人教版 八年级物理上册 教学参考课件:第5章第2节 生活中的透镜

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名称 人教版 八年级物理上册 教学参考课件:第5章第2节 生活中的透镜
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科目 物理
更新时间 2015-08-16 22:30:46

文档简介

照相机
照相机简称相机,是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备。很多可以记录影像设备都具备照相机的特征。医学成像设备、天文观测设备等等。照相机是用于摄影的光学器械。被摄景物反射出的光线通过照相镜头(摄景物镜)和控制曝光量的快门聚焦后,被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像,经冲洗处理(即显影、定影)构成永久性的影像,这种技术称为摄影术。
历史发展
  最早的照相机结构十分简单,仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂,具
  
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照相机
有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统,是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。
  在公元前400年前 ,墨子所著《墨经》中已有针孔成像的记载;13世纪,在欧洲出现了利用针孔成像原理制成的映像暗箱,人走进暗箱观赏映像或描画景物;1550年,意大利的卡尔达诺将双凸透镜置于原来的针孔位置上,映像的效果比暗箱更为明亮清晰 ;1558年,意大利的巴尔巴罗又在卡尔达诺的装置上加上光圈,使成像清晰度大为提高;1665年,德国僧侣约翰章设计制作了一种小型的可携带的单镜头反光映像暗箱,因为当时没有感光材料,这种暗箱只能用于绘画 。
  1822年,法国的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片,但成像不太清晰,而且需要 八个小时的曝光。1826年,他又在涂有感光性沥青的锡基底版上,通过暗箱拍摄了一张照片。
  1839年,法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机 ,它是由两个木箱组成,把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦,用镜头盖作为快门,来控制长达三十分钟的曝光时间,能拍摄出清晰的图像。
  1841年光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。该相机安装了世界上第一只由数学计算设计出的、最大相孔径为1:3.4的摄影镜头。
  1845年德国人冯·马腾斯发明了世界上第一台可摇摄150°的转机。 1849年戴维·布鲁司特发明了立体照相机和双镜头的立体观片镜。1861年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩色照片。
  1860年,英国的萨顿设计出带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜头反光照相机;1862年,法国的德特里把两只照相机叠在一起,一只取景,一只照相,构成了双镜头照相机的原始形式;1880年,英国的贝克制成了双镜头的反光照相机。
  1866年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学玻璃,产生了正光摄影镜头,使摄影镜头的设计制造,得到迅速发展。1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料--柔软、可卷绕的“胶卷”。这是感光材料的一个飞跃。同年,柯达公司发明了世界上第一台安装胶卷的可携式方箱照相机随着感光材料的发展,1871年,出现了用溴化银感光材料涂制的干版,1884年,又出现了用硝酸纤维(赛璐
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照相机
珞)做基片的胶卷。
  1906年美国人乔治·希拉斯首次使用了闪光灯。1913年德国人奥斯卡·巴纳克研制出了世界上第一台135照相机。
  从1839年至1924年这个照相机发展的第一阶段中,同时还出现了一些新颖的钮扣形、手枪形等照相机。
  从1925年至1938年为照相机发展的第二阶段。这段时间内,德国的莱兹、罗莱、蔡司等公司研制生产出了小体积、铝合金机身等双镜头及单镜头反光照相机。
  随着放大技术和微粒胶卷的出现,镜头的质量也相应地提高了。1902年,德国的鲁道夫利用赛得尔于1855年建立的三级像差理论,和1881年阿贝研究成功的高折射率低色散光学玻璃 ,制成了著名的“天塞”镜头,由于各种像差的降低,使得成像质量大为提高。在此基础上,1913年德国的巴纳克设计制作了使用底片上打有小孔的 、35毫米胶卷的小型莱卡照相机。
