放映投影系统的工作原理及其类别

12.4　放映投影系统的工作原理及其类别

在光学仪器中还有一类重要的光学系统，即放映投影系统。凡将被透射光或反射光照明的物体（在很多情况下是平面图片）在远处屏幕上成倒立放大实像的光学系统即为放映投影系统。

放映投影系统一般由两部分构成，一部分是照明系统；另一都分是投影物镜。照明系统的作用是把光源的光通量尽可能多地聚集到投影物镜中去，并使被投影物体在屏幕上照明均匀，且具有足够的亮度；投影物镜的作用是把被投影物体成像在屏幕上，使之物像相似，并保证成像清渐。上述要求决定了投影系统的主要特点。为在像面上获得最大照度，应该正确地选择投影物镜和照明系统，使两者之间以及与光源有恰当的配合。

从不同的角度可对投影系统作不同的分类。

（1）根据照明物体方式不同，放映投影系统可以分成如下两大类：

第一类，光线透过待投影物体（如电影胶片等）而投影成像于屏幕上的，称为透射式放映投影系统，如幻灯放映机、电影放映机、照相放大机、某些仪器中的光学投影读数系统、应用于检测各种零件尺寸及轮廓的投影仪以及LCD投影机等。

图12.24　透射式投影仪原理图

图12.24是透射式放映投影系统一种常用类型。这种类型适用于较大尺寸（面积）画面的放映投影，例如幻灯机和放大机。投影物镜将物体BAC成像在屏幕上，得到B＇A＇C＇；为使物体（如图片）被均匀照明，根据有关照明系统设计原则的讨论，物体BC应置于照明系统（聚光镜）的出射光瞳平面上，照明系统应将光源成像（倒立放大像）在投影物镜的入瞳平面上。

第二类，光源从侧面照明不透明的待投影物体，然后利用物体的反射光经投影物镜成像在屏幕上，称为反射式放映投影系统，如教室里用的投影不透明图片、书页的反射式投影仪。这类投影仪的突出优点是可以投影所需要的任意选择的图片，不需要采用价格较贵且保管不便的幻灯片。但由于图片的吸收和散射损失很大，为保证屏上有足够的照度，必须采用强光源照明图片，并采用大相对孔径的投影物镜。另外，新型的LCoS投影机和DLP投影机也属于这类反射式放映投影系统。

图12.25是一种通用的反射投影仪的原理图。由抛物面反射镜M₁N₁射出的光线经平面镜M₂N₂反射后，投射在不透明的图片BC上，BC的漫射光经投影物镜L和反射镜M₃N₃成像在屏幕上。图中E为冷却器。

图12.25　反射式投影仪原理图

（2）根据用途和使用的场合，放映投影系统可以分成两类：一类是放映仪器，如电影放映机和观察用的投影仪，屏幕上得到的放大像供观察用；另一类是用于光学计量的投影仪，广泛用于仪表、钟表、工具、机械、电子等各种行业，可对样板、刀具、电路板、齿轮、凸轮及形状复杂工件作长度、角度、轮廓和表面形状测量。其被成像的物体可以是图片，也可以是实际物体，接收部分通常是毛玻璃屏。放映仪器与投影仪两者本质相同，都是在屏幕上得到放大像，但由于计量用投影仪主要用于尺寸、角度和轮廓的测量，因此其精度要求比放映仪器高，如要求仪器放大率误差不超过8‰－5‰。

利用计量投影仪进行测量的主要方式有：

a.将被测件以精确的放大倍数投影到影屏上，利用影屏上的瞄准线（如十字线）与工作台上的精密直角坐标刻尺和度盘相配合，进行长度、角度与坐标位置的测量；

b.利用精密的玻璃刻尺对影屏上的像进行间接测量；

c.利用比较法测量各种形状复杂的高精度零件的轮廓。例如：对某一待测的曲线样板，首先将其标准尺寸和公差带按投影仪的放大倍率放大后，绘制成标准的轮廓曲线，置于投影屏上，然后将实际工件在屏上的投影像与标准样板曲线进行比较，看其是否在公差带内。这种方法适于大批量生产。

（3）根据投影机、屏幕与观众之间的位置关系（即投影方式），放映投影系统分成两种：前投方式和背投方式（如图12.26所示）。所谓前投，就是投影机安装位置与观众在屏幕的同侧，投影机发出的光线投射到屏幕，在屏幕上形成图像，然后光线再反射进入人眼。前投屏幕可做成任意尺寸，但需要控制环境光才能得到很好的观看效果。适用于具有很多观众的暗室环境。前投式投影仪与屏幕分离，体积小，方便携带；所谓背投，就是投影机的安装位置与观众分别位于屏幕的两侧，以屏幕为参考面，观众在屏幕前方欣赏，而投影机在屏幕后方投射影像，投影机发出的光线从屏幕的一侧直射到屏幕，光线透过屏幕进入观众眼睛。背投屏幕的尺寸一般比前投屏幕小，但不需要控制环境光，比较适用于观众不多。环境光线和照明很好的场合。背投投影仪是将屏幕和投影仪做成一体化的产品，主要应用于大尺寸背投式电视。

图12.26　放映投影系统投影方式