ケーラー照明
電球のフィラメントなどの通常の光源は、輝度にムラがあり均一に発光していない。そのため、明るく照明するために光源の光を単純に凸レンズで集めたのでは、光源の輝度ムラが照射面に表れてしまい均一な照明ができない(最も極端な例として、クリティカル照明では光源の実像を照射面に映すため、明るい部分とそれ以外の部分との境界が非常にくっきりと表れる)。また、照射面を凸レンズに近づけるとほぼ均一に照らせるものの、光があまり集まらないため明るく照明することができない。
ケーラー照明では光源の輝度ムラが照射面に現れないよう、それぞれ別の役割を持った2つの部分からなる光学系を用いる。 集光レンズは光源の実像を投影レンズ上に作り、投影レンズは集光レンズの実像を照射面に作る。 つまり、集光レンズの役割は光源からの光がより多く投影レンズを通るようにすることであり、投影レンズの役割は(集光レンズで結像する前の)光が均一な面を照射面に映し出すことである。
また、プロジェクタや写真用引き伸ばし機などにケーラー照明を用いる場合、(集光レンズの実像を照射面に映すのではなく)フィルム面の実像をスクリーンに映すのが目的であるため、先の例とは少し異なる設計が用いられる。
どちらの場合にも、集光レンズの像面からは大きく外れた(光が均一に通る)面を投影レンズで映し出すことになるため、照明ムラは最小限に抑えられる。