Теория и расчет оптических систем

Положения зрачков для компонентов

(рис.10.5)

91

11.ПРОЕКЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

11.1.Основные характеристики проекционных систем

Оптические системы проекционных приборов состоят из 2-х частей: осветительной и проекционной. Проекционные и осветительные системы должны быть согласованы по апертуре и полю зрения с целью

получения требуемой освещенности экрана и еѐ распределения при заданном масштабе изображения. Эпископическая проекция – проекция непрозрачного предмета, образованная лучами света, отраженного

от предмета (в отраженном свете).

Диаскопическая проекция – проекция, образованная лучами света, проходящими сквозь предмет, сюда же относят кинопроекцию.

Основные характеристики: масштаб изображения (линейное увеличение), освещенность изображения и размер проецируемого предмета, иногда экрана. Эти характеристики определяют:

–проекционное расстояние;

–диаметр входного зрачка проекционного объектива;

–яркость;

–пропускание системы;

–схема и конструкция осветительной системы.

Проекционное расстояние – расстояние от объектива до экрана.

Отличительные особенности проекционных объективов.

1)Обеспечение постоянства контраста и разрешающей способности при проекции в проходящем свете; в отраженном свете – удовлетворительном контрасте и разрешающей способности.

2)Малое виньетирование

3)Повышенное требование к коррекции дисторсии.

Требуемая освещенность экрана зависит от назначения проекционного прибора.

Принимают яркость экрана L при:

–кинопроекции (в кинотеатрах) 100 кд/м2;

–диа-проекции 50 кд/м2;

–эпи-проекции до 20 кд/м2;

–для контрольно-измерительных приборов L=15-25 кд/м2.

92

Коммерческая кинопроекция Е=400 лк. Демонстрационная Е=200 лк. Эпи-проекция Е до 80 лк.

Контрольно-измерительные приборы Е=60-100 лк. При удалении от центра освещенность экрана изменяется:

11.2. Расчет эпископической проекционной системы

Рис.11.1. Эпископическая ОС:1 – непрозрачный плоский предмет; 2 – лампа; 3 –зеркало с внешним отражающим покрытием для получения прямого изображения; 4– объектив; 5 – экран

Поверхность предмета – диффузно рассеивающая, поэтому Lпр= ρпр*Епр/π, где ρпр – коэффициент отражения от поверхности предмета; Е– освещенность предмета; m – число источников(ламп); J – сила света каждой лампы; l – расстояние от тела накала лампы до центра поверхности предмета; ε – угол между нормалью к поверхности предмета и лучом, проходящим между телом накала и центром поверхности предмета.

Освещенность центра экрана: Е’=ηπLпрsin2ζА’, где η – коэффициент пропускания системы, состоящей из зеркала и объектива (η= ρ3ηоб); ζА’ – задний апертурный угол объектива.

Линейное увеличение в зрачках βр=1; p’>>D, поэтому sinζА’=D’/2p’.

94

95

11.3. Расчет диаскопической проекционной системы

6.Расчет относительного отверстия:

8.Суммарный угол охвата конденсора равен сумме углов охвата и сходимости

(| | | |)

9.Определение типа конденсора: одно-, двух-; трехлинзовый и т.д.

11.4. Осветительные системы проекционных приборов

Осветительные системы предназначены для освещения объектов направленными пучками лучей. Конденсор создает действительное изображение источника света либо непосредственно на освещенном

предмете (схема применяется, если яркость излучающей поверхности источника света равномерна, рис.11.3, а), либо во входном зрачке D последующей оптической системы (рис.11.3, б).

Рис.11.3.Оптические системы конденсоров: а) – проекция источника на предмет; б) – проекция во входной зрачок объектива

98

В этом случае предмет l обычно располагается вблизи конденсора, так как его диаметр будет наименьшим. При неравномерной яркости рекомендуется применять схему (рис. 11.3, б), так как в этом случае каждая

точка предмета освещается лучами, исходящими из всех точек излучающей поверхности.

В связи с ограниченной номенклатурой и сложностью применения источников с равномерной яркостью наибольшее применение получили осветительные системы, изображенные на рис. 11.3, б.

Сложность конструкции конденсора определяется величиной угла охвата (апертурным углом 2ζк) и линейным увеличением конденсора βк или фокусным расстоянием f’к. Обычно в конденсорах исправляют сферическую аберрацию. Эмпирически установлено, что результат при этом получается удовлетворительным даже при использовании однолинзового конденсора, если угол охвата не превышает 20°. При углах охвата до 50° необходимо делать конденсор двухлинзовым, а до 70° – трехлинзовым.

Существуют линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые конденсоры. Иногда в конденсорах исправляют хроматизм положения и кому. В ряде же случаев даже от условия исправления сферической аберрации отступают и из технологических соображений применяют плоско-выпуклые линзы. Для увеличения угла охвата и уменьшения числа линз иногда применяют асферические поверхности, обычно параболоидные.

Линзовый конденсор

Это оптическая система, создающая действительное изображение источника света на конечном расстоянии

Технологический вариант – система, состоящая из определенного числа линз, рассчитанных на минимум сферической аберрации и выполненных из одинакового сорта стекла, к примеру, из стекла К8.

99

Рис.11.4. Ход апертурного луча в конденсоре

k=1, m=0.1 – однолинзовый; k=2, m=0,1,2 – двухлинзовый; k=3, m=0,1,2,3 – трѐхлинзовый.

Углом охвата 2 называют двойной апертурный угол в пространстве предметов, он характеризует полноту использования потока света.

100