  不过这一时期的35毫米照相机均采用不带测距器的透视式取景器。1930年制成彩色胶卷;1931年,德国的康泰克斯照相机已装有运用三角测距原理的双像重合测距器,提高了调焦准确度,并首先采用了铝合金压铸的机身和金属幕帘快门。
  1935年,德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机,使调焦和更换镜头更加方便。为了使照相机曝光准确,1938年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。1947年,德国开始生产康泰克斯S型屋脊五棱镜单镜头反光照相机,使取景器的像左右不再颠倒,并将俯视改为平视调焦和取景,使摄影更为方便。
  1956年,联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机 ;1960年以后,照相机开始采用了电子技术,出现了多种自动曝光形式和电子程序快门;1975年以后,照相机的操作开始实现自动化。
镜头发展史
  先说徕卡,话说徕卡这个品牌没有建立以前在1849年,23岁的德国数学家卡尔.开尔纳(Carl Ke
  
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照相机
llner)在威兹拉(Wetzlar)成立"光学协会",开始镜头与显微镜的研发。这时徕卡的前生。在1869年 Ernst Leitz 接管了公司并成为唯一的管理者,他以自己的名字命名公司。这就是著名的Leitz(徕兹)公司。具体说到徕卡(leica)这个品牌的诞生,不得不先说135相机的产生。 奥斯卡·巴纳克(Oskar·Barnack),德国一位才华横溢的机械师,同时也和我们一样也是一个执着的色友。在上世纪初,工业革命盛兴,当时的机械工程师的地位相当于现在纳斯达克崩盘前的IT工程师一样是知识分子中的骄子。
  Leica(徕卡)相机的历史就是从奥斯卡·巴纳克担任徕兹公司研究主任一职才开始的。
  德国光学诸雄,徕卡剑走偏锋,追求小巧。施奈德讲究的是有容乃大,内力雄厚。罗墩斯得最出名的是暗(房)(利)器(就是放大镜头啦)而蔡斯就是一个全能高手了。135幅面Carl Zeiss T*镜头是唯一可以抗衡徕卡的品牌。120中幅中哈苏也是依靠蔡司T*镜头群称霸专业领域。就是在大幅,Carl Zeiss也有一支小像场的Planar T* 135mm/3.5号称大幅镜头的最大光圈。
  德国古镇耶那Jeona就是著名的卡尔. 蔡司光学的故乡。也许当时谁也没有想到卡尔. 蔡司(Carl Zeiss ,1816~1888)一个高中毕业的学徒工将会在这里创造一个世界光学巨人。
  靠着多年的对光学和化学兴趣,卡尔在学徒满之后长期的在当地的耶那大学旁听。在1846年卡尔. 蔡司正好30岁的时候,他创办了一个工作室,有20个雇员,早期产品是放大镜片和简单的显微镜,由于得益于两位科学家恩斯特-阿贝和奥托-肖特的帮助,蔡司厂光学镜头的质量一直处于领先地位。二战以前设在德累斯顿的生产车间是世界上生产规模最大的照相机工厂。
  灾难降临,就在1945年2月14日晚上,德累斯顿照相机工厂被盟军炸毁,这是个灾难。在二战将近结束时,巴顿将军的第三军团占领了耶那,本来打算让工厂重新开工,由于Yalta条约规定美军的位置必须后退向西移,德国被一分为二,耶那镇和德累斯顿全部都由苏军占领。对于这个光学巨人的财富,俄国人当然不会让"美帝国主义"染指,于是大量的蔡司高级技术人员被转移到了苏联的基埔市,作为战争赔偿,苏军同时也拆除剩下94%的Carl Zeiss加工厂和制造厂。在基埔建立了现在的Kiev照相机制造厂(所以现在俄罗斯镜头靠着偷[抢?]来的一点皮毛技术至今还能在光学领域有着一席之地)。但是德国人的技术好像抢不走,在耶那大学的支持下Carl Zeiss Jeona的LOGO很快又出现了。同时巴顿撤出时,也掠走了的蔡司的126名关键的管理人员和技师在老美扶持的联邦德国(西德)领导下在巴登-符腾堡的奥伯考亨(Oberkochen)重新建厂,Carl Zeiss在"资本主义"社会里也获得了新生。但从此蔡司厂也因此一分为二。
  东德的产品冠名为:Carl Zeiss Jeona(卡尔. 蔡司.耶那)史称"东蔡"。生产潘太康相机
  西德的产品冠名:Carl Zeiss 史称"西蔡"
  其实东、西蔡在设计上都秉承了蔡司传统,可是都标榜自己为是为蔡司正宗。塞翁失马焉知非福,就是这种竞争使得蔡司在光学设计上得到了进一步的进步。
  两德统一后,东西德的蔡司厂又联手经营。总部仍设在奥伯考亨,拥有员工3500名,同时在世界各地设有分厂。这时的蔡司双剑合壁,在广泛的光学领域已经是第一强者。在135领域的Contax还尚有徕卡与之抗衡,但到了120的专业领域Carl Zeiss T*已经是称雄天下,顺我者昌,逆我这亡!哈苏、禄徕使用蔡司镜头才坐到江湖前2把交椅,玛米亚、勃朗尼卡没有蔡司支持就注定只能夹缝中求生存。
  到了数码时代,又是蔡司!使得原本是光学外行的sony摇身变成消费级dc业界的老大之一。
