第 十章光学系统分析制版照相机的光学系统成像原理

)1('''

1'

'

11

'

1

fllll

l

fll

当缩放对光时，

时为原大像＝当横向放大率

若在镜头和原稿之间需要加入滤色镜 ( 其折射率 n1 ， ) 或在底片之前需要使用玻璃网屏 ( 其折率为 n2) ，则应该注意它们对物距和像距的影响。

由空气中平行平板玻璃的成像规律可知，在照相机镜头前后加滤色镜或玻璃网屏时，其物距或像距应分别增加 ΔL1或 ΔL2

22

22

11

11

1

1

dn

nL

dn

nL

式中 n1 、 d1 为滤色镜的折射率和厚度； n2 、 d2 为玻璃网屏的折射率和厚度

制版照相机镜头的性能参数

制版镜头的主要性能参数有：焦距、视场、孔径、分辨率、成像密度域等。

焦距：焦距是制版镜头的基本参数之一，它决定了成像倍率和底片的尺寸规格。长焦距镜头可以使底片上的照度更为均匀。焦距与曝光时间有密切关系，在其它条件不变时，镜头的焦距越短，则可以增大拍摄倍率和缩短曝光时间。焦距与底片尺寸的关系在 P107

为了提高照相制版的效率，应在保证满足拍摄尺寸和缩放倍率的前提下，尽量选择焦距短些的镜头！

视场。照相镜头的视场光阑设在底片平面上，因此其入窗与物平面重合，可以消除渐晕。？？？

但由于像差及装校等原因，在像面上只能在一定范围内的成像是清晰的，这个清晰成像的范围即为像场，与像场共轭的物平面( 原稿 ) 范围即为视场。

制版照相时，感光材料的最大幅面不能超过像场 ( 一般为圆形 ) 的内接矩形。即感光材料对角线等于像场的直径 Φ

')1('2 tgf 制版照相时，感光底片的尺寸决定于缩放倍率 β 、镜头焦距 f’和像方视场角 ω 。一般制版镜头的像方视场角 ω =40° ～ 60°左右

孔径。制版照相系统的孔径光阑一般设在镜头中间。在制版照相工艺中，由于有专门的照明设备，使用较强的光源，并且曝光时间比较长。因此，与普通照相机相比，制版照相机的相对孔径要小得多。

分辨力 ( 解像力 ) 。分辨力是指镜头分辨物体细微结构的能力。根据光的衍射理论和瑞利判据，镜头的理论分辨力为：

片上的距离为镜头分辨两物点在底

D

f '22.1

可以分辨的线数N为为相应的单位长度'22.1 f

DN

显然，镜头的分辨力过低，将会使原稿上的细微层次丢失。因此，在选择镜头分辨力时，还应注意原稿的性质。

① 上述分辨力只是理论值，由于像差和其它误差的影响，实际分辨力要比理论值低得多。一般只有 40 ～ 60 l ／mm。

②如果考虑照相的全过程，那么在实际工作中还应该注意感光底片的分辨力，不能盲目追求镜头本身的高分辨力，而应使镜头和感光底片的分辨力互相匹配。

成像的密度域。镜头成像的密度域表示相同密度的原稿成像时，其密度变化的性能。

习惯上把密度域大的镜头称为“硬性”镜头，反之则称为“软性”镜头。 密度域的不同主要是杂光和残余像差的影响。杂光使像面上对比度下降，而残余像差则使成像清晰度下降。因此导致了成像密度域的变化。一般是使像的密度差比原稿密度差缩小。

制版照相机镜头的特点1．工作距离有限。镜头的工作距离是指被拍摄的物平面到镜头的前表面之间的距离。

距离不很大，而镜头的焦距又比普通照相机大得多，制版照相机镜头的工作距离不能认为在无限远，只能在有限距离下工作。其底片位置不与像方焦面重合。

2．滤色镜和网屏

像发生位移

残余像差增大，影响清晰度

像面照度下降，增加曝光时间

3．照明系统。制版照相机则有专门的照明系统，以保证原稿上有均匀、稳定的照明。

4．制版照相机镜头要严格校正各种像差。

四、制版照相机镜头的结构制版照相机镜头的设计主要是在满足性能参数要求的条件下，进行像差 (球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差和倍率色差 )

校正 .

一类是对称型结构

采用胶合面或透镜分离

工作原理是：以激光器为光源，它发出高强度的相干光束。对于一个完整的版面，首先由采用 Postscript 版面描述语言的栅格图像处理器 (RIP) 分解成许多微小方格的图文单元 (称为像素 ) ，这些像素的边缘小到 0． 02mm ，这些像素被调制的激光束在感光材料上扫描成像曝光就形成了图文。

