焦距测量（共7篇）
焦距测量 篇1
透镜是光学仪器中最基本的元件。焦距是反映透镜特性的一个重要物理量。由于使用目的不同, 需要选取不同焦距的透镜或透镜组。测量透镜焦距一般在导轨上进行, 方法多种多样, 自准法测量是一个重要方法, 但是, 自准法测量容易出现假象而造成误判;另外, 对成像清晰度的判断直接影响测量的准确度。本文推荐用分光计测量薄透镜焦距, 不但不会造成真假像误判, 而且对成像清晰度判断准确度高。
(一) 自准法测量透镜焦距原理
测量凸透镜焦距:如图1所示, 将物点A安放在凸透镜L1的焦点 (或焦平面) 上时, 它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜M将此平行光反射回去, 反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦点 (或焦平面) 上, 则间距即为该凸透镜的焦距。
测量凹透镜焦距:如图2所示, 将物点A安放在凸透镜L1的主光轴上, 测出它的成像位置F。固定凸透镜L1, 并在L1和像点F之间插入待测的凹透镜L2和一平面反射镜M, 使L2与L1的光心O1、O2在同一轴上。移动L2, 可使由平面反射镜M反射回去的光线经后, 仍成像于A点。此时, 从凹透镜射到平面镜上的光将是一束平行光, F点就成为由平面镜M反射回去的平行光束的虚像点, 也就是凹透镜L2的焦点。测出的L2位置, 则间距即为该凹透镜的焦距。
(二) 自准法测量透镜焦距误差主要来源
从测量透镜焦距原理图1和图2看到, 从A处发出的光线经透镜透射在被测透镜的右侧形成平行光, 然后通过平面反射镜将平行光反射回去, 根据光的可逆性, 在A处形成等大倒立的实像;在实际操作过程中, 通过左右移动图1中的凸透镜L1和图2中的凹透镜L2直至在A处看到清晰的实像来证明在被测透镜至平面反射镜之间的光束为平行光, 从而透镜焦距即可测得。然而, 利用光线返回的方法测量有两个弊端: (1) 凸透镜在某个位置时, 由凸透镜表面反射光在A处也会形成一个等大倒立的实像, 给判断平行光是否形成造成错误, (2) 用眼睛直接判断A处成像是否清晰难度大, 有时候图1中的凸透镜和图2中的凹透镜在一定的移动范围内看到A处成像都清晰;显然, 利用光线返回的方法测量透镜焦距误差会明显偏大。
(三) 用分光计测量透镜焦距
分光计中主要部件是自准直望远镜, 它由自准目镜和物镜组成, 使用前必须用自准法调节望远镜对焦无穷远处, 这样, 通过目镜看到图像清晰即可以判断由透镜折射后进入望远镜的光线是平行光。
用分光计测量凸透镜焦距的光具摆放位置如图3所示, 由光源发出的光线照射到物屏A上 (A上有一个向上箭头“↑”的孔) , 光线透过箭头“↑”孔射向凸透镜L1, 经平面反射镜M改变方向进入自准直望远镜T, 左右移动凸透镜L1直至通过自准直望远镜T的目镜看到清晰的箭头“↑”, 此时, 凸透镜L1到物屏A的距离即为凸透镜L1的焦距1f。
同样道理, 用分光计测量凹透镜焦距。如图3所示, 在凸透镜L1的前方 (以光的传播方向为参考方向) 安放一块毛玻璃屏F, 适当调节物屏A、凸透镜L1、毛玻璃屏F的位置, 通过自准直望远镜T的目镜看到在毛玻璃上形成一个清晰的箭头“↑”的实像并记录此时像 (毛玻璃) 的位置F, 然后, 把毛玻璃屏换成凹透镜L2, 左右移动凹透镜L2的位置直至通过自准直望远镜目镜看到清晰的箭头“↑”并记录此时凹透镜L2的位置, 则毛玻璃屏F到凹透镜L, 之间距离即为凹透镜的焦距f2。
(四) 测量数据及分析
用分光计测量透镜焦距数据如下:
1. 测量凸透镜焦距数据 (表1)
单位:cm
2. 测量凹透镜焦距数据 (表2)
单位:cm
从表1和表2测量数据看出, 凸透镜焦距测量值为 (20.10±0.03) cm, 相对误差为0.1%;凹透镜焦距测量值为 (26.05±0.10) cm, 相对误差为0.3%。结果表明, 用分光计测量透镜焦距精准度高, 重复性好。
(五) 结束语
用分光计测量透镜焦距充分利用了准直望远镜来鉴别平行光, 不必把光线向光源回射, 避免出现假象而造成误判;另外, 采用准直望远镜对成像清晰度的判断更加直接, 对成像清晰度判断准确度更高。测量数据表明, 用分光计测量透镜焦距精准度高, 重复性好。
摘要：测量薄透镜焦距一般在导轨上进行, 方法多种多样, 自准法测量是一个重要方法, 但是, 自准法测量容易出现假象而造成误判;另外, 对成像清晰度的判断直接影响测量的准确度。文章推荐用分光计测量薄透镜焦距, 不但不会造成假像误判, 而且对成像清晰度判断准确度高。
关键词：薄透镜,自准法,分光计
参考文献
[1]华中工学院, 天津大学, 上海交通大学.物理实验基础部分 (工科用) [M].北京:高等教育出版社, 1981:160-162, 172-175.
利用超焦距等 篇2
Janet Stevens
Chris的回答：超焦距是镜头的某一特定对焦距离，当镜头以这一对焦距离对焦时，从可达到的最近处直到无穷远处的景物都是清晰的。在使用广角镜头拍摄风光时，我们通常都希望确保眼前的前景和远处地平线上的景物都是锐利的，因此在这些情况下，超焦距的应用便能带来尤其大的便利性。
超焦距的本质，便是让景深达到最大值。既然如此我们便能理解，决定超焦距的因素与决定景深的因素是一样的——包括所使用镜头的焦距(变焦镜头的焦距设置)，光圈值，以及相机的影像感应器大小。只要位于“有效”焦距范围内，感应器尺寸较小的APS-C画幅单反相机，其景深范围会比较大，因此与使用同样焦距镜头的全幅相机相比，后者的超焦距便比前者的要大。
在大多数尼康、宾得和索尼的APS-C画幅单反相机上，18mm镜头可获得27mm的有效焦距。在佳能机身上，其有效焦距可接近29mm。那么，以f／11的光圈值进行拍摄，此时的超焦距便是145cm(对于佳能机身是153cm)。而如果是一支安装于全幅相机机身上的28mm镜头，那么在光圈f／11下，其超焦距就要达到234cm。
在任何情况下，景深范围都是由对焦距离的一半处直至无穷远。在以上的例子中，145cm、153cm以及234cm的超焦距，其相应的景深范围分别是72.5cm至无穷远、76.5cm至无穷远、以及117cm至无穷远。
快速解答超高速?
