常用多媒体设备-照相机和投影仪

照相机和投影仪照相机和投影仪广泛应用于社会生活的各个领城，已成为科研、国防、生产、教育以及文化生活各领域中的重要手段。例如军事上的高、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、文艺方面的电影电视摄影等仪器都属照相机一类;而电影放映机、幻灯机、计量用投影仪等都属投影仪一类。本章首先讨论照相机，然后讨论投影仪。照相机通常由照相物镜、取景器、调焦系统三部分组成，下面分别进行讨论。$10-1照相物镜的光学特性照相物镜的作用是把外界景物成像在感光底片上，使底片曝光产生景物象。照相物镜的光学特性一般用焦距、相对孔径、视场角表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品质量的技术条件。下面分别进行说明。一、焦距根抿光学系统垂轴放大率公式

对一般照相物镜来说，物距通常在lm以上，因此像平面十分靠近照相物镜的像方焦平面，即，所以有。由此可见，物镜焦距的大小，决定了底片上的像和实际被摄物体之间的比例尺，在物距一定的情况下，欲得到大比例尺的照片，则必须增大物镜焦距。例如用于拍摄数千米甚至上万米的远距离照相机，为了获得足够大的比例尺，必须采用长焦距照相物镜，其焦距一般为数百毫米，甚至可达数米。

二、相对孔径照相物镜像平面的光照度和相对孔径的平方成正比，听以照相物镜的相对孔径主要影响像平面光照度。为了满足对较暗景物的摄影，或者对高速运动物体的摄影，都需要采用大相对孔径的物镜，以提高像平面上的光照度。根据相对孔径大小不同，普通小型照相机物镜可分为:弱光照相物镜（在1:6.3以下）、普通物镜（在1:5.6~1:3.5）、强光物镜（在1:2.8~1:1.4）、超强光物镜（在1:1~1:0.8）。

三、视场角

照相物镜的视场角决定了被摄景物的范围。不同照相机画面的尺寸是一定的，例如：16mm电影摄影机l0.4*7.5mm235mm电影使影机22*16mm2135#照相机36*24mm2120#照相机55*55mm2用于航空摄影的照相机，画面要大得多，常用的有180*180mm2、240*240mm2、360*360mm2。照相机的视场角和画面尺寸之间的关系，可由无限远物体理想像高公式表示相机的幅面一定，即一定，只要焦距确定，视场角便随之而定。由上式可看到，当相机幅面一定时，越小，则越大，因此短焦距镜头，也就是大视场镜头。根据视场角的大小，照相物镜可分为:窄角镜头（在40°以下）、常角镜头（=45）、广角镜头（=70°~100°）、超广角镜兴（在100°以上）。

四、分辨率照相物镜分辨率表示照相物镜分辨被摄物体细节的能力，是衡量照相辨成像质量的重要指标之一，通常用像平面上每毫米能分辨开黑白线条的对数表示，照相物镜的理想分辨率N物由公式（8-11）得

由公式可见，照相物镜分辨率越小，即相对孔径越大，分辨率越高。由于实际照相物镜存在像差，实际分辨率比理想分辨率低。照相物镜分辨率的测量方法有两种，一种是直接用显微镜采观察分辨率板通过照相物镜所成的像，称为目视分辨率；另一种是用显微镜来观察分辨率板通过照相物镜拍摄的底片，称为照相分辨率。照相分辨率用N总表示，它由照相物镜本身的分辨率N物和底片分辨率N底决定，三者之间的关系可用下面的经验公式表示

随着感光材料不同，底片分辨率差别很大，例如普通话21°胶片的分辨率约为80lp/mm，而精密制版用的超微粒干版的分辨率可达1000~2000lp/mm。在前面$8-l0曾介绍过，照相物镜的照相分辨率也可以根据物镜的MTF曲线和底片的阈值曲线求得。