  和介绍徕卡相同,我们来认识一个人:保罗-鲁道夫——镜头制造史上最有名的设计师之一,一个对蔡司发展影响最大的一个人。1890 年,他设计出第一只消像散正光摄影镜头(Anastigmat),开创了蔡司厂镜头制造的新纪元。1896年鲁道夫又发表了大名鼎鼎的普兰纳(Planar)双高斯结构的镜头,对各种镜头像差都进行了出色的纠正。此后,世界各地生产的各种品牌的标准镜头的设计(包括徕卡)无不受惠于普兰纳。1902年,他又设计出三组四片的"鹰之眼"——天塞(Tessar)镜头,结构虽然简单,价格适中,成像质量却惊世骇俗,明快锐利。本期的大众摄影里面就有一篇"百年天塞"的文章说的就是这个天塞及其衍
  
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数码照相机
生设计的镜头。 1902年4月25日,柏林的皇家专利委员会将编号为142294的专利证书颁发给了Carl Zeiss Jena公司生产的以Tesser命名的镜头。自此一个辉煌的镜头家族开始逐渐发展壮大起来。
  当我们将目光转向光学发展史的开端,我们就会看到,在光学历史的早期(即1839-1855/60年的达盖而时期),市场上居于统治地位的镜头实际只有两种。它们分别是1839年设计的Chevalier镜头,和1840年开发出来的Petzcval镜头。1839年Ch.Chevalier在巴黎为达盖尔式照相机设计了一支光圈为1:18的消色差镜头。这是由一组相互胶合的凸透镜与凹透镜组成的,它能够纠正色差和球面相差,但是却不能改变像场边缘的歪曲变形以及色散现象。(1924年C.P.Goerz改善了这种镜头,使其最大光圈可达1:11,并以Frontar命名,与Tengor方盒式照相机配套出售)。
  很小的光圈导致了达盖尔型照相机的曝光时间至少需要15分钟,维也纳的Josef Petzval教授一直致力于解决镜头光圈过小的问题,并于1840年开发出了一款新的镜头,其全开光圈可达1:3.7,大光圈镜头的出现使得达盖尔相机的曝光时间明显缩短,其中用于拍摄人像的达盖尔相机,曝光时间已经达到了1分钟以内的水平。经过修正的Petzval式镜头在今天的幻灯镜头中仍然有着广泛的应用。Petzval式镜头也有其自身的光学限制,这主要表现在用于风光摄影时的边缘像场模糊现象。世界上最老的照相机生产厂福论达(Voigtlaender)公司在同年便生产出了装有此镜头的金属相机,这种相机由于产量极少,而成为收藏者们争崇的对象。一台装有Petzval镜头的金属相机,在当时的售价在当时也相当高,要120金盾。(与之相比,一匹优良的赛马也不过100金盾)尽管如此,福论达公司还是销售出了600台这样的相机。
  1865年,设计师Carl August Von Steinheil 设计出了Periskop。这是一种带有两组凹凸透镜的双镜组结构镜头。(每组镜片中含有一片凹凸透镜,所谓凹凸透镜也叫半月板型透镜,顾名思义它的形状象半月板,是有一片凸透镜,和一片凹透镜粘合而成)
  1866年他的儿子Hugo Adolph Steinleil将其进一步发展,设计出了Aplanat镜头,Aplanat镜头同样具有对称式双镜组结构。这支镜头很好的纠正了球型畸变及色差,但却没能解决像场边缘的像散问题。与此结构类似的后继类型还有C.P.Goerz生产的Lynkeioskop,以及Voigtlaender生产的Euryskop,可以说Aplanat是对称是双镜组结构镜头的始祖,现在很多流行的镜头都是借鉴了Aplanat的设计。
  伴随着1879年干板式照相机的出现,摄影变得更加普及。19世纪末镜头的设计有了重大的发展,在早期,设计师已经能够设计出光圈很大但拍摄角度偏小的镜头,而到这时大光圈大角度拍摄的需求已经被摄影师提了出来。Petzval教授认识到了要想设计大角度镜头,必须首先解决像场边缘的像散性问题,但无奈当时的可以使用的玻璃种类却还不能够满足设计师的需要。
  Adolph Steinheil于1881年获得了一支非对称双镜组结构镜头的专利,将其命名为Grup
  
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数码照相机
pen-Antiplanet,这支镜头有两个粘和而成的镜足构成。通过前镜组的凸透镜和后镜组的凹透镜作用,在1:6.5的光圈下已经可以达到60度的拍摄角度,这种镜头同时在一定限度内克服了像散的问题。同一年Adolph Steinheil又设计出了一支人像镜头"Portrait-Antiplanet",与Gruppen-Antiplanet的区别是,这支镜头的后镜组是分开的,这样的结构成为了日后Triplet镜头的设计基础。1890年德国耶拿的Ernst Abbe和Otto Schott试制出了新的玻璃品种,这种玻璃的生产对于解决镜头的像散问题起到了决定性的作用。 英国T.Cooke & Sons光学公司的技术总监Harold Dennis Taylor应用了这种新式玻璃,通过简化Petzval的设计,得到了一种可以很好矫正像散的镜头。这种光圈为1:4.5的Taylor镜头,具有轻微的不对称结构,值得一提的是它只由三片镜子组成,即所谓的Triplet,两片凸透镜和一片凹透镜将光圈叶片分开。
