投影机的镜头口径

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　镜头的光圈孔径与镜头焦距比值的倒数，叫光圈系数。比如镜头焦距是240毫米，孔径是50毫米，光圈系数是4.8。光圈系数越大，通光量越小，光圈系数越小，通光量就越大。大孔径镜头可以提高图象亮度，但是清晰度和对比度会大幅度下降，使图象的质量受到损害。为什么会有这种现象呢？从光学理论上讲：“只有光轴上的点，或近轴区域的发光点，用单色细光束通过光学系统成象时，才会有完善的象”。从针孔成象的原理中可知，在小针孔的暗室中，可得到倒立的实象，针孔大一点，图象的清晰度会下降，针孔大到一定程度图象会消失。镜头的孔径不单决定透光能力，更重要的是决定成象质量。比如图象的清晰度，分辨率，校正象、色差能力等都与孔径有关。实践证明，小孔径镜头要比大孔径镜头成象质量好，而用大孔径镜头投影，聚焦镜焦点上形成的光束小于镜头的孔径，光束以外的杂散光线通过镜头投到屏幕上，使图象的清晰度、对比度下降。在实际的应用中，用多大孔径的镜头合适昵？我们来看一下投影的光路系统是如何把光投到屏幕上的（见下图）。

　　光源发出的光线，经聚焦镜聚焦在N'H'点上，该点是安放镜头的最佳位置。由于聚焦镜的面积和焦距，使光线受到折射，边缘部分比中心部分折射的更厉害。折射的光线与中心光线不再相交于一点，在N'H'点上形成了组合光束，光束的直径大于发光体的轮廓，为了最大限度地把聚焦镜投到镜头上的光线，再投到屏幕上，就要选用与光束直径相同的镜头。光束的直径大，镜头的孔径也必然要增大，此时可以保证屏幕的亮度。前面已经说过，大孔径镜头不如小孔径镜头成象质量好。为了缩小镜头孔径，就要把N'H'点的光束直径缩小。是什么原因影响光束的直径呢？

　　一个单片聚焦镜，它的前后焦距是相等的，前焦点的物，在后焦点上形成的象，尺寸是相同的。而用两片聚焦镜组合，物与镜之间的距离等于组合焦距，象与镜之间的距离等于原单片镜的焦距时，象的尺寸是物的二倍。也就是说，光源发光体的轮廓，经两片聚焦镜，在N'H'点上所形成的象，是发光体轮廓的二倍。这个象的轮廓就是光束的直径。发光体的轮廓越大，光束的直径也就越大。为了缩小光束的直径，最好的办法就是选用发光体轮廓小的点光源。选用点光源，光束的直径小了，并不是光线少了，而是更集中而已。

　　就我们手边现有的材料来说，比如直径70毫米的反光碗，双端高压金卤灯，直径70毫米集光镜，加200~250毫米焦距的菲涅尔透镜，组成的光路系统，N'H'点上的光束直径不会大于50毫米。各部件安装位置准确，光束的直径还能小一些。既然光束的直径不大，我们就没有必要按F=2的标准来设计和制作镜头，而使用与光束直径相同的镜头，并不会降低屏幕的亮度，同时可以遮挡光束以外的杂散光线，提高图象的清晰度。

　　从成象质量来说，镜头孔径的大小应该有个度，不应过大，但也不能过小。小孔径镜头成象质量好，但通光量低，大孔径镜头亮度高，图象清晰度差，这就产生了一对矛盾。我们知道，每个镜头都有它最佳的光圈系统，在该光圈下，成象质量和通光量以及校正象、色差能力都能得到保证。而这个系数是受镜头的孔径、焦距、视角这三个参数互相制约的。为了解决这个矛盾，只有采取折中的办法，在保证图象质量的情况下，为了使屏幕的亮度不致于过低，选用与光束直径相同孔径的镜头，既能保证图象的质量，也能保证图象的亮度。