$10-2照相物镜的基本类型照相物镜的结构型式很多，而月不断有新的型式出现。选用照相物镜的原则应该是:既能满足光学性能和成像质量的要求，而结构又最简单。为此本节介绍一些基本类型照相物镜和它们的复杂此结构型式，以及它们所能达到的光学性能。一、三片型照相物镜图10-1图10-2图1（a）所示的简单三片型照相物镜，视场角=40~50º，相对孔径=1/4~1/5，是具有中等光学特性的照相物镜中结构最简单、像质较好的一种，广泛应用于廉价的135#和120#相机中。(b)、(c)、(d)进一步复杂化是为了增大相对孔径或提高视场边缘成像质量。图2(a)称为天塞照相物镜，它用一个胶合面改善成像质量，应用也很广泛。(b)中加入两个胶合面的结构，可以使像质进一步提高。二、双高斯照相物镜图10-3图10-4图10-5如图10-3所示。双高斯物镜是具有较大视场[大约=45º左右]的物镜，相对孔径最先达到1:2，海鸥DF相机中使用此种物镜。双高斯照相物镜的演变型式很多，它的复杂化目的是为了改善成像质量，如图10-4所示，或者是为了增大相对孔径，如图10-5所示，相对孔径可达1:0.95。三、托托卜岗岗照相相物镜镜图10-6图10-7如图10-6所示。。托卜卜岗物物镜是是一种种较早早使用用的广广角物物镜，，视场场角可可达90º，相对对孔径径为1:6.5，主要要用于于大幅幅面的的航空空投影影机上上，它它的复复杂化化目的的是为为了减减小剩剩余畸畸变，，如图图10-7(a)所示，，或增增大相相对孔孔径，，如图图10-7(b)所示，，相对对孔径径可达达1:5.6。四、鲁鲁沙广广角照照相物物镜图10-8图10-9如图10-8所示。。鲁沙沙广角角物镜镜视场场角=120º，相对对孔径径l:8，主要要用于于航测测相机机。它它的复复杂化化目的的，一一是增增大相相对孔孔径，，如如如图10-9示，相相对孔孔径可可达l:5.6，但视视场角角减小小为100º；另一目目的是是更好好地校校正像像差，，以获获得更更高的的成像像质量量。五、达达哥照照相物物镜图10-10图10-11如图10-10所示。。达哥哥物镜镜是一一种视视场较较大（（=60º），相相对孔孔径较较小（（1:8)的物镜镜。把把中间间两个个胶合合面改改为分分离曲曲面,可提高高光学学性能能，视视场可可达70º，相对孔孔径可可达1：4.5，如图图10-11六、摄摄远照照相物物镜图10-12图10-13如图10-12所示。摄远远物镜由一一个正的前前组和一个个负的后组组构成。这这种物镜的的特点是透透镜组的长长度L可缩短到焦焦距的三分分之二左右右。视场=20º，相对孔径为为l:8，多用作相相对孔径小小，视场不不大的长焦焦距照相物物镜。为了了校正畸变变，用两个个分离薄透透镜代备双双胶合后组组，可使视视场达到30º。如图10-13所示。七、反摄远远照相物镜镜图l0-14反摄远物镜镜的基本结结构如图10-14所示。它由由一个负的的前组和一一个正的后后组构成。。这种物镜镜的特点是是后工作距距离比比一一般物镜长长得多，视视场=80º，相对孔径径为1：2由于电影和和电视摄影影机中，要要求物镜有有较长的后后工作距离离，因此所所使用的短短焦距物镜镜必须采用用反摄远抛抛物镜。另另外，目前前120#相机的结构构都朝着单单镜头反光光取景器的的方向发展展，也要求求物镜有较较长的后工工作距离，，因此反摄摄远物镜应应用广泛，，演变型式式也很多。。八、等明型型照相物镜镜等明型照相相物镜由两两个远离的的正透镜组组构成，如如图l0-l5所示。视场场=20º，相对孔径径为1:2,主要用做电电影放映物物镜，这种种物镜的缺缺点是后工工作距离很很短，使用用受到很大大限制。九、特大相相对孔径照照相物镜图10-16如图10-16所示，这种种物镜的视视场不大，，大约20º左右，主要要用于弱光光下工作的的仪器，例例如微光，，红外，荧荧光成像仪仪器等。$10-3变焦距照相相物镜最近十多年年以来，变变焦距物镜镜获得了较较大发展。。由干变焦焦距物镜能能在一定范范田内迅速速改变系统统的焦距，，得到不同同比例的像像，因此它它在新闻采采访，影片片摄制和电电视转播等等场合，使使用特别方方便。而且且在电影和和电视的连连续变焦过过程中，随随着物像之之间倍率的的连续变化化，像面景景物的大小小连续改变变，可以使使观众产生生一种由近近及远或由由远及近的的感觉，更更是定焦距距物镜难以以达到的。。