  1889年,耶拿Carl Zeiss公司的设计师Paul Rudolph博士提出了他的像场边缘像散矫正原则,第一支可以真正矫正像散的镜头于1890年被开发出来,这是一支广角镜,利用了高斯在1840年设计的一款望远镜头的2组4片结构。Rudolph博士又先后在1897年和1900年设计出了Planar和Unar镜头,在1890至1900这十年,总计有10000支非像散镜被销售出去。Zeiss公司生产的这些镜头均以Anastigmat为标记,由于这一名称未申请专利,为了防止仿造,Zeiss公司从1900年起,用Protar、Planar和Unar这三个专利名称标记自己的非像散镜头。其中Unar是由四片独立的镜片组成,最前段放置一片凸透镜,然后是一片凹透镜,两片半月板型透镜在镜头末端;Protar是由两组粘合在一起的非对称的镜组构成。1900年之后开发出的钡硅玻璃使得镜头不仅能够矫正像散,同时还能得到平坦的像场。
  1902年,Rudolph博士设计出了今天的寿星Tesser,它与Unar、Protar有着紧密的联系,这支镜头由4片镜片组成,两两一组不对称的分布在光圈两边,其中前组是独立的两片玻璃,后组是由一片凹镜一片凸镜粘合而成,光线经前组镜片汇聚,再由后组的粘合平面发散投射到底片平面上。Tessar镜头一直以来都被当作是Triplet镜头的改型,通过现代对光学历史的研究,我们又把Tessar镜头的起源追述到Portrait-Antilanet。
  1902年Zeiss公司开始出售Tessar镜头,其中包括用于速拍的最大光圈为6.3的Tessar系列,以及用于翻拍的最大光圈为10的Tessare系列。1905年和1906年设计师E.Wanderleb又将Tessar的最大光圈提升到了4.5和3.5,这些发展都是依靠新品种玻璃的产生。1912年Wandersleb博士又进一步修正了Tessar镜头,使其更加流行,这时人们已经可以把Tessar安装在固定的大型座机上使用。
  1921年Tessar的计算数据被进一步调整,这一年Willy博士开发出了适合远摄的光圈分别为6.3和8的Tele-Tessar,这两款Tele-Tessar的实际后截距要比镜头焦距短,它们并非典型的Tessar结构。只有后来为胶片机生产的Kino-Tele-Tessar和为Contax生产的Tele-Tessar-K才是具有典型Tessar结构的望远镜头。为了适应航空摄影的需要,Zeiss在同年又推出了f 4.5/250 f5/500和f5/700这三支镜头。
  1927年,Willy Merte博士将Tessar镜头的光圈进一步提升至1:2.7。当时这种新开发的Tessar镜头被用于大多数摄影机和照相机上。但与当时同样流行的f/3.5相比,这种镜头的边缘成像清晰度略显不足。1931年,Zeiss公司用Bio-Tessar 1:2.8/135,1:2.8/165代替了1:2.7/120和1:2.7/165。新的Bio-Tessar是一种由Willy·Merte博士设计的六片三组式消色差Triplet式镜头,镜头前组由一片凹透镜与一片凹凸透镜粘合而成,中间是一片独立的凹透镜,后组是由一片凹凸透镜,一片凹镜,一片凸镜粘合而成,中间设置的独立的凹透镜可有效的改变像场边缘的相差问题。此后Zeiss又设计了Apo-Tessar f1:9/1200mm和用于翻拍的S-Tessare f6.3/1200mm。
  30年代初,Willy.Metre博士为Zeiss设计出了专用于小画幅相机的Tessar镜头,这支镜头的结构来源于Tessar f3.5,只不过光圈提升至了1:2.8,这种镜头首先被用在Kolibri 3*4cm相机上,之后便被德雷斯顿的Zeiss Ikon相机厂生产的Contax1 型机作为标头使用。1934年Zeiss又开发出了前景组经镀膜的Tessar f2。1939进一步改进的Tessar通过对第6或7片镜片的矫形,使得Tessar f2在全开光圈是成像变形问题得到了更好的解决。在广角摄影领域,Zeiss为Contax设计了一款光圈为f1:8的28mm镜头,虽然光圈很小,但这支镜头的成像角度已达到了75度。直至30年代末,Zeiss一直把Tessar当作自己生产的成像最为锐利的镜头,正如那时Zeiss的广告中所描述的 "Zeiss Tessar-相机的鹰眼"。
  二战之后(1947年),Harry Zoellner博士(现Carl Zeiss Jena厂的技术总监),通过应用新开发的钍元素玻璃设计出了Tessar f2.8/5cm,1951年这款Tessar镜头才正式投入市场开始销售,与f3.5相比,除了光圈增大以外,在成像素质方面也达到了Tessar镜头的一个新顶点。 1965年Harry Zoellner博士设计的Tessarf2.4,已经达到了当时光学水平的顶点,但是由于过大的光圈而带来像质损失,使得这支镜头的开发半途而废。
  位于斯图加特附近的Carl Zeiss Oberkochen工厂,也在致力于Tessar镜头的开发,并且为Tessar系列镜头光学素质的提高做出了很大贡献,1956年Wandersleb改进了1938年已获得专利的Tessar原始镜头的设计,生产出适合Contaflex 3/4的镜间快门型超级Tessar f4/35mm 以及f4/85mm。1962年超级Tessar的全开光圈又被提升至1:3.2。之后Zeiss公司修正了广角Tessar和望远Tessar的前镜组,使得Tessa
  