我为自己的尼康D7000买了一张SanDisk ExtremePro 300x 16GB SDHC存储卡，但是它的写入速度实在有点让我失望。这该归咎于相机还是存储卡?
Stephen Hedges
Paul的回答：D7000是惟一宣称可以充分支持UHS-1标准存储卡的相机。但是在我们的测试中，写入速度仅为11.3MB／s，而并不支持UHS-1的佳能EOS 550D却能达到17.9MB／s。
尼康VS适马
我想为尼康D5000套机再配一支平价的长焦镜头。目前我比较倾向于尼康AF-S DX VR 55200mm f／4-5.6G IF-ED以及适马50200mm f／4-5.6 DC OS HSM，哪个比较好呢?
Mike Waters
Paul的回答：根据我们的评测结果，尼康这支镜头的成像比适马的要锐利一些，尤其是在大光圈长焦端差别更为明显。适马的综合表现也不错，并且价格更便宜一些，不过相较而言，我们还是比较推荐尼康的这支镜头。
照片点评(专家)
落日下的海滨小屋
Andy说：我见过很多光线明亮、色彩缤纷的海滨小屋的照片，我想试试不一样的效果。当时太阳已快要落下，于是我把日落景象也纳入画面，这就决定了我的拍摄角度。
我以不同的参数进行了三次曝光，然后将它们合成为一张HDR文件。接下来，我将该文件导入Dynamic Photo HDR，进行初步的影调调整。最后，在Photoshop CS5中使用Topaz Adiust 4插件完成了后期处理。在HDR处理过程中，噪点会有所增加，因此我还使用了Imagenomic降噪滤镜。
一开始，我对这幅作品是非常满意的，但是一位朋友告诉我，他觉得把红色的小屋裁掉之后构图会更好。对于街灯周围的HDR光晕我也有些没把握——我本来可以把它们都用仿制图章修掉，但是对此我的经验不足。有些人可能会觉得太阳部分的高光溢出有些问题，但我觉得很适合整个画面的氛围。
HDR影像专家Jeff Morgan的点评：这对于HDR摄影而言，首先需要考虑的一点便是，HDR效果必须要对画面起到强化的效果。Andy显然捕捉到了一个氛围强烈、动人、非常适合以HDR来表现的场景，并呈现了一幅吸引眼球，并能让观众为之驻足的画面。
对角线式的构图，让视线沿着一排小屋延伸，深入画面内部，并最终引向落日。
如果将红色的小屋裁掉的话，这种强烈的对角线和广角效果就会被削弱，所以尽量保留它，可以使用海绵工具降低它的饱和度。
如果还有机会再拍摄一次的话，我建议使用三脚架，并且增加两次曝光，一次-4EV，一次-6EV。这会让落日的形状更圆，天空过曝的情况也可得到缓解，而且因为可供利用的数据量增大，最后画面中不自然的光晕也会减少。以RAW格式拍摄，也可以最大程度地保留暗部和高光部的细节，同时控制噪点数量。
综合评价
HDR处理的效果非常适合这一场景。
强有力的对角线，有效地引导了观众的视线。
最左侧的红色小屋饱和度有些过高。
天空中过曝的部分稍微有些干扰画面。
影像风格之惑
我一般习惯使用相机提供的“肖像”或者“风景”之类的影像风格来拍照，但是当我以RAW格式拍摄、并且在Photoshop里进行编辑时，这些模式看不出任何的效果，这是为什么呢?
Jason Perry
Geoff的回答：使用影像风格模式，可以让你在使用高级拍摄模式如程序自动、光圈优先、快门优先或者手动模式的时候，控制色彩表现、对比度以及锐度等因素。
影像风格设置对于JPEG和RAW格式都是起作用的，但是如果以RAW格式拍摄的话，只有在使用相机生产商自有的图像处理软件(如佳能Digital Photo Professional或者尼康Capture NX)时，影像风格设置的数据才能被软件正确处理。而如果使用Adobe Camera Raw来处理这些RAW文件，这些信息便会丢失。最新版本的Adobe Camera Raw包含有“相机校准”项目，其中的多种预设可以很好地模拟大多数现有单反相机所提供的影像风格效果。
名词解释
大幅面打印机
什么是大幅面打印机?普通的喷墨打印机所能打印的照片尺幅最大不超过A4，而大幅面打印机则能够打印A3+或者13×19英寸的大尺幅照片。另外，这些打印机通常能够支持各种不同的打印介质——从亮光面到亚光面，从艺术纸到油画布等等。
它们的工作原理是什么?大幅面打印机和小型喷墨打印机是相似的，但是前者的墨盒数量更多一些，一般在8个以上，以获得更宽广的色彩范围。有些大幅面打印机使用的是染料墨水，这种墨水适合于光亮面材质输出。另外一些则使用颜料墨水，适于在亚光介质上进行输出。最大输出尺寸是多少?爱普生的某些机型(如Stylus Photo R3000)带有送纸卷轴，可以输出长度非常可观的全景宽幅作品。而爱普生Stylus Pro 3880可支持A2
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(17×22英寸)超大幅面的输出，在全景模式下可达17×34.7英寸。
总体的运行成本会与小型打印机有显著差别吗?如果输出的作品颜色较深，因为其所需的墨水量较大，大幅面打印机的输出成本肯定会上升得比较明显。但是A3+幅面作品的平均打印成本一般不会太高，当然，这与所使用的输出介质成本也有关。
对于彩色和黑白打印而言，哪种打印机最合适?佳能PIXMA Pr09000 Mark II非常常适合用来输出亮光面的彩色作品，而爱普生的颜料墨水打印机如R3000，便是黑白打印的理想选择，同时也很适合亚光面彩色作品的输出。
闪光光线平衡
当我使用相机自带的机顶闪光灯拍摄时，前景通常都能保证明亮清晰，但背景却漆黑一片，看不见细节。有什么办法能解决这个问题吗?