目前变焦焦距物镜的的应用日益益广泛，开开始主要用用于电影和和电视摄影影，现在巳巳逐步扩大大到135#照相机和小小型电影放放映机上，，但仍以电电杉和电视视摄影为主主。变焦距物镜镜的基本原原理是利用用系统中两两个或两个个以上透镜镜组的移动动，改变系系统的组合合焦距，而而同时保持持且后像面面位置不变变，使系统统在变焦过过程中获得得连续清晰晰的像。变变焦距物镜镜通常都是是按系统中中变焦物镜镜组。即系系统中的可可移动透镜镜组l的个数，以以及正透镜镜组和负透透镜组的配配置位置进进行分类的的。下面分分类介绍目目前用得较较多，效果果较好的几几种类型。。一、负-负型这种类型变变焦距物镜镜的变焦透透镜组是由由两个负透透镜组构成成的，如图图10-17中打有斜线线的透潦组组所所示。景物物通过前面面的固定透透镜组（以以后简称前前固定组））。。成像于，，成为为变焦透镜镜组的的虚虚物，经以以后成成像于，，冉冉经另一变变焦透镜组组成成像像于，，最最后由后固固定组成成像像于最后像像面F’。由于变焦透透镜组、、的的移移动，使发发生改变，，同时保持持像点位位置不变变，系统的的组合焦距距改改变，，最后像点点位位置不变变。图10-17上部表示焦焦距最最短短时的变焦焦透镜组位位置。下部部表示长焦焦距位置。。图10-17二、负-正型这种类型的的变焦透镜镜由一个负负透镜组和和一个正透透镜组构成成，如图10-18听示。图的的上部为短短焦距位置置，下半部部为长焦距距位置。在这类系统统中，均均小于于零。景景物经前固固定组和变变焦透镜组组以后为实实像，因此此系统可以以不加入后后固定组，，不过为了了校正像差差，或者为为了增加或或减小系统统的相对长长度，一般般仍要加入入适当的后后面定组。。这类系统统中的两个个变焦透镜镜组都有较较大的移动动量，在变变焦过程中中和和都都起变变倍作用，，很难说谁谁是变倍组组，谁是补补偿组。图10-18三、正-负-正型这类变焦系系统的变焦焦透镜组共共有三个，，两个正透透镜组和一一个负透镜镜组，它们们的位置排排列如图10-19所示。图的的上部为短短焦距位置置，下部为为长焦距位位置，这三三个透镜组组可各自分分别按一定定规律移动动，以达到到最大限度度的变焦效效果，为了了简化透镜镜组的运动动规津，可可以把和固固定在一起起进行移动动，则则独立立移动。如如果三个变变焦透镜组组的光焦度度分分配合合适，当和和固固定在在一起移动动时，保持持不动，也也可以在四四个焦距上上达到像面面位置不变变，其它焦焦距的像点点位置虽然然稍有移动动，但移动动量不大，，这样的系系统称为光光学补偿系系统；而把把前面所述述的那些变变焦透镜组组按一定曲曲线规律移移动的系统统，称为机机械补偿系系统。图10-19$10-4取景系统和和调焦系统统一、取景系系统取景系统的的作用是用用来观察被被摄景物，，以便在摄摄影时选取取合适的摄摄影范围，，对取景系系统的基本本要求当然然应该是:通过取景器器观察到的的景物物范范围和实际际拍摄的成成像范围一一致，对其其成像质量量要求并不不高。下面面介绍儿种种常用的取取景系统的的结构型式式。（一）牛顿顿取景器图10-20牛顿取景器器由一块负负透镜和一一个框架构构成，如图图10-20所示。被摄摄物体通过过负透镜，，在其像方方焦平面附附近成一正正立缩小虚虚像，，人眼眼在明视距距离上进行行观察。这这种取景器器在老式照照相机上应应用较多。。它的缺点点是通过取取景器观察察到的景物物范围比实实际成像范范围小得多多，取景误误差较大。。（二）逆伽伽里略取景景器图10-21为克服牛顿顿取景器观观察物范围围小的缺点点，现代小小型照相机机中多采用用逆伽里略略取景器，，它由一个个负透镜物物镜组和一一个正透镜镜目镜组构构成，如图图10-21所示。取景景器的视放放大率一般般在0.6-1之间。这种种取景器结结构比较筒筒单，取景景比较准确确，在一般般平视取景景照相机中中应用很多多，缺点是是取景边缘缘渐晕较大大，轮廓不不清晰，而而且当眼晴晴的位置，，瞳孔大小小变化时，，取景范围围随之改变变。