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照相机
r镜头终于可以系列化的应用于Contaxflex相机上,满足了各个焦段用户的需求。 至此Tessar镜头家族的组织性建设已基本完成,自50年代至今,已有更多的经过改进的Tessar镜头被摄影师所应用。同时,其它相机厂也纷纷借鉴Tessar镜头的设计生产出了一系列的变形品种,这其中也包括Leitz公司早期的Elmar系列镜头。如果有谁想要收集Tessar镜头,那么目前在世界上至少还有400多个不同品种的Tessar可供选择。
庞大的Tessar家族向人们展示了,光学技术的进步如何能使1840年的一支结构简单的四片镜,发展成为在今天的摄影领域仍然举足轻重的镜头。
基本组成
镜头
  镜头使景物成倒象聚焦在胶片上。为使不同位置的被摄物体成象清晰,除镜头本身需要校正
  
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照相机
好象差外,还应使物距、象距保持共轭关系。为此,镜头应该能前后移动进行调焦,因此较好的照相机一般都应该具有调焦机构。
取景器
  为了确定被摄景物的范围和便于进行拍摄构图,照相机都应装有取景器。现代照相机的取景器还带有测距、对焦功能。
快门和光圈
  控制曝光的机构——快门和光圈
  为了适应亮暗不同的拍摄对象,以期在胶片上获得正确的感光量,必须控制曝光时间的长短和进入镜头光线的强弱。于是照相机必须设置快门以控制曝光时间的长短,并设置光圈通过光孔大小的调节来控制光量。
输片计数机构
  为了准备第二次拍摄,曝光后的胶片需要拉走,本曝光的胶片要拉过来,因此现代照相机需要有输片机构。为了指示胶片已拍摄的张数,就需要有计数机构。
机身
  它既是照相机的暗箱,又是照相机各组成部分的结合体。可用框图表示照相机的最基本组成部分。
  其实,就照相机这个基本功能而言,无论是早期的“银版照相机”,还是已经高度电子化、自动化、电脑化的照相机,其基本原理都没有多大区别。
工作原理
  照相机品种繁多,按用途可分为风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献缩微照相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、高速照相机等;按照相胶片尺寸,可分为110照相机(画面13×17
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数码照相机
毫米)、126照相机(画面28×28毫米)、135照相机(画面24×18,24×36毫米)、127照相机(画面45x45毫米)、120照相机(包括220照相机,画面60×45,60×60,60×90毫米)、圆盘照相机(画面8.2x10.6毫米);按取景方式分为透视取景照相机、双镜头反光照相机、单镜头反光照相机。
  任何一种分类方法都不能包括所有的照相机,对某一照相机又可分为若干类别,例如135照相机按其取景、快门、测光、输片、曝光、闪光灯、调焦、自拍等方式的不同 ,就构成一个复杂的型谱。
  照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律,以光子为载体,把某一瞬间的被摄景物的光信息量,以能量方式经照相镜头传递给感光材料,最终成为可视的影像。
  照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的,并通过镜头,把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。
  摄影时,必须控制合适的曝光量,也就是控制到达感光材料上的合适的光子量。因为银盐感光材料接收光子量的多少有一限定范围,光子量过少形不成潜影核,光子量过多形成过曝,图像 又不能分辨。照相机是用光圈改变镜头通光口径大小,来控制单位时间到达感光材料的光子量,同时用改变快门的开闭时间来制曝光时间的长短。
  从完成摄影的功能来说,照相机大致要具备成像、曝光和辅助三大结构系统。成像系统包括成像镜头、测距调焦、取景系统、附加透镜、滤光镜、效果镜等;曝光系统包括快门机构、光圈机构 、测光系统、闪光系统、自拍机构等;辅助系统包括卷片机构、计数机构、倒片机构等。
  镜头是用以成像的光学系统,由一系列光学镜片和镜筒所组成,每个镜头都有焦距和相对口径两个特征数据;取景器是用来选取景物和构图的装置,通过取景器看到的景物,凡能落在画面框内的部分,均能拍摄在胶片上 ;测距器可以测量出景物的距离,它常与取景器组合在一起,通过连动机构可将测距和镜头调焦联系起来,在测距的同时完成调焦。
  光学透视或单镜头反光式取景测距器都须手动操作,并用肉眼判断。此外还有光电测距、声纳测距、红外线测距等方法,可免除手动操作,又能避免肉眼判断带来的误差,以实现自动测距。
  快门是控制曝光量的主要部件,最常见的快门有镜头快门和焦平面快门两类。镜头快门是
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照相机