Jake Greenwood
Chris的回答：机顶闪光灯能够为前景中的物体提供有效的照明，但如果被闪光灯照亮的前景部分的曝光是准确的，那么背景很可能就会偏暗。解决这一问题的关键在于，要把握好闪光灯亮度(输出功率)与环境光线之间的平衡。很多单反相机都拥有慢速同步闪光模式，在该模式下，相机会在闪光的同时降低快门速度，使得弱光背景得到充分时间的曝光，从而获得均衡的曝光效果。如果你使用的是佳能相机，那么在使用闪光灯时，将拍摄模式设为Av(光圈优先)模式，也能获得同样的效果。
若需要更精准地调控这种平衡，我们可以利用相机的曝光补偿来提亮或压暗背景区域，同时利用闪光曝光补偿来调节前景的亮度。
启用慢速同步闪光模式会降低快门速度，这也就意味着，机震的影响将会变大。所以我们需要适当提高ISO值——通常介于ISO400到ISO1600之间。如果想要获得最完全的控制权，那么还是使用手动模式吧!详细操作请见下述内容。
如何在手动模式下控制闪光平衡
手动拍摄模式加上手动控制闪光灯输出，让你获得最大主导权。
1转为手动模式
将拍摄模式设置为手动模式，参考相机液晶屏上的模拟曝光显示，根据环境光线情况设定合适的光圈快门组合。
2提高ISO值
为了避免机震造成的影像不实，将ISO值调高。否则的话，被闪光灯照亮的前景是锐利的，而相对较暗的背景则有可能是虚的。
3调节闪光
调节光圈值或快门速度，来控制背景的亮度。要调整前景的亮度，则通过手动操作、升高或降低闪光灯的输出功率来完成。
快速解答
中等焦距变焦还是超级变焦镜头?
我的套机镜头是一支1855mm的变焦镜头，成像不错，也够锐利。如果想扩展一下焦段的话，是应该再买一支55-200mm镜头，与我这支搭配使用呢，还是直接买一支18-200mm的超级变焦镜头替代我已有的这支?
Damien Bird
林曦的回答：超级变焦镜头很适合旅行或者度假时拍摄使用。你的行李里只需放上这样一支镜头，重量轻而且也避免了换镜头的麻烦。但是，相应的代价便是成像品质的损失。这些镜头的畸变和色散问题会稍微严重一些，同时锐度也会有所下降。
测光
我听说单反相机也可以当做测光表来用，这到底是如何操作呢?
Ellen Jones
Paul的回答：单反相机的确可以当做测光表，它通常都提供评价测光、中央重点测光以及点测光这几种模式。在程序自动、光圈优先或快门优先拍摄模式下，半按快门，机身液晶屏和取景器中即会显示匹配的光圈值和快门速度。在手动模式下，可参考液晶屏的模拟曝光显示未确定合适的光圈快门组合。
照片点评(专家)
Croft掠影
拍摄者的心得
Martin说：这是我六月时在英国Croft赛道拍摄的。我坐在观众席最下一层，与赛道平齐，当时这辆赛车正在弯道前减速。我希望让背景虚化，同时让赛车保持清晰，为此我整个下午都在试验各种快门速度。我没有对照片进行太多后期处理，只是将画面底部裁去了一部分，让构图更舒服；另外，将前景中的护栏修掉了。可惜车尾部分有点虚，而且车身上的Logo看上去不够鲜明，但我很满意车轮的效果，它很好地突出了速度感。
专家意见
Geoff的点评：你向我们证明了，不用单反相机也能拍出好照片。照片的对焦很准确——在这样的情况下，想要让整个车体都同样锐利是非常困难的，因为车身各部分与相机之间的相对速度是不一样的。我只对一个问题保留看法：选择一辆彩色的赛车来拍摄，会让照片更吸引人。
Paul的点评：这是一张很不错的作品，但它仍有提升空间。1／160s的快门速度对于直线行驶的赛车来说是合适的，但是对于正在拐弯的赛车，不妨将快门速度降低到1／125s甚至1／60S，这能让背景得到更充分的虚化。全侧面的构图也显得有些呆板，但通过裁切和旋转，能让它脱胎换骨。此外，也不妨将色彩的饱和度做一些提升。
总评
车身非常锐利，背景虚化合理
快门速度把握准确，车轮也得到了很好的虚化
画面有些过于柔和苍白，车辆的色彩不鲜明
构图略显平淡，可以稍加改变，让其动感更强烈
如何为赛车照片增强冲击力
只需简单的裁切和旋转操作，便能有效改善构图
1旋转与裁切
在Adobe Camera Raw中打开JPEG格式的原片，选择“裁切”工具，单击并拖曳裁切选框，使其包含整个画面。单击选框一角的旋转手柄，旋转画面，让车辆在画面中呈现倾斜状，以增添速度感。
2应用动感模糊
点击“打开图像”，在Photoshop中选择“图层”>“复制图层”，将副本图层重命名为“动感模糊”。选择“滤镜”>“模糊”>“动感模糊”，在对话框中调节模糊角度，使其平行于车辆的运动方向，将“距离”设为200像素。
3显示模糊效果
在按住Alt键的同时点击“添加图层蒙版”按钮，为动感模糊图层添加一个以黑色填充的蒙版，将该图层遮蔽。将前景色设为白色，选择一个大直径、柔软的画笔，在背景部分涂抹，使模糊的部分显露出来。
翻转屏的必要性
我注意到，很多单反相机的广告中都提到它们拥有可翻转LCD显示屏。这种显示屏真有那么实用吗?还是只是商家的噱头而已?