激光图文照排机

激光器和调制器。 3000型激光照排机采用 l0mW He--Ne激光器。

调制器采用声光调制当高频超声波信号不加在声光晶体上时，激光可顺利通过声光晶体

高频信号加在晶体上时，激光在衍射作用下光强增强

光学系统

中性密度滤色片。中性密度滤色片的作用是改变曝光时的光强度，适应不同输出材料的变化。其余 l ～ 8位置上有不同的滤色片，位置级数越高，光强衰减越大。

旋转多面镜。激光照排机的输出速度与多面镜的转速 (3000r ／ min) 有关。

面数 转数 扫描线 5 3000 15000 8 3000 24000

照排机的输出分辨率：又称为记录分辨率或记录精度。指激光照排机在单位长度内可以记录的光点数量。通常以每英寸的点数（ dpi) 或每厘米的点数（ dpem)来表示

输出分辨越高，激光点的尺寸越小，光点密度程度越高，在相同的加网线数，输出分辨力越高，组成的网点的光点就越多。灰度级变化越大。

12＋）加网线数输出分辨率

灰度级＝（

2571161150

2400

150

2400

22 ＝＋＝＋）灰度级＝（

网目线数输出分辨率

LpI

DpI

每增加或减少一个激光点曝光，印刷网点尺寸变化一级，构成不同深浅的灰度级。

2 、激光印字机。激光印字机以半导体激光器作为光源。其光学系统的结构和工作原理可分为两种：一种是通过控制注入电流调制激光；另一种是用声光调制器调制激光。

导体激光器发出的激光束经扩束镜后被多面棱镜反射，到达硒鼓表面并进行扫描，在硒鼓表面涂布光敏半导体材料硒，经过光束照射(扫描 ) 过的各点发生放电，形成带负电荷的字符影。再经过显影、转印、定影等，即可以在记录纸上形成永久性的字符。

电分机的光学系统电分机工作的基本原理是：通过光点扫描，在原稿上提取光信息，并通过光电倍增管进行光电转换，转换成电信号以后输入计算机系统进行处理，处理后的电信号从计算机系统输出，经电光转换为光信号，并在记录软片上进行扫描，从而获得黄、品红、青、黑等各色阴图片或阳图片。

电分机主要由光点扫描系统、计算机系统和记录曝光系统三部分组成。

照明系统照明系统的任务是在原稿表面形成照明光点，它包括光源和光学系统两部分。

光源：光源的质量对分色误差有很大影响。主要要求是：①光源辐射的光谱成分全，即尽可能包括全部可见光光谱成分，并且接近日光；②色温高，发光强度大；③光度稳定；④热辐射少，即红外辐射少。此外还要求结构简单，点燃方便，经济卫生等。

光学系统透射稿照明光学系统

反射稿照明光学系统

扫描系统

扫描系统的任务：在扫描过程中，由于原稿滚筒的转动和照明系统及扫描系统的横向进给，扫描光点在原稿表面形成螺旋形的扫描线，每条扫描线又被分解为大量的微小图像单元 (称为像素 ) 。扫描光点经过这些像素时，便从原稿像素上提取信息，形成光信号。

扫描物镜。扫描物镜属于显微物镜型，其数值孔径 NA=0． 25 ～ 0． 35 。扫描物镜的孔径角应与照明系统相配合，使物镜的入瞳与照明系统的出瞳重合，这样符合光孔转接原则，可以最大限度地利用光能。控制杂光的主要措施是：光学零件表面镀增透膜，减少反射光；金属零件和光学零件的非工作面涂黑；设置消杂光光阑以及系统的密封性要良好等。在扫描分色时，应注意扫描物镜工作距离 ( 即原稿取样平面到物镜表面的距离 ) 的变化不超过物镜的景深范围，否则将导致调焦误差。

扫描光孔：和原稿上的扫描光点是扫描物镜共轭点。光孔是扫描系统的视场光阑，因此入窗在原稿表面上 ( 即物平面 I) ，可以消除渐晕。

为物镜的横向放大率

＝光孔的直径，

＝，扫描线数为

扫描光孔

扫描

Kl

KDKD

lDl

1

改变扫描线数，光孔的直径也随之改变；反之，使用电分机中不同尺寸的光孔，可以获得不同的扫描线数。

扫描线数的增加受到各种因素的制约（ 1）光孔很小，扫描光点就很小，从原稿上取得的光能量减少，信号太弱，使光电倍增管难以得到足够的响应能量，使整机的信噪比降低；

（ 2）由于原稿的光斑减小，通过原稿上轮廓细节的时间也减少，要求计算机系统的频率响应要提高，光电转换元件的灵敏度也要提高，而实际上这些指标的提高是有限度的，因此超过一定限度，图像清晰度反而会下降；

（ 3）扫描线数的提高，会使扫描时间增长，不利于提高生产率。

分色系统

两块干涉滤色片将一束白光分成红、绿、紫蓝三路，分别进入各自的通道，实现了分色的要求。

分色误差分析

光源的光谱特性

滤色片的光谱特性

干涉滤色片

胶质吸收滤色片

光电倍增管的光谱特性

记录曝光系统 记录曝光系统主要由曝光光源和曝光光学系统 ( 物镜、光孔等 )组成

曝光光源

光源的光谱特性：要求曝光光源的光谱特性与感光相 l 底片的感光性能相适应。

发光强度：光电倍增管光谱响应曲线、制版软片的感光度，曝光时间，分色片的种类 (连续调分色软片或直接加网分色软片 ) 。

曝光光学系统 是完成电光转换，形成曝光光点，并在记录软片上扫描曝光，做成分色软片。由于采用的曝光光源不同，曝光光学系统也略有区别。