由一组很薄的金属叶片组成,在主弹簧的作用下,连杆和拨圈的动作使叶片迅速地开启和关闭 ;焦平面快门是由两组部分重叠的帘幕(前帘和后帘)构成,装在焦平面前方附近。两帘幕按先后次序启动,以便形成一个缝隙。缝隙在胶片前方扫过,以实现曝光。
  光圈又叫光阑,是限制光束通过的机构,装在镜头中间或后方。光圈能改变能光口径,并与快门一起控制曝量。常见的光圈有连续可变式和非连续可变式两种。
  自拍机构是在摄影过程中起延时作用,以供摄影者自拍的装置。使用自拍机构时,首先释放延时器,经延时后再自动释放快门。自拍机构有机械式和电子式两种,机械式自拍机构是一种齿轮传动的延时机构,一般可延时8~12秒 ;电子式自拍机构利用一个电子延时线路控制快门释放。
结构和元件
  通常,照相机主要元件包括:成像元件、暗室、成像介质与成像控制结构。
  成像元件可以进行成像。通常是由光学玻璃制成的透镜组,称之为镜头。小孔、电磁线圈等在特定的设备上都起到了“镜头”的作用。
  成像介质则负责捕捉和记录影像。包括底片、CCD、CMOS等。
  暗室为镜头与成像介质之间提供一个连接并保护成像介质不受干扰。
  控制结构可以改变成像或记录影像的方式以影像最终的成像效果。光圈、快门、聚焦控制等。
成像过程
传统相机成像过程
  1、镜头把景物影象聚焦在胶片上
  
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成像
2、片上的感光剂随光发生变化
  3、片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影
  形成和景物相反或色彩互补的影象
数码相机成像过程
  1.经过镜头光聚焦在CCD或CMOS上
  2.CCD或CMOS将光转换成电信号
  3.经处理器加工,记录在相机的内存上
  4.通过电脑处理和显示器的电光转换,或经打印机打印便形成影象。 具体过程:
  对胶片相机而言,景物的反射光线经过镜头的会聚,在胶片上形成潜应影,这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。再经过显影和定影处理就形成了影像。
  数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/ CMOS 上,通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经DSP处理成数码图像,存储到存储介质当中。
  光线从镜头进入相机,CCD进行滤色、感光(光电转化),按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点,这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上,转换成数字信号,传送到图像处理器上,处理成真正的图像,之后压缩存储到存储介质中。
分类划分
  照相机一般可按其使用技术特征如:画幅大小、取景方式、快门形式、测光方式来分类,也可按照相机的外形和结构来分类。具体分类情况如下:
  
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汤姆900照相机
1、照相机根据其成像介质的不同
  可以分为胶片相机与数码照相机以及宝丽来相机。胶片相机主要是指通过镜头成像并应用胶片记录影像的设备。而数码照相机则是应用半导体光电耦合器件和数字存储方法记录影像的摄影设备,有使用方便,照片传输方便,保存方便等特点。宝丽来相机又称一次成像相机,是将影象直接感光在特种像纸上,可在一分钟内看到照片,合适留念照等。
  2、按照相机使用的胶片和画幅尺寸
  可分为35mm照相机(常称135照相机)、120照相机、110照相机、126照相机、中幅照相机、大幅照相机、APS相机、微型相机等。135照相机使用35mm胶片,其所拍摄的标准画幅为24mm X 36mm,一般每个胶卷可拍照36张或24张。
  3、按照相机的外型和结构
  可分为平视取景照相机(VIEWFINDER)和单镜头反光照相机(单反相机)。此外还有折叠式照相机、双镜头反光相机、平视测距器相机(RANGFINDER)、转机、座机等等。
  4、按照相机的快门形式
  可分为镜头快门照相机(又称中心快门照相机)、焦平面快门照相机、程序快门照相机等。
  5、按照相机具有的功能和技术特性
  可分为自动调焦照相机,电测光手控曝光照相机,电测光自动曝光照相机等。此外还有快门优先式、光圈优先式、程序控制式、双优先式、电动卷片(自动卷片、倒片)照相机,自动对焦(AF)照相机,日期后背照相机,内装闪光灯照相机等。
有时也可按照相机的用途来分,如专业相机和消费类相机(傻瓜相机)、一步成象照相机、立体照相机;有时也可按镜头的特性分为变焦或双焦点照相机。实际上一架现代照相机往往具有多方面的特征,因此应以综合性的方式来定义。
幻灯机
幻灯机的工业化生产是1845年开始的,光源也是从初时蜡烛,改为油灯、汽灯,最后改为电光源。幻灯机是将要显示的幻灯片,由光源通过光学器件直射到屏幕上进行显示的设备。幻灯机最早是作为传教士的传教道具而出现的。
概述
  幻灯机和投影仪很类似。