Mark Scott
Chris的回答：一些最新推出的单反相机，如佳能EOS 600D，尼康D5100以及索尼α390等，都拥有可翻转LCD显示屏。佳能和尼康这两款相机的显示屏是可以全方位翻转的，索尼的只能上下翻转。但不管具体是哪种翻转方式，它们为超高或者超低角度拍摄都提供了很大的便利性。
开启相机的即时取景模式，你便可以将相机举过头顶、从人群上方拍摄；或者将相机放在地上拍摄，而无需整个人
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都趴在地上观察取景器。而全方位翻转LCD的灵活性就更大了，你甚至可以将它翻出来，使之朝向镜头前方。这在使用三脚架自拍时，就显得尤为方便了。
相机设置
一步搞定
作为一名经验比较丰富的摄影师，我在使用35mm相机时从来不用诸如人像或者风景一类的情景模式。那么在使用数码单反相机时，有必要用这些模式吗?
Tom Young
Geoff的回答：如果你已经对光圈快门设置及其相应的曝光效果了如指掌，并且能够熟练地通过调节光圈快门，来控制景深、捕捉运动物体的瞬间姿态等等，那么，在胶片相机上的确没有什么必要来使用人像、风景或者运动等情景模式。
但在数码单反相机上，情况就有所不同了。只需简单地切换一下情景模式，便相当于快速地调节了一大批拍摄参数。无需进行复杂的按钮和菜单操作，便能完成对相机的设置，并获得理想的拍摄结果。
1人像
在该模式下，相机对色彩表现进行了调整，使得皮肤色调变得柔和明亮，同时锐度做了适当降低，以弱化皮肤上的细纹和瑕疵。
2风景
锐度和对比度被提升，同时蓝色和绿色的饱和度也被提高了。这种模式能让画面显得更加清晰通透，色彩更为鲜艳明快。
3微距
在各个情景模式当中，这个模式可能是最不常用的一个。因为只有在配合使用了微距镜头或者近摄镜时，它才能真正发挥作用。
4运动
该模式下，相机会倾向使用较高的快门速度，来捕捉运动物体的瞬间动作。同时将启用连续伺服自动对焦以及连拍模式。
动态范围
在开启相机的自动亮度优化功能之后，有些照片的反差看起来似乎过低了。我该在什么时候使用这种功能，又在什么时候最好不要使用它呢?
Paula Curtis
Paul的回答：任何相机可容许的动态范围都是有限的，而在高反差的场景下，通常无法兼顾高光部和暗部的细节。其结果便是，根据曝光设置的不同，要么高光一片死白，要么暗部一片漆黑。
如同佳能相机的自动亮度优化功能，尼康、宾得和索尼的一些单反相机也拥有类似的功能，可以增大动态范围。这一功能可在维持高光部分亮度基本不变的同时，有选择性地提亮暗部，从而在高反差场景中，呈现出更多的细节。它的效果类似于对画面的不同部分应用不同的感光度——降低高光部分的ISO值，同时提高阴影部分的ISO值。
而这一功能的副作用，便是使得整体画面的反差降低。我们发现，这一情况在使用佳能的自动亮度优化功能时最为明显。所以，如果你想获得反差鲜明、对比强烈的照片，而相对不太看重画面细节的呈现的话，最好将该功能关闭。
另外，很多相机允许你设定动态范围控制的强度，可以在弱、中、强几个档位中选择，所以你可以对其效果进行控制。如果你使用RAW格式拍摄的话，那么只需简单地将该功能开启或关闭即可，至于其效果强弱，可以留待后期处理时再作调整，但注意，要使用相机厂商自行提供的RAW处理软件。
照片点评(网友)
人体几何
网友点评
PhotoRadar的评论：线条、形体、轮廓与肌理的有趣融合。模特的动作为画面提供了一个富于冲击力的视觉焦点，而光线与色彩则与整个场景相呼应。
Gil Ritchie的评论：不怎么样。
d.2.3的评论：我想说，没人会愿意搭理“不怎么样”这种毫无建设性的反馈。
Gil Ritchie的评论：我只是觉得，我实在懒得为这样一张照片浪费精力再去写什么“建设性”的评论。Bjorker，你的相册里有太多比这张好的作品了。所以我才说“不怎么样”，而且我坚持这一点。
Amy的评论：非常喜欢这张!有种Bob Carlos Clarke的作品的感觉。我想知道模特需要保持这个姿势多长时间!
PolaroidSky的评论：很棒。放大看才能感受到它有多棒。让我回想起了盖伊伯丁的作品。
“三招”教你测量凸透镜的焦距 篇3
实验器材 凸透镜、白纸板、刻度尺。
测量步骤 1.让凸透镜正对着太阳, 拿白纸板在它的另一侧来回移动, 直到纸上的光斑最小为止。
2.用刻度尺测出纸板到凸透镜的距离D, 则凸透镜的焦距f=D。
实验说明 1.因为只有太阳光与凸透镜的主光轴平行时, 才能准确地确定焦点的位置, 故操作时应让凸透镜正对着太阳, 即让太阳光垂直于凸透镜, 且白纸板与凸透镜平行。
2.当纸上的光斑最小时, 应保持凸透镜、白纸板的相对静止。
3.选用纸板而不用白纸的原因是白纸较软, 测量时不方便。
实验原理 凸透镜在成实像时, 若物距等于2倍焦距, 则像距也等于2倍焦距, 且物与像等大。
实验器材 光具座、蜡烛、凸透镜、光屏。
测量步骤 1.在光具座上的中间位置固定好凸透镜, 两侧较远处等距离放置点燃的蜡烛、光屏, 调整蜡烛、凸透镜、光屏, 使它们的中心在同一高度。
2.将蜡烛和光屏等速向凸透镜靠近, 直到光屏上出现清晰的实像。
3.测出光屏 (或蜡烛) 到凸透镜的距离D, 则凸透镜的焦距undefined。
实验说明 1.该实验若通过物像等大的方法来确定位置, 不具有操作性, 原因是蜡烛的火焰不方便测量大小。
2.在将蜡烛、光屏向凸透镜靠近的过程中必须保证等距离移动, 否则所确定的像距 (或物距) 就不等于2倍焦距。
方法一
实验原理 当将物体置于凸透镜的焦点上时, 既不成实像也不成虚像。
实验器材 凸透镜、刻度尺、书本。