所以在在设计这类类取景系统统时，视场场应缩小10%-20%做为安全系系数，以保保证安全取取景。(三)亮框取景器器如上所述，，逆伽里略略取景器不不能获得清清晰的取景景范围，为为克服这一一缺点，在在逆伽里略略取景器中中，附加亮亮框装置，，构放亮框框取景器，，如图10-22所示。亮框框通过亮框框透镜成像像，再经目目镜放大，，透入人眼眼。取景时时，在视场场中看到外外界景物的的同时，还还看到限制制景物成像像范围的亮亮框，从而而使取景系系统有一清清晰的视场场范围。为为了安全取取景，亮框框所限制的的视场范围围应等于考考虑了安全全系数以后后的视场范范围。这种种取景器在在135#相机中采用用的很多。。图10-22（四）双镜镜头反光取取景器在双镜头反反光照相机机中有结构构相同的两两个镜头，，如图10-23所示，上面面的是取摄摄物镜，下下面的是照照相物镜。。外界景物物通过取景景物镜、平平面反射镜镜后成像在在毛玻璃上上，毛玻璃璃的位置与与感光底片片位置相当当（等光程程），毛玻玻璃尺寸相相当于拍照照画面尺寸寸，拍摄范范围可从毛毛玻璃上直直接看出，，使用比较较方便。但但由于毛玻玻确的散射射作用，使使像变暗，，视场边缘缘更暗，为为了使视场场内亮暗比比较均匀，，通常在毛毛玻璃上加加一块场镜镜，来改变变散射光的的方向，便便更多的光光线进入观观察者眼睛睛，当视场场较大时，，多采用由由光学塑料料压制而成成的螺纹透透镜代替单单透镜场镜镜。图10-23上述几种取取景器的光光轴与照相相物镜的光光轴不相重重合，当拍拍摄近距离离景物时，，从取景器器中观察到到的成像范范围与照相相物镜底片片上的实际际成像范围围不一致，，我们把二二者之间的的差别称作作“取景视视差”。从从图10-24可看到，对对于物平面面，，底片上上的成像范范围为AB，而取景范范围则为OD，照相物镜镜光轴上的的物点O，通过取扶扶物镜后，，成像在O’’，而不位在在取景系统统的视场中中央，其偏偏移量e与物距l、两光轴之之间的距离离b（基线长））有关。拍拍摄景物距距离越近，，偏移量e越大，即取取景视差越越大;基线长b越大，取取景视差越越大。在实实际照相机机中依靠消消视差结构构来实现消消除取景视视差。当然然消除取景景视差的最最根本方法法是使取景景系统的光光轴与照相相物镜的光光轴重合，，单镜头反反光照相机机就是这样样一种相机机。图10-24（五）单镜头反光光取景器在单镜头反反光相机中中，照相物物镜兼做取取景物镜，，如图10-25所示，取景景时，外界界景物通过过照相物镜镜，平面反反射镜成像像在毛玻璃璃上；拍摄摄时，平面面反射镜转转出光路，，外界景物物通过照相相物镜直接接成像在感感光底片上上，毛玻璃璃位置和底底片位置相相当。单镜镜头反光取取景器的最最大优点是是取景和摄摄影共用一一个物镜，，没有取景景视差，因因此取景非非常准确。。但在毛玻玻璃上看到到的是镜像像，十分不不方便。为为了获得与与物相似的的像，在取取景光路中中加入五角角屋脊棱镜镜，总反射射次数变为为偶数，并并使光轴折折转90º，人眼通过过目镜进行行平视取景景，如图10-26所示。图10-25图10-26二、调焦系系统在摄影时，，为了使不不同距离的的被摄景物物能在感光光底片上清清晰成像，，应当调节节照相物镜镜和底片之之间的距离离，使底片片和被摄物物平面之间间满足共轭轭关系，这这就是通常常所说的调调焦或对焦焦。实现调调焦的系统统称为调焦焦系统。下下面介绍几几种常用的的调焦系统统和调焦方方法。（一）用毛毛玻璃调焦焦如图10-27所示，这种种调焦系统统中，毛玻玻璃兼有取取景、调焦焦两个作作用。调焦焦时，人眼眼直接或者者通过3x-5x目镜观察毛毛玻璃上的的像，转动动照相物镜镜框，使照照相物镜沿沿光轴移动动，同时取取景物镜随随之联动，，直到毛玻玻璃上的像像最清晰，，便完成了了调焦。120#双镜头反光光式照相机机多采用这这种方式调调焦。图10-27（二）用调调焦光楔调调焦调焦光楔又又叫裂像棱棱镜，它是是由楔角完完全相等，，并呈半贺贺形的两个个光楔斜面面交叉而构构成的。