  幻灯机是将要显示的幻灯片,
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幻灯机
由光源通过光学器件直射到屏幕上进行显示的设备。
  幻灯机最早是作为传教士的传教道具而出现的。
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起源
  1654年,德国的犹太籍人基夏尔首次记述了幻灯机的发明,最初幻灯机的外壳是用铁皮敲成一个方箱,顶部有一类似于烟筒的排气筒,正前方装有一个圆筒,圆筒中用一块可滑动的凸透镜,形成一个简单的镜头,镜头和铁皮箱之间有一块可调节焦距的面板,箱内装有光源,最初的光源是烛光。使用时,把幻灯机置于一个黑房内,将幻灯片插入凸透镜后面的槽中,点燃蜡烛,光源通过反光镜反射汇聚,通过透明画片和镜头,形成一根光柱映在墙幕上。
  最早的幻灯片是玻璃制成的,靠人工绘画。在19世纪中叶,美国发明了赛璐珞胶卷后,幻灯片即开始使用照相移片法生产。
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构成
  幻灯机的种类很多,但其基本结构和原理大致相同。一般由光学、机身、机械传动、电气控制四部分构成。
  光学部分是幻灯机的主要组成部分,
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幻灯机构成
其作用是用足够强的光线透射幻灯片,在银幕上呈现出放大了的清晰的影像。它由光源、聚光镜、反光镜、隔热玻璃、放映镜头等组成。
  机身部分是由支撑光学部分和维持幻灯机工作机能的各个部件组成,它包括底座、外壳、灯箱、电源变压器、冷却风扇、镜头筒和升降足等。
  机械传动部分主要由传动机构、换片机构、调焦机构组成,其部件有马达、传动轮、摩擦轮、蜗轮、蜗杆等。
  电气控制部分主要是将操作者换片或调焦的旨意以电信号形式传递给机械传动部分,其功能多少随幻灯机种类的不同有所区别,一般具有无线遥控、有线遥控、定时控制、声控、讯控等功能。
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原理
光学部分
  光学部分是幻灯机的主要组成部分,其作用是用足够强的光线透射幻灯片,在银幕上呈现出放大了的清晰的影像。幻灯机的光学部分可分为聚光镜式和反光聚光混合式。
  聚光镜子式幻灯机的光学部分主要由光源、
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聚光式幻灯机光学部分
聚光镜、反光镜、隔热玻璃和放映镜头等组成。
  光源
  现代幻灯机能白昼放映,因此要求幻灯机的光源必须满足亮度高、发光效率高、温升低、寿命长的要求。目前常用的灯泡是溴钨灯。溴钨灯的规格常见的有 24V/150W,24V/250W,30V/400W等多种。在更换灯泡时,要换用相同规格的灯泡。
  反光镜
  反光镜是处于光源后的凹面镜,由金属抛光或玻璃度银而成,其作用是把光源向后发射的光线反射回来加以利用,提高光源的利用率。
  聚光镜
  聚光镜是由凸面相对的两块平凸透镜的组成,作用是将光线会聚并均匀地照射在幻灯片上,使光源得到充分利用,增加银幕上影像的亮度和均匀度。
  隔热玻璃
  隔热玻璃的作用是隔离自光源传来的热量,防止幻灯片受高温烘烤而变形。
  
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聚光反光幻灯机光学部分
  放映镜头
  放映镜头本质上相当于一个凸透镜,为了提高成像质量,一般由多层不同透镜组成,并用镜头筒固定。放映镜头的作用是将幻灯片上的画面放大,并成像在银幕上。在镜头上标有焦距值,在近距离放映较大影像时,应选用焦距较小的放映镜头。
  聚光反光混合式幻灯机的光学部分主要由光源(溴钨灯)、深椭球冷光反光镜、平面反光镜、聚光镜、放映镜头(投影物镜)等组成。
  在这种混合式光学系统中,由于深椭球反光镜的作用,提高了光源的利用率。聚光镜式光学部分常用在普及型的幻灯机中,而聚光反光混合式光学部分常用在较高档的幻灯机中。幻灯机在工作时,光源发出的光经反光镜反射到聚光镜上,聚光后使绝大多数的光线均匀而集中地照射到幻灯片上,透射光经过放映镜头,在银幕上呈现出放大的倒立的实像。由于凸透镜的成像是倒像,故在放映时幻灯片必须倒立在幻灯机的光路中。
机身部分
  机身部分由底座、外壳、灯箱、电源变压器、冷却风扇、镜头筒、升降足等组成,其主要作用是支撑光学部分和维持幻灯机的工作机能。
  对幻灯机来说,有了光学部分和机身部分就可以进行放映了,这种简易的幻灯机在使用时,调焦和换片都得有人在幻灯机旁操作,使用起来显得很不方便。但由于它结构简单,价格低廉,故障率低,很适宜在农村的中小学中使用。
  随着科学技术的发展,幻灯机的调焦和换片日益自动化,自动幻灯机一般都具有线遥控换片、无线遥控换片的和调焦、定时换片、声控换片、讯控换片等多种功能,使用起来非常方便。作为自动幻灯机,在结构上除了具有光学部分和机身部分外,还有机械传动部分和电气控制部分。
机械传动部分