测量步骤 1.将凸透镜靠近书本, 通过凸透镜观察到放大正立的文字, 然后将凸透镜平行远离书本, 直到无法通过凸透镜观察到清晰放大的文字为止。
2.用刻度尺测量此时的书本与凸透镜的距离D, 则凸透镜的焦距f=D。
实验说明 1.观察过程中应保持凸透镜与书本平行。
2.当无法观察文字时, 应立即停止移动, 此时, 应保持凸透镜与课本的相对静止。
方法二
实验原理 对于凸透镜而言, 当将点光源置于凸透镜的焦点位置时, 折射光线将平行于主光轴。
实验器材 光具座、凸透镜、带小孔的光屏、蜡烛、平面镜。
测量步骤 1.在光具座上, 从左至右依次放点燃的蜡烛、带小孔的光屏、凸透镜、平面镜, 调整高度, 将蜡烛紧靠光屏, 并将烛焰中心、光屏小孔、凸透镜光心、平面镜调整于同一高度, 并保证它们与光具座垂直。
2.同时等速移动蜡烛和光屏, 观察到烛焰经小孔射出的光经凸透镜折射、平面镜反射、又经凸透镜折射后, 会聚成的光斑S′与小孔S恰好重合为止, 如右图所示。
3.从光具座上读出光屏与凸透镜的距离D, 则凸透镜的焦距f=D。
实验说明 1.采用烛焰与带小孔光屏的目的有二, 一方面可以构造出点光源, 另一方面可以承接像。
调星不可忽视“焦距” 篇4
两年前，我用一面被废弃的“锅”接收亚洲3S节目时，按以往的经验费了好长时间接收不到信号，心中很是疑惑。是旧锅接收不到信号，还是分体天线精度太差，还是高频头有问题？这个天线虽然锅面稍旧，但质量尚可，应该能接收信号。仔细观察锅面才发现问题：原三根支撑杆腐烂，换用三根不锈钢杆，但不锈钢支撑杆较以前腐烂的细铁管短了10cm，安装支撑杆和馈源盘后，致使馈源盘距锅面中心的焦点比原始设计焦距短了5cm，所以天线不能接收信号。改正方法是：将固定锅面与三根支撑杆的“点”向锅心移动适当的距离，以抬高馈源盘或高频头距锅心的高度；或者将高频头向上拔动几厘米，以增大焦距。改正焦距后，不多时就收到了信号。我在外调星时也遇到过同样的问题，用户换了三根支撑杆后，因较以前的支撑杆短了许多，致使焦距少了一些，该用户费了多时却接收不到信号，我将其支撑杆的支点改变以后就能收到信号了。
还有一次替朋友调试接收韩星节目，遇到的也是这样的故障。朋友也有多次调星经验，但费时很多，几次接收韩星都没有信号，几次打电话求助。隔日去朋友家，到楼顶看接收设备齐全。朋友说，接收信号总是太低无法收视。重新调整了方位角、仰角、极化角后，天线“大三角”已调整到最佳状态，但信号质量还是较低，无论如何也不能提高信号质量。我仔细观察：该天线是1.35m正馈中卫天线，质量较好；用C盘改制的简易Ku铝制夹具简单固定住Ku头，Ku头底盖比原大高频头（C头）离锅心焦距不够。根据自己的经验，将Ku头往锅心的方向移动了一些，焦距缩短了2cm，发现接收信号质量上升了20%。信号指示灯立即显示有了信号。看来Ku波段的焦距调整比C波段的焦距调整更为重要，更要求精准。所以用正馈天线调试Ku波段信号时，不要只调整好了“大三角”就忽视了焦距。
另外，在自制锅盖天线时，发现Ku头的焦距调整更不容忽视。确定焦距虽有公式计算，但我还是认为以实际调整为准。因为天线弧度不同或精度不够，而天线的焦距也不同。简单的方法，即用Ku头在锅盖的前方寻找最佳的位置及角度。
焦距·他·她·它 篇5
对于大多数中国人甚为陌生的Tesco而言, 提高曝光率无疑是一件好事情。然而作为全球第三大零售商, Tesco在中国不仅没有获得第三大零售商的地位, 反倒因为退货事件成为众矢之的。
从2008年11月开始, 全球第三大零售业巨头Tesco (中国) 公司开始了一场被外界称为“最大规模”的退货行动, 整个退货行动持续到2008年底, 有一种说法认为, 约有30%的商品将被退还给生产厂家。Tesco中国公司事务部经理武汀汀拒绝透露具体退货规模, 只是强调没有达到3 0%, 并表示乐购与供应商签订的合同中明确规定超市有权退回商品, 按照合同办事的Tesco显然没有料到一个退货会引发如此大的动静。有供货商公开抱怨称, 退货将使其库存严重积压。部分供应商开始主动向媒体抱怨, 声称这个“最大规模”的退货行动是乐购转嫁风险的行动。显然, 大家认为, 在经济危机环境下, 各企业都在承担压力, 作为伙伴, 超市应该与供应商分担压力。T E S C O乐购北京区相关负责人表示, 此次退货是正常的经营行为, 只是清退过季商品, 并增加新年期间应季商品的库存。该负责人强调, 此次退货在零供双方的合同中也是允许的, 属正常合法商业活动。
家乐福“换帅”多棱镜
2009年1月1日起, 雀巢营销执行副总裁LarsOlofsson, 将接替JoséLuisDurán, 担当家乐福的CEO。在这之前, 更换C E O的消息, 在家乐福集团内部已流传数月之久。在11月14日的家乐福集团董事会后, 事情最终水落石出。
JoséLuisDurán的出局并不让人意外。2008年3月, 家乐福集团原大股东halley (哈雷家族) , 将大股东地位拱手让与法国首富bernardarnault及美国私有股本公司colonycapital (柯罗尼资本) 后, 在外界看来, CEO的更换便只是个时间问题了。而3月至今, JoséLuisDurán领导下的家乐福, 并不出色的业绩表现, 只是加速了这一进程。“换帅如换刀”, 在例行感谢了JoséLuisDurán的贡献之后, 家乐福迎来了新的掌舵者——在消费品领域有着30年从业经验的LarsOlofsson。对这个全球第二大的零售商, 董事会期待从LarsOlofsson的产品在全球金融危机和经济萧条之下, 在老对手沃尔玛宣布“将放缓其新增门店速度”之时, 家乐福却依然保持高速扩张。
国美:“黄光裕风波”吹皱一池水
