照相机和投影仪讲解

• 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 N 物 1500 lp / mm F • • 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。
• 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。
$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。
• 七、反摄远照相物镜
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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 l 'F 比一般物镜长 得多，视场2 =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。
• 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（ 2=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
• 六、摄远照相物镜
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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2 =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。
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
$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2 =40~50º ，相对孔 径 D / f ' =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。
•图10-17
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。 2和3 均小于 零。景 • 在这类系统中， 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2和3 都起 变倍作用，很难说谁是变倍组，谁 是补偿图10-9 • 如图10-8所示。鲁沙广角物镜视场角2 =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109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。
第十章
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。
• 三、视场角 2
• 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*7.5 mm2 • 35mm 电影使影机 22*16 mm2 • 135#照相机 36*24 mm2 • 120#照相机 55*55 mm2 • 用于航空摄影的照相机，画面要大得多，常用的有180*180 mm2、 240*240 mm2、360*360 mm2。 • 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 y' f ' tg • 相机的幅面一定，即 y' 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，f ' 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（ 2 在40°以下）、常角镜头（2 =45）、广角 镜头（2 =70°~100°）、超广角镜兴（ 2 在100°以上）。
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2 3 则独立移动。 和4 固定在一起进行移动， 如果三个变焦透镜组的光焦度 2 3 4 3 分配合适，当2 和4 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。
• 二、相对孔径 D / f ' • 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（ D / f ' 在1:6.3以下）、 普通物镜（ D / f ' 在1:5.6~1:3.5）、强光物镜 （ D / f ' 在1:2.8~1:1.4）、超强光物镜 （ D / f ' 在1:1~1:0.8）。
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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 2、 3 所示。景物通过前面的固 1 。成像 定透镜组（以后简称前固定组） 于 A'1 ，成为变焦透镜组 2 的虚物，经 2 以后成像于 A'2 ，冉经另一变焦透镜组 3 成 像于 A'3，最后由后固定组4 成像于最后像 面F’ 。 • 由于变焦透镜组 2 、 3 的移动，使 2、 3 发生改变，同时保持像点 A'3 位置不变，系 统的组合焦距 f ' 改变，最后像点 F ' 位置不 变。图10-17上部表示焦距 f ' 最短时的变焦 透镜组位置。下部表示长焦距位置。
• 三、托卜岗照相物镜
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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2 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。
• 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2 =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。
$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 f ' 、相对孔 径 D / f '、视场角2 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 f ' y' l ' • 根抿光学系统垂轴放大率公式 y l • 对一般照相物镜来说，物距 l 通常在lm以上， l 10 f '
• 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 y' ，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。
（二）逆伽里略取景器
• 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 1 1 1 N总 N 物 N 底 • • 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。
• 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。
• 因此像平面十分靠近照相物镜的像方焦平面，即 l ' f ' ， 所以有 f ' / l 。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。