调调庶光楔一一般做在调调焦毛玻璃璃的中央部部位，并使使毛玻璃面面PP与光楔斜面面交点Q位于同一平平面内，如如图l0-28所示。它的的工作原理理如图10-29所示。用这种方法法对于有明明显轮廓的的物体可达达到准确调调焦。图l0-28图l0-29（三）用微微型棱镜调调焦如上所述，，用调焦光光楔的方法法调焦，对对有明显轮轮廓的物体体可达到精精确调焦，，那么对于于轮廓不明明显的物体体怎样达到到精确调焦焦呢?可以用微型型棱镜进行行调焦。微微型棱镜由由许多微小小的三角锥锥、四角锥锥或六角锥锥规则排列列而成，其其工作原理理和调焦光光楔相同。。将微型棱棱镜置于取取景毛玻璃璃中央部位位，调焦正正确时，微微型棱镜部部位成像清清晰；离焦焦时，微型型棱镜将目目标像上下下左右分开开，由干每每块棱镜都都很小，因因此在整个个微型棱镜镜部位，影影像呈现模模糊。这种种调焦方法法准确，迅迅速，既不不像调焦光光楔那样要要求被摄物物体轮廓明明显，又比比用毛玻璃璃调焦时看看到的像明明亮。（四）用测测距、调焦焦联动法调调焦测距，调焦焦联动方法法就是用单单眼测距器器和照相物物镜（整组组或照相物物镜中的一一部分）的的位移相联联动进行调调焦的方法法，其原理理如图10-30所示，有限限远物体A发出的光线线，一路直直接透过半半反半透平平面镜，进进入人眼；；另一种经经旋转平面面反射镜和和半反半透透平面镜反反射，进入入人眼。由由于物体位位在有限远远，存在视视差角α，因而在视视场中出现现两个分开开的像，移移动照相物物镜，并同同时带动反反射镜旋转转，改变光光束方向，，当视场中中两个分开开的像完全全重合时，，被摄物体体恰好成像像在感光底底片上，这这样便完成成了调焦。。图10-30$10-5投影仪的作作用及其类类别投影仪是将将一定大小小的物体，，用光源照照明以后成成像在屏幕幕上进行观观察或测量量的一种光光学仪器，，例如电影影放映机、、幻灯机、、印相放大大机，计置置用投影仪仪等。对干干投影仪所所成的像，，除了要求求成像清晰晰，物像相相似而外，，还要求像像足够亮，，也就是要要求有足够够的像面光光照度，并并且整个像像面光照度度尽可能一一致，后面面这两个要要求决定了了投影系统统的主要特特点。投影系统一一般由两部部分构成，，一部分是是照明系统统;另一都分是是投影物镜镜，照明系系统的作用用是把光源源的光通量量尽可能多多的聚集到到投影物镜镜中去，并并使被投影影物体照明明均匀，投投影物镜的的作用是把把投影物体体成像在屏屏幕上，并并保证成像像清惭，物物像相似。。投影系统统根据照明明方式不同同，可以分分成两大类类。一、临临界照明。。二、柯勒勒照明。一、临界照照明照明系统把把光源成像像在投影物物体上，如如图10-31所示。要求求光源通过过照明系统统所成的像像大于投影影面积。为为了保证照照明均匀，，要求发光光体本身尽尽可能均匀匀发光。这这种系统多多用于投影影物体面积积比较小的的情形。例例如，电影影放映机就就是采用这这种系统。。这类系统统中的照明明器又有两两种:一种是用反反射镜，如如图10-32所示。光源源通常用电电弧或短弧弧氙灯;另一种是用用透镜组，，光源通常常用强光放放映灯泡，，如图10-33所示。为了了充分利用用光能量，，一般在灯灯泡后放一一球面反射射镜。反射射镜的球心心和灯丝重重合。灯丝丝经球面反反射成像在在原来的位位置上。调调整灯泡的的位置，可可以使灯丝丝像正好位位于灯丝的的间隙之间间，如图10-34所示。这样样可以提高高发光体的的平均光亮亮度，并且且易于达到到均匀的照照明。图10-31图10-32图10-33图10-34二、柯勒照照明照明系统把把光源成像像在投影物物镜的入瞳瞳上，如图图10-35所示。这种种照明方式式多数用于于大面积的的投影仪中中，例如幻幻灯机和放放大机。这这种照明方方式的优点点是容易在在像平面上上获得均匀匀的照明。。一艘在灯灯泥鳅后面面同样放一一球面反射射镜，以增增加光能的的利用率。。