中国“首富”、国美电器董事局主席黄光裕被拘查的消息, 2008年11月25日终于得到了北京市公安局方面的口头证实, 但是对于黄光裕被拘查的原因依然没有定论。一条神秘的匿名短信将黄光裕以及国美财务总监周亚飞被抓的消息散播开来后, 国内最大的家电零售企业——国美电器便被拉进了一场紧张的危机公关中。11月24日以国美电器总裁陈晓为首的“7人委员会”召开紧急会议, 其主题就是分头稳定供应商、银行、外资股东和员工。虽然黄光裕从国美电器的日常管理事务中退出已近两年, 但是此次事件还是对国美电器的运营产生了无形的冲击;尽管20余家供应商以不同的形式对国美电器表达了自己的支持, 但是随着此次事件的深入, 国美电器的现金流、与供应商的合作关系如何, 本来就比较紧张的零供关系又会走向何方, 围绕着电器连锁模式引发的争论正在上演。
沃尔玛:岁末降价搅热国内零售业
沃尔玛 (中国) 投资有限公司宣布, 为更好地应对国际金融危机带来的影响, 在国内64个城市的117家商场启动一系列降价促销活动, 几百种民生商品让利降价幅度达20%, 部分产品达40%。15日, 沃尔玛相关负责人表示, 促销结果正在统计中, 效果明显。分析人士认为, 这可能意味着沃尔玛已改变原有“天天平价”的销售模式, 逐渐利用在中国市场更有效的打折促销方式。众所周知, 沃尔玛一直不允许其旗下店面出现促销的信息。但今年以来, 沃尔玛开始越来越多地利用打折促销方式, 秋季学生开学时尝试文具促销, 而这次促销则集中在民生商品上。
“之前沃尔玛促销范围和幅度都没有这么大, 20%的打折费用可能要沃尔玛和供应商共同承担, ”广发证券分析师欧亚菲分析, “供应商存货比较多, 也希望年报好看一点, 借此机会消化库存。”华联综超董秘李翠芳表示, 不会针对沃尔玛此轮降价而促销, 新华都董秘龚严冰也表示, 沃尔玛此轮降价不会对公司经营产生压力, 公司经营还会按原定步骤进行。
蒙牛:首现巨亏9亿
如果要评选今年最大的经济事件, 三聚氰胺对乳制品行业的冲击毫无疑问会上榜。行业龙头蒙牛乳业也难以幸免。该公司公告称, 2008年亏损9亿元, 这是蒙牛乳业自2004年上市以来的首次年度亏损。
根据蒙牛乳业董事会初步估计, 公司截至2008年12月底的财政年度有可能出现高达9亿元的亏损。在9月发布的中期业绩报告, 蒙牛乳业上半年净利润为5.83亿元, 换言之, 蒙牛乳业在今年下半年的亏损超过14.8亿元。上一财年, 该公司的净利润为9.36亿元。对于导致亏损的原因, 蒙牛乳业也直言不讳, 三聚氰胺事件对公司的业绩表现造成了不利影响, 产品销量下跌、处理原奶和促销产品宣传活动产生的额外成本等都是拖累业绩的直接因素。
百思买:20天内连开5店
可调焦距防爆矿灯 篇6
1我国矿灯的发展
我国矿灯的发展始于上世纪60年代初, 自主研发了铅酸蓄电池和镉镍蓄电池矿灯。以这些矿灯作为基型, 经过几十年的不断改进, 但依旧存在许多缺陷。新兴的LED矿灯虽然已投入使用, 但产品生产以组装为主, 产品各部分匹配也较复杂, 缺乏深入的研究。与现代化矿井生产系统相适应, 一种高性价比的矿灯正亟待登上科技舞台。
2产品结构设计及工作原理
本产品设计以在绝缘反光灯罩下面布置一个可以被动移动的齿轮条, 齿轮条固定在带有纵齿的可受齿轮控制的装置中, 将此装置用一个传动杆充分咬合。矿灯的侧面设有微调旋钮, 当打开快关, 旋转旋钮, 通过调整主动齿轮的转动, 从而带动齿轮条的移动以达到微调焦距, 直到发出平行光。
设计的工作原理:微调旋钮10与传动杆13固定连接, 主动轮6与纵齿齿轮条7紧密咬合, 并且从动轮1也与齿轮条7啮合, 主动轮6在传动杆13的左端, 调节旋钮, 通过传动杆13带动主动轮6转动, 从而配合浮动杆2平稳的移动, 浮动杆2带着灯泡5前后移动, 调节灯头在与焦点的位置关系, 即所谓的调节焦距, 此时光强发生细微的变化。转动轴3与矿灯外壳底部铰接, 可小角度旋转。防爆固定塞12紧紧套在传动杆13上, 螺丝8连接外罩4。
3可调焦技术的优越性
可调焦技术与普通矿灯的比较
普通矿灯的特点
传统矿灯灯头内白炽灯泡使用寿命很短, 灯泡一旦烧坏, 工作人员将无法继续作业, 而且这种灯泡是热光源, 如果灯壳破碎其温度很容易引起瓦斯爆炸。另外蓄电池式矿灯密封性不好, 维护工作量大, 管理要求也高。镍氢电池制造技术矿灯内阻很小, 一旦短路, 短路电流会很大, 不仅造成矿灯损坏, 而且产生的电火花易引起瓦斯爆炸, 因此必须设计控制电路严格控制短路电流, 这样使得电路复杂, 产品结构也更加复杂。较新的锂电池矿灯也存在充电时间较长, 长达8h以上;电池到灯头由电线连接, 在井下容易挂住, 存在安全隐患。
可调焦距矿灯的特点
与传统矿灯相比可调焦距矿灯具有一下特点:
(1) 远光更加清晰, 照射距离更大, 井下工作人员可提前发现如片帮、冒顶、透水等安全威胁, 尽早消除隐患。对于探照巷道及工作面检查时, 探照更加清楚, 提高工作安全质量。
注释:1-从动齿轮, 2-浮动杆, 3-转动轴, 4-外罩, 5-灯泡, 6-主动齿轮, 7-齿轮条, 8-螺丝, 9-反光罩, 10-微调旋钮, 11-接线孔, 12-防爆固定塞, 13-传动杆。
(2) 近光可视范围增加, 两侧探照区域拓宽, 工作人员视野更广, 这样有利于工作人员避免被突然蹿出的煤块、矸石砸伤等。
(3) 本矿灯的人性化设计理念。矿灯底部与安全帽连接处安装有转动轴, 工人可根据自己的习惯及舒适度合理调整角度, 使佩戴舒服。