  机械传动部分由传动机构、换片机构和调焦机构组成。主要作用是实现自动换片和自动调焦操作。其部件有电机、传动轮、磨擦轮、蜗轮、蜗杆等。电机为幻灯机提供原动力,换片时,动力通过传动轮传动到片盒,产生前进或后退的动作,再传递到推拉片杆上,使幻灯片产生推进或退出的运动,从而完成换片操作。调焦时,电机的转动通过蜗轮、蜗杆的转换,变成放映镜头筒的前进或后退的直线运动,从而完成调焦操作。这样通过一系列的机械传动,电机的动力转变为换片和调焦动作,实现了换片和调焦的自动化。
  电气
控制部分
  幻灯机要实现自动控制,关键在于操作者如何把换片和调焦的命令传送给幻灯机,这主要由电气控制部分来完成。电气控制部分的作用就是将操作者换片和调焦的命令以电信号的形式传递给机械传动部分,其功能的多少与幻灯机的种类有关,一般有有线遥控、无线遥控、定时控制、声控、迅控等功能。
无线遥控换片实际上是利用一台简易的无线电发射机和接收机控制换片。使用者按发射机上不同按纽(调焦或换片),发射机就发出单一频率的信号(如红外线或电磁波),接收机接收到信号后,将信号转换放大处理,传给继电器,使机械部分发生动作。
放大镜
放大镜定义:放大镜(英文名称:magnifier):用来观察物体细节的简单目视光学器件,是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的角(视角)。
简介
  视角愈大,像也愈大,愈能分辨物的细节。移近物体可增大视角,但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜,令其紧靠眼睛,并把物放在它的焦点以内,成一正立虚像。放大镜的作用是放大视角。历史基本上,没有一个明确的资料显示放大镜是何时发明的,但可以肯定是不晚于十三世纪末发明的。
  早于千多年前,人们已把透明的水晶或透明的宝石磨成“透镜”,这些透镜可放大影像。
眼镜
  也可算放大镜的一种。有传闻这项杰作是某些人于13世纪末发
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放大镜
明的。
  中国的一位不知名工艺匠。
  1260年,马可·波罗曾描述过中国老人家们看字时,戴着眼镜加大字体。
  大椭圆形,把水晶石、石英、黄玉、紫晶磨制成镜片,并镶在龟壳内作镜框,眼镜脚一用铜制卡在鬓角上,二把细绳栓在耳朵上,三将镜脚固定在帽子上。
  造价不斐,身份地位的象征,曾有一乡绅用一匹马换一副眼镜。
  意大利多斯加尼的亚历山大·史毕那 (Alessandro di Spina)。
  威尼斯与纽伦堡制作的高透明镜片曾闻名欧洲。
  只是放大镜,阅读时才拿在手上。
  英国学者罗杰·贝肯 (Roger Bacon)。
构造
  分为两部份:透镜、镜柄。
透镜
  一整块的透明或半透明物体。
  其折射面是两个球面,或是一个球面一个平面。
  摸上去非常平滑,不会凹凸不平。
  通常周围有物料围绕着。
镜柄
  连着透镜。
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放大镜
样子并有没模限,最普遍的是柱状。
  用处:
  1.放大物体的影像——放大镜最主要的功能
  把放大镜放于物体前适当距离即可从透镜内观看被放大的影像,留意物体实际上并没有被放大。
  2.聚焦取火——次要功能
  在强光照射下,透镜的焦点部位会特别光猛,焦点部份便会变焦或著火。
  要注意放大镜并不能放大角度。
制作原料
  透镜
  最主要的还是玻璃,十分合乎经济原则,既便宜又美观,商人们的良好选择。
  较贵重的可以是些稀有矿石,例如:红宝石、玛瑙、水晶等。
  比较另类及有创意的可以是:水、……
  镜柄
  只要是固态物品,几乎都可以作为镜柄的原料,例如:
  玻璃
  塑胶
  金属 (金、银、铜、铁、锡……都可,只是价钱不一罢了,但有些异常昂贵。)
  木
  贝壳
  硬纸
  原理
  为看清楚微小的物体或物体的细节,需要把物体移近眼睛,这样可以增大视角,使在视网膜上形成一个较大的实像。但当物体离眼的距离太近时,反而无法看清楚。换句话说话,要明察秋毫,不但应使物体对眼有足够大的张角,而且还应取合适的距离。显然对眼睛来说,这两个要求是相互制约的,若在眼睛前面配置一个凸透镜便能解决这一问题。凸透镜是一个最简单的放大镜,是帮助眼睛观察微小物体或细节的简单的光学仪器。?
  现以凸透镜为例,计算它的放大本领。把物体PQ置于透镜L的物方焦点和透镜之间并使它靠近焦点,如图2-20(a)所示,于是物体经透镜成一放大的虚像P′Q′。为了便于观察,通常使虚像位于明视距离处。P′Q′对眼的视角近似为 若不用透镜而将物置于明视距离处时,从瞳孔看物的视角为 (y以cm为单位) (2—3)?于是透镜的放大本领为 (f′以cm为单位) (2—4)?若凸透镜的像方焦距为10cm,则由该透镜做成的放大镜的放大本领为2.5倍,写成2.5×。如果仅从放大本领来考虑,焦距应该取得短一些,而且似乎这样可以得到任意大的放大本领。但由于像差的存在,一般采用的放大本领约为3×。如果采用复式放大镜(如目镜),则可以减少像差,并使放大本领达到20×。
  聚焦放大镜
  focusing magnifier
  装在双镜头反光相机的聚焦罩上的放大镜。便于复印或显微镜摄影当时需要精确对焦。供单镜头反光相机使用时,装在目镜上使用