Файл: Красовский, Э. Э. Пособие киномеханику.pdf

Г Л А В A III

основы оптики

Краткие сведения о светотехнике,

ее величинах и единицах

Свет представляет собой лучистую энергию в виде электро­ магнитных волн, воспринимаемую глазом и вызывающую в нем зрительное ощущение. Кроме этого, свет нагревает тела, вызы­ вает химические и электрические явления.

Источником света называется тело, излучающее свет в окру­ жающее пространство.

В кинотехнике применяются только искусственные электри­ ческие источники света: лампы накаливания, дуговые и газо­ разрядные ксеноновые лампы.

Оптическая среда — пространство или тело, в котором рас­ пространяется свет. Если вещество и плотность строения среды во всех точках одинаковы, то такая среда называется однород­ ной. В однородной оптической среде свет от точечного источ­ ника распространяется во все стороны прямолинейно со скоростью: в воздухе почти 300 000 (299 711), в воде 225 000 и

в__ стекле 200 000 км/с.

Любое из направлений, по которому распространяется свет, называется световым лучом, а совокупность лучей — световым пучком.

К основным светотехническим величинам, применяемым в кинотехнике, относятся: световой поток, освещенность и яр­ кость (рис. 28, а).

Световой поток F — это мощность видимого излучения или

основная светотехническая единица, значение которой опреде­ лено по специальным эталонным лампам накаливания. Напри­ мер, электрическая лампочка карманного фонарика излучает световой поток-около 6 лм.

Освещенность £ — это поверхностная плотность светового потока. Чем больше световой поток и чем меньшую площадь он освещает, тем больше освещенность, и наоборот, т. е. осве-

64

Рис. 28. Схема основных светотехнических величин (а), падаю­

щий световой поток и его отражение, пропускание и поглоще­ ние оптической средой (б).

щенность прямо пропорциональна световому потоку и обратно пропорциональна плдщади освещаемой поверхности:

где Е — освещенность в люксах, F — световой поток в люменах

и S — площадь в квадратных метрах.

Единица освещенности люкс (лк) — это освещенность по­ верхности площадью 1 м2, на которую падает и равномерно распределяется световой поток величиною в 1 лм. Например, для чтения требуется освещенность около 50 лк.

Яркость В — это величина, характеризующая отражение

света любой светящейся или отражающей поверхностью. Единицей яркости является апостильб (асб) — яркость иде­

ально рассеивающей, абсолютно белой поверхности, обладаю­ щей освещенностью в 1 лк.

В последнее время за единицу яркости принята нит (нт) —

яркость равномерно светящейся плоской поверхности, дающей в перпендикулярном к ней направлении силу света в 1 се с площади в 1 и!2.

Для перевода апостильбов в питы их необходимо разделить на 3,14.

Когда свет падает на какое-либо тело (среду), например на полотно или стекло, то часть света этой средой будет отра­ жена, часть пройдет сквозь нее, а остальная часть будет по­ глощена (рис. 28, б).

Для характеристики этих величин служат коэффициенты отражения, пропускания и поглощения.

Коэффициентом отражения р называется отношение отра­ женного светового потока ь падающему световому потоку.

Коэффициентом пропускания т называется отношение про­ шедшего через данную среду светового потока к падающему световому потоку.

Коэффициентом поглощения а называется отношение по­ глощенного светового потока к падающему световому потоку.

Если какой-либо коэффициент помножить на 100, то полу­ чим его в процентах.

Все коэффициенты в сумме составляют единицу, а именно:

Отражение света и зеркала

Если на пути светового потока установить гладкую, тща­ тельно отполированную поверхность (зеркало), обладающую большим коэффициентом отражения, то ома отразит свет в но­ вом направлении (рис. 29, а). Отражение света зеркалом на­

зывается зеркальным отражением, которое зависит от самого света и отражающей поверхности.

Направление отраженного зеркалом луча определяется следующими законами отражения:

1. Луч падающий и луч отраженный находятся в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к точке паде­ ния, и лежат по разные его стороны.

2. Угол падения равен углу отражения (а= Р ).

3. Луч, падающий на поверхность перпендикулярно, отра­ жается от нее также перпендикулярно.

Зеркало будет казаться освещенным только тогда, если смотреть на него по направлению отраженного луча.

Если поверхность, на которую падает свет, полирована и металлизирована (например, алюминирована), то большую часть света она отражает в одном направлении. Такое отра­ жение света называется направленным. По мере‘отклонения от этого направления яркость поверхности уменьшается

(рис. 29, б).

66

Рис. 29. Отражение света:

а — плоским зеркалом; б — направленное; в —диффузное.

Если поверхность, на которую падает свет, белая, но не полированная, а матовая (шероховатая), то лучи света будут отражаться от нее равномерно во все стороны. Такое отраже­ ние света называется диффузным, или рассеянным. Яркость такой освещенной поверхности практически будет одинаковой из разных мест наблюдения (рис. 29, в).

