常用多媒体设备_照相机和投影仪

相机和投影仪广泛应用于社会生活的各个领域，已经成为科研、国防、生产、教育和文化生活的重要手段。例如，军事高空和低空侦察摄影、航空测量摄影、科学研究中的记录摄影和高速摄影、生物学中的显微摄影、印刷业中的照相制版、文学艺术中的影视摄影都属于照相机范畴。但是电影放映机、幻灯机、测光放映机等等。都属于投影仪的范畴。本章首先讨论照相机，然后讨论投影仪。相机通常由三部分组成：摄影物镜、取景器和聚焦系统，这三部分将在下面分别讨论。$10-1摄影物镜的光学特性。摄影物镜的目的是在摄影底片上成像外部场景，并曝光底片以产生场景图像。摄影物镜的光学特性一般用焦距、相对孔径和视场角来表示。此外，还提出了分辨率要求作为保证产品质量的技术条件。下面将分别描述。对于一般的摄影物镜，物距通常在lm以上，所以像平面非常接近摄影物镜的像方焦平面，也就是说，有。可以看出，物镜的焦距决定了底片上的图像和要拍摄的实际物体之间的比例。如果物距是确定的，物镜的焦距必须增加，以获得大规模的照片。例如，为了获得用于拍摄几千米甚至几万米的长距离照相机的足够大的比例，有必要使用长焦距摄影物镜，其焦距通常为几百毫米甚至几米。摄影物体的相对孔径与相对孔径的平方成正比。摄影物镜的相对孔径主要影响像面的照度。为了满足对黑暗场景或高速运动物体的拍摄，需要大相对孔径的物镜来提高像面上的照度。根据相对孔径大小的不同，普通小型相机物镜可分为：个低照度摄影物镜(低于1:6.3)、普通物镜(在1:5.6和1:3.5之间)、高光物镜(在1:2.8和1:1.4之间)和超光物镜(在1:1和1:0.8之间)。摄影物镜的视角决定了拍摄对象的范围。不同相机的画面尺寸是确定的，例如：16毫米电影摄影机l0.4 * 7.5mm235mm毫米电影摄影机22*16mm2135#摄影机36*24mm2120#摄影机55*55mm2用于航空摄影相机，画面尺寸大得多，常用的有180*180mm2、240*240mm2和360*360mm2。相机的视场角和图像大小之间的关系可以用无限物体的理想像高公式来表示。照相机的宽度是恒定的，也就是说，是恒定的。只要焦距被确定，视场角将被相应地确定。从上面的公式可以看出，当相机的宽度不变时，尺寸越小，尺寸越大，所以短焦距镜头，即大视场镜头。根据视场的大小，摄影物镜可分为：个窄角透镜(40以下)、直角透镜(=45)、广角透镜(=70 100)和超广角透镜(100以上)。分辨率摄影物镜的分辨率表示摄影物镜区分被摄物体细节的能力。它是衡量摄影鉴别和成像质量的重要指标之一。它通常用图像平面上每毫米黑白线的对数来表示。从公式(8-11)可以看出摄影物镜的理想分辨率N。摄影物镜的分辨率越小，相对孔径越大，分辨率越高。由于实际摄影物镜的像差，实际分辨率低于理想分辨率。测量摄影物镜的分辨率有两种方法。一种是用显微镜通过摄影物镜直接观察由分辨率板形成的图像，这被称为视觉分辨率。另一个是观察如前8-10美元所述，摄影物镜的摄影分辨率也可以从物镜的MTF曲线和底片的阈值曲线获得。$10-2照相物镜的基本类型，照相物镜有许多结构类型，新类型在一个月内不断出现。摄影物镜的选择原则应为：满足光学性能和成像质量的要求，结构最简单。为此，本节介绍一些基本类型的摄影物镜，它们复杂的结构和它们能达到的光学性能。图10-1、图10-2和图1(a)所示的简单的三件式摄影物镜具有40-50的视场角和1/4-1/5的相对孔径。它是具有中等光学特性的最简单类型的照相物镜，并且具有更好的图像质量。它广泛用于价格低廉的135#和120#摄像机。(b)、(c)和(d)更加复杂，以便增加相对孔径或改善视场边缘的成像质量。图2(a)被称为skyplug摄影物镜，其使用胶合表面来提高成像质量，并且也被广泛使用。通过增加两个胶合表面的结构，可以进一步提高图像质量。2.双高斯摄影物镜图10-3图10-4图10-5图10-3。双高斯物镜是一种大视场的物镜，约=45，其相对孔径起初达到1:2。这种物镜用于海鸥测向照相机。