(4) 球面防爆反光罩与整个微调装置配合, 矿灯灯泡的灯丝同时位于反射镜球心和透镜焦点上, 从而使灯泡发射的光中不仅会聚利用了后方的反射镜所张得立体角中的这一部分光, 使矿灯的照度增加, 光能利用率高, 也有利于矿工井下操作的安全和提高工作效率。其原理见图。防爆固定塞能够隔绝井下可燃气体防止流入矿灯内部造成潜在的火灾威胁。电池到灯头的接线采用封闭式, 避免井下挂线发生危险。
(5) 在LED矿灯的基础上, 结构简单, 基本变化不大, 功能上实现优化, 性价比更高。
可调焦技术的特色
新颖独特的齿轮调焦原理
本矿灯依附齿轮的控制来调节焦距, 利用齿轮使调焦更加细微平稳, 精度更高, 光强的改变是一个连续变化的过程。在远近光切换过程中, 这种缓慢连续型变化避免了光强骤变对人眼的伤害。
人性化的远近光切换
在矿灯外壳的外侧安装旋转开关, 主从动轮均与灯头底座的纵齿紧密咬合, 通过开关控制主动轮的顺逆时针旋转, 带动灯头底座前后缓慢移动, 这样调节灯头相对焦点的距离使得远近光转换。当通过旋钮控制微调灯泡, 使灯头恰好落于光线焦点, 经反光罩发出平行光, 光束聚集, 照射更远。反之, 当微调灯泡使得灯泡落在焦点前方, 此时矿灯的可视范围很大, 局部照明优化。
简单独特的结构设计
本矿灯整个微调系统结构简单, 操作方便, 调光效果明显;不含铅、汞等元素, 绿色环保;耐冲击, 防静电, 抗震、抗腐蚀性能好;灯泡发热量低, 阻燃性能好, 并且安装有防爆固定塞, 兼具甲烷报警系统和人员信息跟踪功能, 安全系数高。效果显著。
4结语
通过简单易行的齿轮控制来调节焦距的原理, 实现了对矿灯温和地远近光切换, 光能利用率很高。本矿灯轻巧简单, 功能上实现优化, 极其有效地满足安全生产、高效生产、节能环保的要求, 同时, 伴随着各种技术的不断刷新与涌现, 我们可以依托可调节焦距技术, 完成更多的设计, 也便于推进下一步开发, 为后续的设计提供更有效的保障。
长焦距航空相机光学系统设计 篇7
关键词：长焦距,航空相机,光学设计,调制传递函数
利用航空相机对地球空间信息进行搜集已成为太空探索获取信息来源的重要手段,为探索地球提供了有力的帮助[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。光学系统的设计是航空相机设计最关键的技术,直接关系到相机的成像质量。基于对长焦距航空相机结构原理的深入研究,创造性地设计了一种长焦距航空相机的光学系统[10,11,12,13,14]。
1 航空相机的物镜设计
1.1 航空相机的参数
航空相机参数分别为:焦距:f' = 550 mm;F数:6;视场:2ω=9°;工作波长范围:0.48~0.56μm;畸变:小于1%;成像质量:在每毫米80对线空间频率下,MTF大于0.15。
1.2 航空相机的外形尺寸
在对航空相机的整体结构尺寸进行设计时,要根据所给要求对航空相机的结构进行设计,这对光学设计是很重要的[15,16,17,18,19]。
式中,F为光学系统的F数,F = f'/D ,即相对孔径的倒数。
由已知条 件可知 ,长焦距航 空相机的 焦距f' = 550 mm,F数为6,因此可计算出航空相机物镜的入瞳直径为D = 91.67 mm。
由已知条件可知,航空相机的视场角2ω=9°,焦距为f' = 550 mm,则可以计算出航空相机接收器的对角线尺寸为2y' = 86.57 mm。
1.3 初始结构的选取
在对航空相机的物镜进行初始结构的设计时,通常可采用代数法和缩放法这两种方法进行设计[20,21]。这两种方法根据不同的原理对航空相机的物镜进行选定。根据初级像差理论来求解满足成像质量要求的初始结构的方法称为代数法,亦称为PW法。而根据已有的光学技术资料和专利文献,选择与所要求的光学特性相接近的结构为初始结构的方法称之为缩放法。由于我国在光学设计方面已从事多年的研究,在这个过程中,人们已经积累了许多高性能的光学系统物镜初始结构。因此可以借鉴于前人的优秀成果,采用缩放法对物镜进行选取。
由于物镜的接收器件是大面阵CCD,视场角2ω=9°,焦距为f' = 550 mm,入瞳直径D = 91.67 mm,因此,轴上点像差与轴外点像差都是影响航空相机物镜成像质量的重要因素。整个系统分为前、后个透镜组,而光阑位置对轴上像差无影响,所以为了校正轴外像差先将光阑放置在两透镜组中间,即采用双高斯的结构[22]。其初始结构如图1所示。
光学系统的传递函数如图2所示。
1.4 材料的确定
经过人类不断的探索,所生产的光学元件的材料性能越来越好。由于采取的是缩放法的方法,所提供选取的材料在性能上不如近期使用的新型材料,所以,根据物镜材料的折射率以及阿贝常数将其替换成与之相近的比较新型的成都光明公司所生产的材料。将LAKN22替换成H-LAK10,LF5替换成QF50,SK4替换成H-ZK6,LF7替换成QF3。
其中,H-LAK10是镧冕玻璃,它是近年来生产出的新材料,具有折射率高,色散率低的优良特性,为创造大口径的高级镜头提供了条件。QF50和QF3都属于轻 火石玻璃 ,它们的折 射率n>1.6,ν < 50。H-ZK6是重冕玻璃,折射率n<1.6,ν > 50。此时航空相机的调制传递函数如图3所示。
如图3所示,调制传递函数的变化不是很明显,接着可通过修改半径和厚度的方法使系统的调制传递函数得到优化。
1.5 系统优化过程
在对系统进行优化时,首先将光阑附近的几个物镜的半径设为变量,对它进行自动优化,使调制传递函数得到了一定的改善[13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24]。然后在选对调制传递函数影响较大的半径设为变量,再进行自动优化,直至将所有的半径都设为变量,进而进行优化。然后,再对系统的半径进行手动的优化。从第一片物镜的半径进行手动的修改,一片一片的修改,直至达到最好的状态。此时系统的调制传递函数仍未达到要求。系统半径优化后的二维图如图4所示,半径优化后的调制传递函数如图5所示。