在某些用于于计量的投投影仪中，，为了避免免调焦不准准而引起的的测量误差差，和前面面$5-3所讲的测置置用显微镜镜物镜相似似，投影物物镜采用物物方远心光光路，如图图10-36所示。图10-35图10-36$10-6投影仪中的的照明系统统一、聚光照照明系统的的作用和要要求（1）提高光源源的利用率率，使光源源发出的光光能尽可能能多地进入入投影物镜镜。（2）充分发挥挥投影物镜镜的作用，，使照明光光束能充满满物镜的口口径。（3）使投影物物平面照明明均匀，即即物平面上上各点的照照明光束口口径尽可能能一致。对照明系统统的像差一一般要求不不严格，因因为它并不不影响物平平面的成像像质量，而而只是影响响像面的光光照度。例例如在$10-5中所讲的第第二类系统统中，如果果照明系统统有较大的的球差，当当某一视场场的主光线线正好通过过投影物镜镜光瞳中心心时，其它它视场的主主光线就不不通过光瞳瞳中心，这这就可能使使投影物镜镜产生渐晕晕，导致像像面上光照照度不均匀匀，如图10-37所示。为了了减小球差差的影响，，一般使投影物镜的的入瞳中心心与边缘视视场的主光光线和光轴的交交点相重合合，而不是是和发光体体的近轴像面相相重合。在在第一类系系统中，像像差将引起光源源像的扩散散，使视场场边缘部分分照明不均匀，，这样有效效的均匀照照明范围就就缩小了，，由于发光光体的尺寸寸一般都不不大，即照照明系统的的视场较小小，而照明明的孔径角角比较大，，即相对孔孔径较大，，因此对照照明系统来来说，主要要的像差是是球差，而而对于球差差的要求也也不严格，，不需要完完全校正，，只要控制制到适当范范围就可以以了。图10-37二、照明系系统的基本本结构型式式对照明系统统中的聚光光镜来说，，主要的光光学特性有有两个，一一是孔径角角，一是倍倍率。聚光镜的结结构型式由由光束的最最大偏转角角（U’-U）决定，表表10-1为不同偏转转角时，球球面聚光镜镜的结构型型式。表10-1从表10-l可看出，偏偏转角(U’-U)越大，结构构越复杂，，这是为什什么呢？因因为光束通通过聚光镜镜的偏转，，是由透镜镜的各个表表面衍射而而产生的，，在透镜个个数一定的的情况下，，光束的总总偏转角越越大，每个个折射面分分担的偏转转角越大，，这就会增增大光线在在透镜表面面的入射角角，从而导导致两个不良后后果:第一，光线线的入射角角增大，球球差增加，，过大的球球差将使投投影物镜产产生渐晕，，使像面光光照度不均均匀；第二二，光线入入射角增加加，光线衣衣透镜表面面的反射损损失增加，，在第一类类系统中使使整个像面面光照度下下降；在第第二类系统统中，将引引起像面光光照度不均均匀。所以以，在照明明系统中一一般用限制制光线最大大入射角的的方法，达达到控制系系统的球差差及保证照照明均匀的的要求，最最好每个面面的像转角角不超过10º，这样，就就必须随着着总偏转角角的增大而而增加透镜镜的个数。。为了简化聚聚光镜的结结构，并能能很好地校校正球差，，通常将聚聚光镜的一一个表面做做成非球面面，如图10-38所示。一般般采用二次次非球面就就能使孔径径边缘光线线的球差得得到校正。。当然，在在非球面聚聚光镜中仍仍然存在孔孔径边缘光光线由于入入射角增大大而使反射射损失增加加的缺点。。某些要求孔孔径角和口口径都很大大的照明系系统，如果果聚光镜采采用一般的的球面或非非球面的透透镜，它们们的体积和和质量都很很大，球差差也很大，，为此采用用环带状的的螺纹透镜镜，如图10-39所示，它的的每一个环环带相当干干一个透镜镜的边缘部部分，利用用改变不同同环带的球球面半径，，达到校正正球差的目目的，由于于存在暗区区，不适用用于第二类类照明系统统。图10-38图10-39$10-7投影物镜一、投影物物镜的作用用及光学持持性投影物镜的的作用是将将被光源照照明的投影影物体成像像在屏幕上上，保证成成像清晰照照明系统合合理配合，，保证屏幕幕上有足够够的光照度度。投影物物镜的光学学特性，通通常用视场场、相对孔孔径，放大大率，工作作距离表示示，下面分分别进行说说明。