双高斯摄影物镜有许多演化类型。其复杂之处在于提高成像质量，如图10-4所示，或者增加相对孔径，如图10-5所示，相对孔径可达到1:0.95。图10-6图10-7图10-6。Tobgan物镜是早期使用的广角物镜，视场为90，相对孔径为1:6.5。它主要用于大幅面航空投影机。其复杂的目的是减少残余变形，如图10-7(a)所示，或增加相对孔径，如图10-7(b)所示，相对孔径为1:5.6。4.卢沙广角摄影物镜图10-8图10-9图10-8。苏露莎广角物镜的视场为120，相对孔径为l:8。它主要用于航空相机。其复杂的目的之一是增加相对孔径。如图10-9所示，相对孔径可以达到l:5.6，但视角减小到100。另一个目标是更好地校正像差以获得更高的成像质量。图10-10图10-11图10-10。Dago物镜是一种具有大视场(=60)和小相对孔径(1:8)的物镜。通过将中间的两个胶合表面改变成单独的曲面，可以提高光学性能。视场可达70，相对孔径可达1: 4.5，如图10-11所示。第六，长焦物镜如图10-12所示。图10-13如图10-12所示。远摄物镜由正的前组和负的后组组成。这种物镜的特点是透镜组的长度L可以缩短到焦距的2/3左右。视场=20，相对孔径为l:8，主要用作小相对孔径、小视场的长焦距摄影物镜。为了校正畸变，用两个独立的薄透镜代替双胶合组，使视场达到30。如图10-13所示。反向远摄物镜的基本结构如图10-14所示。它由一个负前组和一个正后组组成。这种物镜的特点是后工作距离比普通物镜长得多，视场=80，相对孔径为1: 2。由于在电影和电视摄像机中要求物镜具有长的后工作距离，所以所使用的短焦距物镜必须采用反向远摄远摄物镜。此外，目前120#相机的结构正朝着单镜头反射取景器的方向发展，这也要求物镜具有较长的后工作距离。因此，逆远摄物镜被广泛使用，并且具有多种演变类型。如图l0-l5所示，等色摄影物镜由两个远离的正透镜组组成。视场=20，相对孔径为1:2。它主要用作电影放映物镜。这一目标的缺点是它会起反作用变焦镜头可以在一定范围内快速改变系统的焦距，获得不同比例的图像。因此，在新闻采访、电影制作、电视广播等场合使用特别方便。此外，在电影和电视的连续变焦过程中，随着物体和图像之间的放大率的连续变化，图像表面上的场景尺寸连续变化，这可以使观众从近到远或从远到近的感觉，并且对于定焦物镜来说更加难以达到。目前，变焦镜头的应用越来越广泛，主要用于影视摄影。现在它已经逐渐扩展到135#摄像机和小型电影放映机，但仍主要用于电子电影和电视摄影。变焦物镜的基本原理是利用系统中两个或两个以上透镜组的运动来改变系统的组合焦距，同时保持后像面的位置不变，从而使系统在变焦过程中获得连续清晰的图像。变焦物镜通常是系统中的变焦物镜组。即，系统中可移动透镜组L的数量以及正透镜组和负透镜组的布置位置被分类。以下类别介绍了目前使用较多且效果较好的几种类型。这种变焦物镜的变焦透镜组由两个负透镜组组成，如图10-17中的斜线所示。场景穿过前固定透镜组(以下称为前固定透镜组)。在上成像成为变焦透镜组的一个假想物体。在成像之后，冉通过另一个变焦镜头在上形成图像，并最终通过背面定影在最终图像平面F上形成图像。由于变焦透镜组的移动，像点的位置保持不变，系统的组合焦距改变，最后像点的位置保持不变。图10-17的上部示出了焦距最短时变焦透镜组的位置。下部代表长焦距位置。图10-17，ii。正负型。这种类型的变焦透镜由负透镜组和正透镜组组成，如图10-18所示。图的上部显示了短焦距位置，下部显示了长焦距位置。在这样的系统中，所有都小于零。场景在通过前固定组和变焦透镜组之后是真实图像，因此系统可能不加入后固定组，但是为了校正像差或增加或减少系统的相对长度，通常仍然需要适当的后固定组。这种系统中的两个变焦透镜组都具有较大的移动量，并且在变焦过程中都具有变焦效果。很难说谁是缩放组，谁是补偿组。图10-18，iii。正-负-正型。在这种变焦系统中有三个变焦透镜组，两个正透镜组和一个负透镜组。它们的位置如图10-19所示。