[发明专利]一种具有可调节光阑的小孔成像科普演示装置

说明书

本发明公开涉及一种具有可调节光阑的小孔成像科普演示装置。一种具有可调节光阑的小孔成像科普演示装置，包括底座、光源箱、成像箱、光阑调节器、光阑、开关按钮。当光源亮起时，光通过图形，再经过光阑后，在成像箱的成像面上成倒立放大的实像，调节光阑通光孔径的大小，公众可以清晰观看图形的亮度与分辨率的变化，当通光孔径调节至最大时，通光孔直径为12mm，图形最暗，分辨率最低，当通光孔径调节至最小时，通光孔直径为1mm图形最亮，分辨率最高，每转动一次光阑调节杆，通光孔径增加或减少1mm，观众可直接计算得出每次调节后具体数值，此数值为1mm到12mm之间的整数，观众可结合具体数值及现象了解小孔成像中孔的大小对成像效果影响的科学现象。

技术领域

本发明涉及一种具有可调节光阑的小孔成像科普演示装置，用于科技馆光学类展品的展出，属于光学科普教育领域。

背景技术

大约两千四五百年以前，我国的学者—－墨翟（墨子）和他的学生，做了世界上第一个小孔成倒像的实验。《墨经》中这样纪录了小孔成像。

景到，在午有端，与景长。说在端。

景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景库内也。

这里的“到”古文通“倒”，即倒立的意思。“午”指两束光线正中交叉的意思。“端”在古汉语中有“终极”，“微点”的意思。“在午有端”指光线的交叉点，即针孔。物体的投影之所以会出现倒像，是因为光线为直线传播,在针孔的地方，不同方向射来的光束互相交叉而形成倒影。“与”指针孔的位置与投影大小的关系而言。“光之人，煦若射”是一句很形象的比喻。“煦”即照射，照射在人身上的光线，就像射箭一样。“下者之人也高；高者之人也下”是说照射在人上部的光线，则成像于下部；而照射在人下部的光线，则成像于上部。于是，直立的人通过针孔成像，投影便成为倒立的。“库”指暗盒内部而言。“远近有端，与于光”，指出物体反射的光与影像的大小同针孔距离的关系。物距越远,像越小；物距越近，像越大。

《墨经》在两千多年前关于小孔成像的描述，与照相光学所讲的是完全吻合的。

几何光学认为，在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线方向传播的。这就是光的直线传播定律。影子的形成、日蚀和月蚀等现象都能很好地证明这一定律。“小孔成像”即是运用这一定律的很好例子，许多精密测量，如精密天文测量、大地测量、光学测量及相应光学仪器都是以这一定律为基础的。

这一定律是有局限性的。当光经过尺寸与波长接近或更小的小孔或狭缝时，将发生“衍射”现象，光将不再沿直线方向传播。光在非均匀介质中传播时，光线传播的路径为曲线，不再是直线。

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。这种现象反映了光沿直线传播的性质。小孔的大小约定了像的亮暗及清晰程度。小孔越大像越亮，小孔越小像越清晰。

光学系统中，有一种光学零件是用金属框内孔来限制光束的，称为孔径光阑。孔径光阑也称有效光阑，它限制入射光束大小的孔，其大小和位置对镜头成像的分辨率、亮度和景深都有影响。孔径光阑变小，亮度和分辨率就变低，景深则变大，图像大小不变。