技术发展史 图像处理 vol.2 透镜篇 (简体中文)
8页1、技术发展史透镜篇 第 2 卷图像处理2要想实现稳定的图像处理, 就需要从有关透镜特性的知识出发, 选择最适合您应用的透镜。 透镜类型众多, 每一种都能产生不同的效果。 透镜的形状和材料特性决定了它所属的类型。 这本小册子介绍了透镜从最初起源到现时现世的发展历史。凹透镜与凸透镜的折射原理及其功能图 11. 凹透镜与凸透镜的发明透镜的英文 (lens) 源于拉丁文 lentil, 该词来自于地中海地区。 在日语中这是又一个外来词, 在二战时期曾称为 “tokyo (透明的镜子) ” 。 其起源可追溯到在宗教仪式中用作生火工具或在古文明中作为饰品的水晶球或玻璃球。 人们普遍认为, 透镜的起源可以上溯到 2000 年前古罗马哲学家塞内加 (Seneca), 他曾经叙述 到 “水晶球可以放大字” 。透镜运用了称为光 “折射” 的原理 : 即光发生弯曲并改变了行进方向。 中间较厚并且呈球状的凸透镜可以聚合光线 ; 外圈较厚并且呈沙漏状的凹透镜可以分散光线。行进的光线将光线聚集于一点上分散光线AAAAAAAA凸透镜的 作用凹透镜的作用观察近处 物体时观察远处 物体时32. 凹透镜与凸透镜的使用透镜一
2、直在两个领域中不断演进: 日常生活中佩戴的眼镜, 以及将透镜用于显微镜、 望远镜和照相机中的工具性应用。 第一副眼镜于 13 世纪投入实际使用, 它实际上只是利用了凸透镜的简易放大镜。 起初, 它被称作 “魔鬼的工具” 。 与此同时, 带两片镜片的眼镜面世, 利用凹透镜的近视镜也于 16 世纪被发明出来。 显微镜和望远镜中哪一个先被发明出来? 正确答案是显微镜, 它于 16 世纪末问世。 之后, 英国人虎克 (Hooke) 发明出利用两个凸透镜 (物镜和目镜)的复式显微镜; 几乎同一时期, 荷兰人发明出单透镜显微镜。 望远镜是由荷兰人李伯希 (Lippershey) 发明的,他将凸透镜作为物镜并将凹透镜作为目镜。 伽利略 (Galileo) 随即改良了这项发明并将其运用到天文观测中,他正是用这种设备发现了土星环。 此外, 德国天文学家开普勒 (Kepler) 设计出了将凸透镜作为物镜和目镜的开普勒式望远镜。 近视和利用凹透镜的眼镜的机理图 2(a) 近视的机理远处物体的图像在视网膜前面的位置形成。眼球晶状体视网膜 在此处成像。数米之外25 cm远点近点视觉清晰的范围视网膜在此处成像。凹
3、透镜(b) 用凹透镜校正时经过凹透镜的分散处理后, 远处物体的图像得 以在视网膜上形成。利用表面折射的 透镜球面透镜非球面透镜圆柱形透镜环形透镜菲涅耳透镜未利用表面折射机理的透镜自聚焦透镜 (梯变折射率透镜)衍射透镜43. 透镜类型凹透镜和凸透镜可进一步细分为许多不同的类型, 其中包括: 圆形表面的球面透镜、 表面弯曲但非球面的非球面透镜、 背部拱起的圆柱形透镜、 形似一段甜甜圈的环形透镜以及搓板状表面的菲涅耳透镜。 在这些透镜上, 光线会在透镜的表面发生折射。 不过还有一些其他类型的透镜, 包括借助梯变折射率产生光学效果的自聚焦透镜 (梯变折射率是由透镜材料产生, 而非通过透镜表面的折射形成) 和利用光波分散现象的衍射透镜。 自聚焦透镜通常用于内窥镜中, 衍射透镜通常用于 CD 和 DVD 播放器中。远视和利用凸透镜的眼镜的机理图 325 cm近点视觉清晰的范围在此处成像。在此处成像。凸透镜(a) 远视的机理近处物体的图像在视网膜后面的位置形成。(b) 用凸透镜校正时用凸透镜避免了近点成像过远, 从而让图像形 成在视网膜上。 5透镜的各种形状图 4光轴菲涅耳透镜圆柱形透镜(a) 凸透
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