（一）视场场投影系统中中，成像范范围不用视视场角表示示，而直接接用投影物物体的最大大尺寸—线视场表示。。屏幕尺寸是是确定的。例例如测量用投投影仪的屏幕幕是圆形的，，常见的屏幕幕尺寸有等等，屏幕幕框实际上就就是投影系统统的视场光阑阑，它的大小小决定了物镜镜的线视场。。根播放大率率公式将已知屏幕尺尺寸代入，，便可可根据放大率率求求出投影物镜镜的最大线视视场。例如一个100X的投影物镜，，屏幕直径为为1500mm，最大的视线线场为（二）相对孔孔径投影物镜的作作用是把投影影物体成像在在屏幕上，屏屏幕距离和投投影物镜焦距距相比，通常常都达数十倍倍。因此，可可认为投影物物平面近似位位于物镜的物物方焦平面，，所以物方孔孔径角U为投影物镜的放放大率为为或或写成将代代人上式得得将上式代入像像面光照度公公式（6-38）得（（10-3）称为投影物镜镜的相对孔径径，光照明与与相对孔径平平方成正比，，因此相对孔孔径是投影物物镜的一个重重要光学性能能。从公式（（10-3）还可看出，，照度与放大大率的平方成成正比，当放放大率增大时时，为了保证证屏幕上具有有一定光照度度，必须加大大相对孔径。。我们知道，，相对孔径加加大，像差也也加大，为了了获得清晰的的像，物镜的的结构必然要要复杂。（三）放大率率从上面的讨论论可知，放大大率和投影物物镜的最大线线视场以及相相对孔径有关关。除此之外外还与测量精精度、投影仪仪的结构尺寸寸有关。根据据放大率公式式可知，当投投影物体尺寸寸一定时，放放大率越高，，在屏幕上的的像越大，测测置精度则越越高。投影物物镜的物距，，所以以放大率公式式为或写成由上式可得：：当物镜焦距距一定时，放放大率增加，，像距加加大，，物像之间共共扼距加大，，整个投影仪仪的结构尺寸寸加大。因此此放大率也是是投影物镜的的重要光学性性能之一。一般幻灯机中中物镜放大率率较低，中型型和大型投影影仪中的投影影物镜有10x，20x,50x,100x等各种不同放放大率，通常常都标注在镜镜筒上。对于测员用投投影仪，放大大率的准确性性有十分重要要的意义，它它直接影响测测量精度，为为此必须严格格校正投影物物镜的畸变，，通常要求不不同视场的相相对畸变员不不超过0.1%。（四）工作距距离投影仪的屏幕幕距离是确定定的，我们把把与屏幕共轴轴的物平面到到投影物镜第第一面叫做工工作距离。工工作距离的大大小将直接影影响投影仪的的使用范围。。因为投影物物体不仅有图图片，幻灯片片，照相底片片等，还有具具有一定体积积的物体。例例如齿轮，各各种工件等，，如果工作距距离太小，则则投影仪的使使用范围必将将受到限制。。投影物镜的工工作距离与物物镜的放大率率、物像之间间共轭距有关关。物镜焦距距一定时，放放大率低，工工作距离则长长;当放大率一定定时，物使共共轭距大，工工作距离就长长。物镜的工工作距离与它它的结构型式式有关，在焦焦距相同条件件下，反摄远远物镜具有较较长的工作距距离。二、投影物镜镜的结构型式式投影物镜和照照相物镜的工工作状态恰好好相反，但从从视场角、相相对孔径等光光学特性角度度来看，二者者同属一类光光学系统。$10-2中曾介绍了各各种类型照相相物镜的结构构型式以及它它们所能达到到的光学性能能，在选用投投影物镜时可可做参考。例例如，电影放放映物镜的相相对孔径较大大，一般为1：2~1：1.2，而视场较小小，只需校正正球差，彗差差，轴向色差差，因此电影影放映物镜多多采用等明型型物镜；当视视场比较大，，成像质量要要求高时，除除了校正以上上三种像差之之外，还需校校正像散，场场曲，这时通通常采用三叶叶型物镜、天天塞型物镜，，有时采用双双高斯型物镜镜；如果对工工作距离有特特殊要求，必必须采用长工工作距离物镜镜。长工作距距离物镜是在在反摄远型物物镜基础上发发展起来的，，如图10-40所示，图（a）为测量用长长工作距离物物镜，相对工工作距离=1.9，这种物镜结结构较简单，，但系统较长长，大约是焦焦距的39倍。图（b）为检查仪上上用的长工作作距离物镜，，相对工作距距离=1.2,系统长度较小小，仅为焦距距的14倍。