从图5中可以看出,经过对半径的修改,使得MTF曲线有了很大程度的提升,此时系统的半径已经达到最优的状态了,为了使MTF曲线可以进一步的上升,可接着对系统的厚度进行修改。
在对物镜的厚度进行修改时,由于物镜的厚度有一定的要求,所以对厚度不采取自动优化,而采取手动修改的方法对厚度进行修改。首先还是对光阑附近的几个物镜的厚度进行修改,然后逐个进行修改,直至传递函数达到要求为止。优化后结构的二维图如图6所示。
光学系统厚度优化后的传递函数如图7所示。
光学传递函数评价光学系统的成像质量,是基于把物体看做是由各种频率的谱组成的,也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶级数或傅里叶积分的形式[25,26]。若把光学系统看成是线性不变的系统,那么物体经过光学系统成像,可视为物体经过光学系统传递后,其传递效率不变,但对比度下降,相位发生推移,并在某一频率截至,即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的,其函数关系称之为光学传递函数。
对厚度优化后,光学系统的MTF大于0.15,达到了系统的要求,满足系统的成像质量。
由于该系统的焦距为固定的,因此,为保证航空相机的焦距不变,设置EFFL函数,使得f' = 550mm。通过不断的优化,使得MTF曲线向着好的方向变化,进一步提高系统的成像质量。
光学系统厚度优化后的点列图如图8所示。
航空相机是大像差、大孔径的系统,因此,可以用点列图对航空相机进行评价。用点列图来评价大像差系统的像质是一种比较方便易行的方法。从图8中可看出,弥散斑的半径不是很大,基本上满足系统的要求以及成像质量。
畸变是指主光线和高斯像面交点的高度不等于理想像高,其差别叫做畸变。系统优化后的畸变如图9所示。畸变是主光线的像差由于光阑球差的影响,不同视场的主光线通过光学系统后与高斯像面的焦点高度yz' 不等于理想像高y' ,其差别就是系统的畸变,用δyz' 表示
由畸变的定义可知,畸变是垂轴像差,它只改变轴外物点在理想像面上的成像位置,使像的形状产生失真,但不影响像的清晰度。畸变是仅与视场有关的函数。当时,产生负畸变,也称桶形畸变。当时,产生正畸变,也称枕形畸变。相对畸变的定义为
式中,代表某一视场实际放大率;β代表某一视场理想放大率。对于不做测量用的光学系统,如照相物镜,电影和电视物镜,相对畸变通常在3%~5%以内,对于畸变要求最严格的是测量仪器和航摄设备,通常控制在1%以内,甚至更高。长焦距航空相机不是专门进行测量用的光学系统,相对畸变一般在3%~5% 之内就可达到系统要求,而该航空相机的相对畸变在1%以内,使得系统具有很高的成像质量。由图9可看出,相对畸变远远满足要求[27]。像相对物几乎不失真。
2 航空相机的像质评价
2.1 系统的标准化
由于对系统进行加工时,所使用的是规定的样板,因此,所涉及的透镜尺寸需要跟相应的样板值对应。在ZEMAX软件中调出样本数据库,是系统自动所设计的结构配对合适的样版值,此时系统的调制传递函数如图10所示。从图10中可以看出,MTF曲线没有发生特别大的变化。
2.2 航空相机像质评价
(1)点列图分析
在对系统进行设计时,除了采取调制传递函数的方法外,还可以采用点列图的方法进行像质评价。点列图忽略了衍射效应,用光线光路计算得到的点列图中的点的分布能近似的代表点像的能量分布。因此,可以用点列图中这些光线交点的密集程度来衡量其成像质量的优劣。对系统进行标准化前的点列图如图11所示。对系统进行标准化后的点列图如图12所示。
从图12中可以看出,对系统进行标准化后,弥散斑的半径较标准化变大了,虽然艾里斑的半径较标准化前也相应的变大了,但对比起来,成像质量稍差了一点,但仍满足成像要求。
(2)畸变分析
畸变是由于主光线的球差随视场角的改变而不同,因而,一对共轭的物像平面上,像的放大倍率要随视场而变,不再是常数。畸变不影响成像清晰度,它会改变轴外物点在理想像面的位置。对系统进行标准化前的畸变曲线如图13所示。对系统进行标准化后的畸变曲线如图14所示。
由图14可知,对系统进行了标准化后,畸变减小了,系统只产生较小的失真,有效提高了系统的成像质量。
2.3 系统的公差分析
在对系统进行评价时,除了对系统的像质和其他指标是否达到要求的标准进行评价,还应考虑一个重要的因素——公差,公差的大小直接导致了将来产品是否能够装配成功[28]。对于一般的装置,要求公差大的结构装配起来比较容易,而对要求比较精密的仪器,要求的公差比较小,往往超出了当前工艺加工的能力,很难将其加工和装配成功。
由于所设计的是长焦距航空相机的物镜,经过对系统的分析,对系统定义了一组适当的公差。设透镜光圈曲率半径的精度为1 mm,元件厚度和空气间隔为0.01 mm,元件偏心为0.02 mm,元件装配倾斜为0.02 mm。在默认公差函数进行修改,在工具菜单下的公差设置里选择敏感度分析方法,最后执行公差分析。
表1显示了由ZEMAX自动输出的部分公差列表。从表1中可以看出,厚度值的改变量均在允许值的范围内。其中最大的厚度改变值为0.000 429 335,这样大小的改变量对于光学系统是可以接受的。
表2显示的是元件偏心的公差列表。从表2可以看出,MTF数值的改变量大多是在小数点后第两位。这种微小的改变并不影响系统整体的成像性能。其中,最大数值的改变量为0.000 651 661,这种改变是允许的。
3 结 论