后，成象清晰的象面不是一个平面，而成为一个曲面，这种现象叫做象场弯曲。使用具有这种象差严重的镜头拍照时，景物的中间部分清晰了边缘部分模糊，边缘部分清晰了中间部分模糊，所以平直的底片上将得不到一个清晰的象。

  5. 畸变。由于透镜对同一距离的物体不同部分的放大率不同，所以成象的形状将发生扭曲，愈到边缘变形愈严重，这种象差称为畸变。

边缘部分的放大率小于中心部分的叫桶形畸变，又称负畸变。有这种畸变的透镜会把一个正方形的网格变成桶形，若边缘部分的放大率大于中心部分的叫枕形畸变，又称正畸变。有这种畸变的透镜会把一个正方形的网格变成枕形。

  1. 位置色差。透镜对不同波长的光折射率不同，所以复合光如太阳光经过透镜后，不同波长的光会聚点不同，在黑白底片上出现模糊现象，在彩色画面上出现不同颜色的色环。

  2. 超焦距。当镜头调焦在无限远时，位于无限远的景物会清晰地成象在底片平面上，而在有限距离某一点上的景物在底片上也同时聚成可以容许的清晰象点，再近的景物就模糊不清了。那么由最近的清晰位置到无限远处所包括的景物，都会清晰地成象在底片上。这个最近的清晰点到镜头的距离，叫做超焦距。一般以符号 H 表示。

  3. 鉴别率。照相机物镜分辨被拍摄景物细节的能力，叫做照相机物镜的鉴别率。

鉴别率可用目视法或照相法来测定。目视法简便，速度快。它是利用在焦面上装有鉴别率图案板的平行光管，产生平行光束，通过被测的照相物镜成象，用眼睛或借助于显微镜直接观测鉴别率板的象，把能分辨的最高一组鉴别率条纹所对应的鉴别率值（条纹数／毫米），定为该物镜的目视鉴别率。

照相法则是用待测的照相物镜在其焦距 30 倍处，对下图所示的标准鉴别率板图案进行拍照。胶片采用 GB21°全色片，按 D76 配方溶液冲洗，用 30 倍的显微镜对底片进行观察。在规定的视场内，能够鉴别的条纹间隔最小的那一组图案，它旁边所标注的数字，就是被测照相物镜在这一视场和这一象面位置的照相鉴别率（条纹数／毫米）。

  1. 鱼眼镜头。又称全景镜头，它是一种超广角镜头，视场角等于或大于 180°，镜头的前镜片突出，犹如鱼眼。这种镜头的外壳上常刻有英文“Fish-eye”字样。

鱼眼镜头有两种，一种是圆形鱼眼镜头，它所拍出的画面在底片上呈矩形。

鱼眼镜头的视场角特别大，焦距非常短，所以景深特别深，从 1 米到无限远都可以结成清晰的象，但畸变严重，画面感光不均匀，中心亮四周暗。它适合于拍摄圆形剧场、广场的全景、天空等。

  1. 翻拍镜头。是专门拍摄图纸、画片、文稿、照片、画报用的镜头。因为是近距离拍摄，所以要求在物距小于 1 米时，成象必须十分清晰。拍摄的对象都是静物。可以用较长时间曝光，所以翻拍镜头不需要太大的相对孔径，一般在 F4.5 以下，但要求象差要小。为了得到清晰、正确，不失真的资料复制品，尽量使用镜头的中央部位，宜将光圈缩至 11～16d 左右。