图的上部是短焦距位置，下部是长焦距位置。三组镜头可以按照一定的规则分别移动，以达到最大的变焦效果。为了简化透镜组的移动规则，可以将和固定在一起移动，然后独立移动。如果三个变焦透镜组的光焦度分布合适，当与固定透镜组一起移动时，像平面位置可以在四个焦距处保持不变，而其他焦距的像点位置稍微移动，但是移动量不大。这种系统被称为光学补偿系统。根据特定曲线移动变焦透镜组的系统称为机械补偿系统。图10-19，$10-4取景器系统和聚焦系统。首先，取景器系统用于观察对象，以便在拍摄期间选择合适的拍摄范围。当然，取景器系统的基本要求是通过取景器观察到的物体范围与实际拍摄成像范围一致，并且成像质量要求不高。以下是几种常用框架系统的结构样式的描述。(1)牛顿取景器，图10-20牛顿取景器由一个负透镜和一个框架组成，如图10-20所示。被摄体穿过负透镜，在其像的焦平面附近形成正的缩小虚像，这是观察到的(2)逆伽利略取景器，图10-21为了克服牛顿取景器观察物体范围小的缺点，现代小型照相机大多采用逆伽利略取景器，它由一个负透镜物镜组和一个正透镜目镜组组成，如图10-21所示。取景器放大率通常在0.6-1之间。这种取景器结构在取景方面相对简单和精确。它广泛用于普通平视取景器相机。它的缺点是取景边缘的渐晕和轮廓不清晰。此外，当眼睛位置和瞳孔大小改变时，取景范围相应地改变。因此，在设计这种框架系统时，作为一个安全因素，视野应该减少10%-20%，以确保安全的框架。(3)亮框取景器。如上所述，逆伽利略取景器不能获得清晰的观察范围。为了克服这个缺点，在逆向伽利略取景器中增加了一个亮帧装置，以构成一个亮帧取景器，如图10-22所示。亮框由亮框透镜成像，然后由目镜放大，穿透到人眼。在取景时，当您看到视野中的外部景物时，您还可以看到限制景物成像范围的明亮的取景框，以便取景系统具有清晰的视野。为了安全观看，在考虑安全因素后，由明亮框架限制的视场应该等于视场。这种取景器广泛用于135#相机。图10-22。(4)双镜头反射取景器。在双镜头反光相机中，有两个结构相同的镜头。如图10-23所示，顶部是拍摄物镜，底部是拍摄物镜。外部景物通过分幅物镜和平面反射镜后在磨砂玻璃上成像。磨砂玻璃的位置相当于感光底片的位置(等光程)，磨砂玻璃的尺寸相当于要拍摄的照片的尺寸。从磨砂玻璃可以直接看到射击场，使用起来相对方便。然而，由于磨砂玻璃的散射效应，图像变暗，视野边缘变暗。为了使视野中的光和暗更均匀，通常在磨砂玻璃上增加一个视场透镜来改变散射光的方向，更多的光进入观察者的眼睛。当视野较大时，通常使用由光学塑料制成的螺纹透镜代替单透镜场透镜。图10-23，上述取景器的光轴与摄影物镜的光轴不一致。当拍摄近距离场景时，从取景器观察到的成像范围与摄影物镜底片上的实际成像范围不一致。我们称这两者之间的差异为“观看视差”。从图10-24可以看出，对于物平面，底片上的成像范围是AB，而取景范围是OD。拍摄物镜光轴上的物点O在0处成像，而不是在拍摄物镜后位于取景系统的视场中心。偏移量e与两个光轴之间的物距l和距离b(基线长度)相关。拍摄场景越近，偏移量e越大，即观看视差越大；基线长度B越大，观看视差越大。在实际相机中，视差消除是通过视差消除结构来实现的。当然，消除取景视差的最基本方法是使取景系统的光轴与摄影物镜的光轴重合。单镜头反光相机就是这样一种相机。图10-24，(5)单镜头反射取景器。在单镜头反光相机中，相机物镜用作取景器物镜。如图10-25所示，在取景器中，外部景物通过照相机物镜和平面反射镜成像在磨砂玻璃上。拍摄时，平面镜转出光路，外部景物通过摄影物镜直接成像在感光底片上，磨砂玻璃的位置与底片的位置相等。单镜头反射取景器的最大优点是取景器和摄影共用同一个物镜，没有视差，所以取景器非常精确。但是你在磨砂玻璃上看到的是镜像，这很不方便。为了获得与物体相似的图像，取景器光路中增加了一个五边形的脊棱镜(1)用磨砂玻璃聚焦，如图10-27所示。在这种聚焦系统中，磨砂玻璃具有取景和聚焦功能。对焦时，人眼直接或通过3