Вкинотехнике применяется зеркальное, направленное, диф­ фузное и направленно-рассеивающее отражение.

Зеркала бывают стеклянные и металлические.

Вкачестве отражающей поверхности стеклянного зеркала служит нанесенный на его тыльной стороне серебряный слой, состоящий из сплава серебра с ртутью или алюминия. Эта сторона зеркала покрыта защитным слоем.

Вметаллических зеркалах отражающий слой нанесен с вогнутой стороны, для него используется хром, алюминий и т. д.

По форме отражающей поверхности зеркала бывают плос­

кие и вогнутые.

Плоским зеркалом называется плоская, идеально гладкая полированная отражающая поверхность.

В кинотехнике плоское зеркало применяется для поворота пучка света под каким-нибудь углом и для обращения изо­ бражения. Увеличивать или уменьшать изображение это зерка­ ло не может.

Вогнутые зеркала (отражатели, рефлекторы, контротражате­ ли) бывают сферические и асферические.

Вогнутым сферическим зеркалом называется часть полого шара (сферы), вогнутая поверхность 'которого является отра­ жающей (рис. 30, а).

Центром кривизны С такого зеркала называется центр по­

лого шара, частью которого является зеркало.

Радиус кривизны г — это всякая прямая, соединяющая

центр кривизны зеркала с любой точкой его поверхности.' Вершина, или полюс, зеркала О — это центр поверхности

зеркала.

Диаметром зеркала D является прямая АВ, проходящая

через центр его и соединяющая противоположные края зеркала.

А

Рис. 30. Вогнутые зеркала:

о — схема сферического зеркала; б — отражение луча сферическим зер­

Главная оптическая ось О—С — это воображаемая прямая,

проходящая через вершину зеркала и центр его кривизны. Отражение света вогнутым сферическим зеркалом проис­

ходит по тем же законам, что и плоским, при этом перпенди­ куляром является радиус зеркала.

Чтобы узнать, как отразится произвольно направленный на вогнутое сферическое зеркало луч (рис. 30, б), необходимо провести в точку его падения перпендикуляр (радиус), а затем по другую сторону отложить уюл, равный углу падения, сто­ рона которого и укажет направление отраженного луча. -

Сферическое зеркало обладает свойством собирать пада­ ющие на него лучи в одну точку. Поэтому вогнутые зеркала называются собирательными и служат для концентрации пучка света.

Главный фокус зеркала F (рис. 30, в) — это точка пересе­

чения на оптической оси отраженных лучей, падающих на зер-

68

кало параллельно, лежащая приблизительно в середине ра­ диуса.

Главным фокусным расстоянием f называется расстояние от

вершины зеркала до главного фокуса.

Если в фокусе сферического зеркала поместить источник света, то лучи отразятся зеркалом параллельно главной опти­ ческой оси, за •исключением крайних, которые пойдут несколько сходящимся пучком, что называется сферической аберрацией.

Сферическое зеркало вместе с линзами применяется в пе­ редвижных кинопроекторах.

К асферическим зеркалам относятся эллиптические зеркала. Эллиптическое'зеркало, отражающая поверхность которого является частью эллипсоида вращения, имеет два главных фокуса. Если в одном фокусе Гi поместить источник света, то

лучи, отраженные от зеркала, пересекутся в другом фокусе

Fi (рис. 30, г).

Эллиптическое зеркало применяется в стационарных кино­ проекторах и в зеркальных лампах накаливания.

Для охлаждения фильма в кадровом окне в стационарной киноаппаратуре применяются интерференционные отражатели (отражатели «холодного света»), отражающим покрытием ко­ торых являются пленки с малым показателем преломления (например, двуокиси титана или кремния).

Такие отражатели отражают 90—95% видимых лучей и толь­ ко 12— 18% инфракрасных (тепловых). Остальная часть (88— 82%) тепловых лучей не. направляется к кадровому окну, а сво­ бодно проходит через зеркало и рассеивается.

Преломление света и призмы

Например, если из воздуха под углом направить луч в сте­ кло, то на границе раздела сред (воздуха' и стекла)" луч изме­ нит свое направление. Если через точку падения луча к по­ верхности раздела сред опустить сквозной перпендикуляр, то получим угол падения а и угол преломления Р (рис. 31, а).

Преломление света определяется следующими законами:

1.Луч падающий и луч преломленный находятся по разным сторонам перпендикуляра, восстановленного к точке падения.

2.При переходе луча из среды менее плотной в более плот­

ную (например, из воздуха в стекло или воду) угол падения а всегда будет больше угла преломления Р. При переходе же луча из среды более плотной в менее плотную (например, из стекла в воздух) угол падения а! будет меньше угла преломле­

ния Р',

69