工程光学 第8章 摄影、投影

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1、第8章摄影、投影光学系统§8.1摄影系统§8.2投影系统1§8.1摄影系统摄影系统：摄影物镜、感光元2焦距f’、相对孔径D/f’、视场2。1.焦距f’——成像大小2.相对孔径D/f’——像面（照片）照度物体∞时，像面中心照度：视场边缘照度：一、摄影物镜的光学特性33.视场——成像范围∞物体：2近距离物体：2y（1）拍摄远处的物体时：tg=-y’/f’（2）拍摄近处的物体时：y=y’/=x(y’/f’)y’F’-w-y4二、摄影物镜的光束限制5三、摄影物镜的分辨率分辨率以像面上每mm内能分辨开的线对数来表示。按瑞利判断，两点间距离等于艾里斑半径a时即可分辨:6F#——物镜

2、的光圈数。物镜的理论分辨率：此公式决定了视场中心的分辨率。视场边缘由于成像光束的孔径角比轴上点小，分辨率有所降低，且在子午和弧矢方向也有差异。理解摄影系统的分辨率N，以经验公式表示：照相分辨率同时被摄影物镜的分辨率和底片的分辨率所决定。7四.摄影物镜的景深照相制版、放映、投影物镜等只需对一对共轭面成像。电视、电影系统、照相系统则要求光学系统对整个或部分物空间同时成像于一个像平面上。同前述章节景深计算8五、摄影物镜的类型大孔径大视场定焦距物镜普通物镜大相对孔径物镜广角物镜远摄物镜变焦距物镜变焦距物镜9普通物镜f’:20~500mm应用范围广。柯克三片式物镜：D/f’:1:9~1:

3、2.82:640天塞物镜：D/f’:1:3.5~1:2.82:500~600A.定焦距物镜（a）柯克物镜（b）天塞物镜10双高斯物镜相对比较复杂，双高斯物镜：f’=50mm，D/f’=1:2，2=400~600。2.大相对孔径物镜11正透镜在前，像方主面前移3.远摄物镜特点：焦距较长，后截距较短，视场角较小，十几度。机械筒长L’(=d+lF’)f’，L’/f’为摄远比，L’/f’0.8，一般L’＝0.7f’。高空摄影物镜，f’可达3m以上。普通相机也可配600mm的长焦镜头。f’dlF’F’H’L12f’lF’F’H’负镜在前，像方主面后移4.广角物镜特点：焦距较短，

4、后截距较长，视场照度比较均匀。视场角可达600以上。常用于摄制彩色电影。后截距较长,便于物镜和感光片之间安放分光元件。13鱼眼镜头鱼眼镜头又称全景镜头，它是一种超广角镜头，视场角等于或大于1800，镜头的前镜片突出，犹如鱼眼。这种镜头的外壳上常刻有“fish—eye”字样。圆形、矩形141200鱼眼900鱼眼1800鱼眼1500鱼眼15B.变焦距物镜f’在一定范围内连续变化，而像面位置固定不变。16变焦距镜头光学元件示意图1-前固定组，2-变倍组，3-补偿组，4-后固定组17变焦距镜头的工作原理图18镜头变焦距范围有两个极限焦距。fmax’/fmin’＝M——变倍比变焦系统由多

5、个子系统组成，f’的变化是通过一个或多个子系统的轴向移动，改变光组间隔来实现的。19§8.2投影系统投影系统——被照明的物体，以一定大小倍率成像在屏幕上的光学系统。投影系统是把一平面物体放大成一平面实像以便于人眼观察。类似于倒置的摄影系统20f’、2’、D/f’（或NA）、焦距f’2.相对孔径D/f’投影系统一、投影物镜的光学特性214.垂轴放大率：=y’/y≈-l’/f’当焦距f’一定时，放大倍率增大，像距l’也大，轴向结构加大。y’F-’-y3.视场角’：22二、投影物镜的结构形式图片较大屏幕放大成像——小视场，大孔径；类似于倒置的摄影系统23宽银幕：增大对

6、观察者的张角。在普通摄影物镜和投影物镜前加一变形镜（柱面透镜或棱镜）。宽银幕变形物镜24三、照明系统投影系统：照明系统+投影物镜对物面的照明有两个基本要求：一是物面照明要尽可能均匀，二是照明面上要有足够的光通量。25按照明系统的结构型式分为：透射照明投影系统、反射照明投影系统和折反射照明投影系统261.临界照明光源成像于物平面。——多用于投影物体面积较小的情况。“窗对窗，瞳对瞳”光源表面亮度的不均匀性影响观察效果。要求：光源的像大于投影物体面积，电影放映机272.柯勒照明光源成像在投影物镜的入瞳上。消除了物体平面光照度不均匀的缺点。幻灯机和放大机。“窗对瞳，瞳对窗”——多用于大

7、面积的投影情况。优点：容易在像平面上获得均匀的照明。28照明系统提供的光能要想全部进入投影系统，并具有均匀的照明，二者必须满足以下衔接条件：拉赫不变量：照明系统的J1>投影成像系统的J2；保证两个系统的光瞳衔接和成像关系。29