应用光学讲课解析.ppt

Applied Optics 由此可见，光能损失非常大，镀膜以后，透过率为 投影系统及其光能计算 10-5 投影仪的作用及其类别 10-6 投影仪中的照明系统 10-7 投影物镜 10-8 投影系统中的光能计算 Narcissus【希神】那西塞斯(一美少年因自恋水中的美影以致憔悴而死化为水仙花); [narcissus ]以美貌自夸的青年 那喀索斯一个青年由于对水池中自己形象的眷恋而死去，变成一种以他的名字命名的花朵 第二类：柯勒照明:光源通过照明系统成像在投影物镜的入瞳上；物体在经投影物镜成像在屏幕上。幻灯机，放大机 计量用的投影仪，为避免调焦不准，采用物方远心光路 10-6 投影仪中的照明系统 一、聚光照明系统的作用和要求 提高光源的利用率，使光源发出的光能尽可能多地进入投影物镜 充分发挥投影物镜的作用，使照明光束能充满物镜的口径 使投影物平面照明均匀，即物平面上各点地照明光束口径尽可能一致。 二、照明系统的基本结构型式 偏转角U’-U 20o 20o~30o 30o~50o 非球面透镜：简化结构，消球差 螺纹透镜：消球差 10-7 投影物镜 一、投影物镜的作用 将被光源照明的投影物体成像在屏幕上 保证成像清晰、物像相似 与照明系统合理配合，保证屏幕上有足够的光照度 投影物镜的光学特性 视场，相对孔径，放大率，工作距离 (一)、视场 线视场：投影物体的最大尺寸 例如：一个100倍的投影物镜，屏幕尺寸为1500mm，线视场为 (二)、相对孔径 通常，屏幕距投影物镜距离与物镜焦距相比，达数十倍，因此投影物平面近似为物镜的物方焦平面 因为 所以 光照度与相对孔径的平方成正比 光照度与垂轴放大率的平方成反比 (三)、放大率 放大率越大，屏幕上的像越大，测量精度越高 有 所以，焦距一定时，放大率增大，像距加大，物像之间的距 离加大，系统结构尺寸加大。 (四)、工作距离 与屏幕共轭的物平面到投影物镜第一面的距离叫做工作距离 工作距离太小，会影响使用 工作距离与物镜放大率，物像之间的共轭距有关 物镜焦距一定，放大率低，工作距离就长； 当放大率一定时，物像之间的共轭距大，工作距离就长 二、投影物镜的结构型式 投影物镜与照相物镜同属一类光学系统 视场较小时：校正球差，彗差，轴向色差 视场较大时：还需校正像散，场曲 例如：长工作距离物镜 例如：大相对孔径物镜 用于反射式，物体不透明，光能量很低，相对孔径需很大 10-8 投影系统中的光能计算 已知投影系统结构参数，求像平面光照度 已知像平面光照度，求投影系统和照明系统结构参数 【例1】 假定一个35mm的电影放映机，采用电弧作光源，要求屏幕照度为100lx，放映机离开银幕的距离为50m，银幕宽7m，求放映物镜的焦距和相对孔径。 35mm电影机的片框尺寸 为21×16mm2，要求放映物镜的放大率为 根据放大率公式  由于像距比焦距大得多，所以x′≈l′=50000mm。 将β=-333代入以上公式，得 f′=－x’/β=-50000/(-333)=150mm 根据像平面光照度公式有 假定系统透过率为0.5，电弧的光亮度由表6-4查得为 代入 上式，得 要求物镜的口径为 放映物镜的相对孔径为  照明系统光学特性的计算 D反 850 f’ 假 定片门离照明反射镜的距离为850mm 反射镜的口径D反为： 设电弧焰口的直径为9mm，片门的对角线尺寸为27mm，为使照明反射镜 所成的像大于投影面积，假定反 射镜将电弧放大3.5×，焰口像的最大尺寸为 y′=βy=3.5×9=31.5mm 由放大率β=-3.5，像距l′=850mm，就可以求得照明反射镜的焦距。对反射的情形n′=-n，得 l=-l′/β=-850/(-3.5)=243mm 将l、l′、f′=f 代入高斯公式，得 照明反射镜 焦距为189mm 口径370mm f′=189mm ［例2］一个小型投影仪采用6V30W的白炽灯照明。灯泡的光视效能为15lx/W灯丝为直径 3mm，长3mm的螺线管。投影物镜的焦距为50mm，相对孔径1∶3.5，放大 率为15×，投影仪的光学系统如图10-44所示。采用第二种照明方式，照明系统的放大率 为2×，系统的透过率τ=0.6，求像平面的光照度。 光源发出的总光通量为 Φ=KΦe=15×30=450lm   考虑到后面加了球面反光镜，使平均光亮度提高50%，则得到发光体的平均光亮度为 L=1.5×4×106=6×106cd/m2 假定各方向均匀发光，发光强度为