(a)(b)图10-40图10-41如果投影物体体是不透明的的，投影物镜镜只能用被光光源照明后从从投影物体上上漫反射出来来的光线成像像，其光能量量仅为透明物物体情况下的的几十分之一一。为了在屏屏幕上得到足足够光照度，，必须采用大大相对孔径物物镜，如图10-41所示。$10-8投影系统中的的光能计算在进行投影系系统计算时，，为保证像面面上有足够光光照度，光能能的计算就占占有互要的地地位。下面结结合具体例子子说明投影系系统中光能计计算的方法。。[例1]假定一个351m的电影放映机机，采用电弧弧作光源，要要求屏幕照度度为1001x，放映机离开开屏幕的距离离为50m，银幕宽7m，求放映物镜镜的焦距和相相对孔径。解：35mm电影机的片框框尺寸为21x16mm，要求放映物物镜的放大率率为根据放大率公公式为为物物镜的像方焦焦点到像点的的距离。由于于像距比焦距距大得多，所所以。。将将代代入以上公公式，得根据像平面光光照度公式(6-38)有假定整个系统统的透过率为为0.5,电弧的光亮度度由表6-4查得为1.5x108cd/m2代入上式，得得要求物镜的口口径为放映物镜的相相对孔径为（续）根据放映物映映物镜的相对对孔径和投影影面积的要求求，就可以进进行照明系统统光学特性的的计算。假定定片门离照明明反射镜的距距离为850mm,如图10-42所示。由图，，反射镜的口口径D反为如果电弧焰口口的直径为9mm，而片门的对对角线尺寸为为27mm，为了使照明明反向镜所成成的像大于投投影面积，假假定反射镜将将电弧放大3.5x，焰口像的最最大尺寸为由放大率,像距，，为可以以求得照明反反射镜的焦距距。由公式（（2-15），对反射的的情形，，得根据上面的计计算，要求照照明反射镜的的焦距为189mm，口径370mm。图10-42例2一个小型投影影仪采用6V30W的白炽灯照明明。灯泡的光光视效能为15lm/W，灯丝为直径径3mm，长3nm的螺线管，如如图10-43所示。投影物物镜的焦距为为50mm，相对孔径1:3.5，放大率为15X，投影仪的光光学系统如图图10-44所示，采用第第二种照明方方式，照明系系统的放大率率为2X，系统的透过过率，，求俱俱平面的光照照度。图10-43图10-44解：首先求发发光体的平均均光亮度，由由公式6-18，光源发出的的总光通量为为由于发光体在在各方向投影影面积近乎相相等，所以可可近似假定各各方向均匀发发光，发光强强度为根据公式（6-24）求得考虑到后面加加了球面反光光镜，使平均均光亮度提高高50%，则得到发光光体的平均光光亮度为照明器的放大大率为2X，因此，投影影物镜的有效效通光面积为为S=6X6=36mm2,相应的通光口口径D为投影物镜的放放大率为焦距距为50mm，像距为对应的像方孔孔径角为将已知的L、sinU’max和t代入公式（6-38）得即投影仪像面面的光照度为为200lx9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:03:5721:03:5721:0312/28/20229:03:57PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2221:03:5721:03Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。21:03:5721:03:5721:03Wednesday,December28,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:03:5721:03:57December28,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。28十十二月20229:03:57下午午21:03:5712月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:03下下午12月-2221: