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。'f'/fD2•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。'fllyy''l'10fl''fllf/'•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）。'/fD'/fD'/fD'/fD'/fD•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*7.5mm2•35mm电影使影机22*16mm2•135#照相机36*24mm2•120#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）。2tgfy''2222'f'y•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。mmlpFN/1500物•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。底物总NNN111$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。2'/fD•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。2•三、托卜岗照相物镜•图10-6图10-7•如图10-6所示。托卜岗物镜是一种较早使用的广角物镜，视场角可达90º，相对孔径为1:6.5，主要用于大幅面的航空投影机上，它的复杂化目的是为了减小剩余畸变，如图10-7(a)所示，或增大相对孔径，如图10-7(b)所示，相对孔径可达1:5.6。2•四、鲁沙广角照相物镜•图10-8图10-9•如图10-8所示。鲁沙广角物镜视场角=120º，相对孔径l:8，主要用于航测相机。它的复杂化目的，一是增大相对孔径，如如图10-9示，相对孔径可达l:5.6，但视场角减小为100º；另一目的是更好地校正像差，以获得更高的成像质量。2•五、达哥照相物镜•图10-10图10-11•如图10-10所示。达哥物镜是一种视场较大（=60º），相对孔径较小（1:8)的物镜。把中间两个胶合面改为分离曲面,可提高光学性能，视场可达70º，相对孔径可达1：4.5，如图10-112•六、摄远照相物镜•图10-12图10-13•如图10-12所示。摄远物镜由一个正的前组和一个负的后组构成。这种物镜的特点是透镜组的长度L可缩短到焦距的三分之二左右。视场=20º，相对孔径为l:8，多用作相对孔径小，视场不大的长焦距照相物镜。为了校正畸变，用两个分离薄透镜代备双胶合后组，可使视场达到30º。如图10-13所示。2•七、反摄远照相物镜•图l0-14•反摄远物镜的基本结构如图10-14所示。它由一个负的前组和一个正的后组构成。这种物镜的特点是后工作距离比一般物镜长得多，视场=80º，相对孔径为1：2由于电影和电视摄影机中，要求物镜有较长的后工作距离，因此所使用的短焦距物镜必须采用反摄远抛物镜。另外，目前120#相机的结构都朝着单镜头反光取景器的方向发展，也要求物镜有较长的后工作距离，因此反摄远物镜应用广泛，演变型式也很多。Fl'2•八、等明型照相物镜•••等明型照相物镜由两个远离的正透镜组构成，如图l0-l5所示。视场=20º，相对孔径为1:2,主要用做电影放映物镜，这种物镜的缺点是后工作距离很短，使用受到很大限制。•九、特大相对孔径照相物镜•图10-16•如图10-16所示，这种物镜的视场不大，大约20º左右，主要用于弱光下工作的仪器，例如微光，红外，荧光成像仪器等。$10-3变焦距照相物镜•最近十多年以来，变焦距物镜获得了较大发展。由干变焦距物镜能在一定范田内迅速改变系统的焦距，得到不同比例的像，因此它在新闻采访，影片摄制和电视转播等场合，使用特别方便。而且在电影和电视的连续变焦过程中，随着物像之间倍率的连续变化，像面景物的大小连续改变，可以使观众产生一种由近及远或由远及近的感觉，更是定焦距物镜难以达到的。目前变焦距物镜的应用日益广泛，开始主要用于电影和电视摄影，现在巳逐步扩大到135#照相机和小型电影放映机上，但仍以电杉和电视摄影为主。•变焦距物镜的基本原理是利用系统中两个或两个以上透镜组的移动，改变系统的组合焦距，而同时保持且后像面位置不变，使系统在变焦过程中获得连续清晰的像。变焦距物镜通常都是按系统中变焦物镜组。即系统中的可移动透镜组l的个数，以及正透镜组和负透镜组的配置位置进行分类的。下面分类介绍目前用得较多，效果较好的几种类型。一、负-负型•这种类型变焦距物镜的变焦透镜组是由两个负透镜组构成的，如图10-17中打有斜线的透潦组所示。景物通过前面的固定透镜组（以后简称前固定组）。成像于，成为变焦透镜组的虚物，经以后成像于，冉经另一变焦透镜组成像于，最后由后固定组成像于最后像面F’。•由于变焦透镜组、的移动，使发生改变，同时保持像点位置不变，系统的组合焦距改变，最后像点位置不变。图10-17上部表示焦距最短时的变焦透镜组位置。下部表示长焦距位置。32、•图10-1711'A222'A33'A42332、3'A'f'F'f二、负-正型•这种类型的变焦透镜由一个负透镜组和一个正透镜组构成，如图10-18听示。图的上部为短焦距位置，下半部为长焦距位置。•在这类系统中，均小于零。景物经前固定组和变焦透镜组以后为实像，因此系统可以不加入后固定组，不过为了校正像差，或者为了增加或减小系统的相对长度，一般仍要加入适当的后面定组。这类系统中的两个变焦透镜组都有较大的移动量，在变焦过程中和都起变倍作用，很难说谁是变倍组，谁是补偿组。32和23图10-18三、正-负-正型•这类变焦系统的变焦透镜组共有三个，两个正透镜组和一个负透镜组，它们的位置排列如图10-19所示。图的上部为短焦距位置，下部为长焦距位置，这三个透镜组可各自分别按一定规律移动，以达到最大限度的变焦效果，为了简化透镜组的运动规津，可以把和固定在一起进行移动，则独立移动。如果三个变焦透镜组的光焦度分配合适，当和固定在一起移动时，保持不动，也可以在四个焦距上达到像面位置不变，其它焦距的像点位置虽然稍有移动，但移动量不大，这样的系统称为光学补偿系统；而把前面所述的那些变焦透镜组按一定曲线规律移动的系统，称为机械补偿系统。243234243图10-19$10-4取景系统和调焦系统•一、取景系统•取景系统的作用是用来观察被摄景物，以便在摄影时选取合适的摄影范围，对取景系统的基本要求当然应该是:通过取景器观察到的景物物范围和实际拍摄的成像范围一致，对其成像质量要求并不高。下面介绍儿种常用的取景系统的结构型式。（一）牛顿取景器•图10-20•牛顿取景器由一块负透镜和一个框架构成，如图10-20所示。被摄物体通过负透镜，在其像方焦平面附近成一正立缩小虚像，人眼在明视距离上进行观察。这种取景器在老式照相机上应用较多。它的缺点是通过取景器观察到的景物范围比实际成像范围小得多，取景误差较大。'y（二）逆伽里略取景器•图10-21•为克服牛顿取景器观察物范围小的缺点，现代小型照相机中多采用逆伽里略取景器，它由一个负透镜物镜组和一个正透镜目镜组构成，如图10-21所示。取景器的视放大率一般在0.6-1之间。这种取景器结构比较筒单，取景比较准确，在一般平视取景照相机中应用很多，缺点是取景边缘渐晕较大，轮廓不清晰，而且当眼晴的位置，瞳孔大小变化时，取景范围随之改变。所以在设计这类取景系统时，视场应缩小10%-20%做为安全系数，以保证安全取景。(三)亮框取景器•如上所述，逆伽里略取景器不能获得清晰的取景范围，为克服这一缺点，在逆伽里略取景器中，附加亮框装置，构放亮框取景器，如图10-22所示。亮框通过亮框透镜成像，再经目镜放大，透入人眼。取景时，在视场中看到外界景物的同时，还看到限制景物成像范围的亮框，从而使取景系统有一清晰的视场范围。为了安全取景，亮框所限制的视场范围应等于考虑了安全系数以后的视场范围。这种取景器在135#相机中采用的很多。图10-22（四）双镜头反光取景器•在双镜头反光照相机中有结构相同的两个镜头，如图10-23所示，上面的是取摄物镜，下面的是照相物镜。外界景物通过取景物镜、平