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

Рис. 31. Преломление света:

а, б, в — плоскопараллельной пластинкой; г — светопроводом; д — трехгранной

*призмой.

3.Луч, падающий на границу раздела двух сред перпенди­ кулярно, пройдет без преломления.

Плоскопараллельной пластинкой называется прозрачное стекло, ограниченное двумя параллельными плоскостями.

Луч света, направленный под углом на плоскопараллель­ ную пластинку, не изменяет своего направления, а только де­ лает некоторый сдвиг, величина которого зависит от толщины стекла и угла падения.

Так как стекло плоскопараллельной пластинки имеет поли­ рованную поверхность, то наряду с преломленным лучом из точки падения согласно законам отражения выходит еще вто­ рой луч — луч отраженный.

Плоскопараллельная пластинка используется в стационар­ ной кинопроекционной аппаратуре (типа КПТ) для расщепле­ ния светового потока на две части (рис. 31, б).

Если на плоскопараллельную пластинку падает луч под углом более 42° (рис. 31, в), то он отразится от границы раздела сред как от зеркала и будет распространяться в стекле. Такое явление называется полным внутренним отражением.

Для передачи светового потока без рассеивания в читаю­ щей оптике кинопроекторов применяется светопровод, работа

70

которого основана на полном внутреннем отражении света. Светопровод (рис. 31, г) представляет собой длинную че­

тырехгранную стеклянную призму квадратного сечения с по­ серебренными боковыми поверхностями.

Световой "поток, падающий в один торец светопровода, после многократного отражения в нем выходит из другого торца его, почти не изменяя своего сечения. ,

Трехгранной призмой называется прозрачное стекло, огра­ ниченное тремя непараллельными равными плоскостями.

Чтобы определить, как выйдет луч из трехгранной призмы, необходимо в точке падения его опустить к боковой поверхно­ сти призмы перпендикуляр и продлить его внутрь призмы. По законам преломления света луч, преломленный в призме, при­ близится к перпендикуляру. Продлив этот луч в призме, уста­ навливают второй сквозной перпендикуляр в точке падения его у второй боковой поверхности призмы. Преломленный луч, вышедший из призмы, удалится от перпендикуляра (рис. 31,5).

Таким образом, луч света, направленный под углом на бокдвую .поверхность .трехгранной призмы, изменяет свое направ­ ление, отклоняясь в сторону ее основания.

Если направить пучок лучей на одну из границ равнобед­ ренной прямоугольной призмы, то внутри ее лучи полностью отразятся — получится полное внутреннее отражение. Такая призма используется для поворота светового пучка на 90° в кинопроекторах «Колос», «Ксенон».

Трехгранная призма обладает еще и таким свойством, что луч белого света после преломления в призме разлагается на семь цветов солнечного спектра — радуги (красный, оранже­ вый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый), посте­ пенно переходящих один в другой. Это явление называется дисперсией.

Линзы

Линзы бывают сферические и цилиндрические. Сферической линзой называется прозрачное стекло, огра­

ниченное с одной стороны сферической, а с другой — сфери­ ческой или плоской поверхностью.

Линзы (рис. 32, а, б)_ подразделяются на собирательные

(положительные), у которых середина толще краев (изготов­ ленные из легкого стекла «крон»), и рассеивающие (отрицатель­ ные), у которых края толще середины (изготовленные из тя­ желого стекла «флинт»).

Действие линз основано на использовании преломления света при переходе его из одной среды в другую.

Двояковыпуклую линзу можно рассматривать как состав­ ленную из двух трехгранных призм, сложенных основаниями.

71

5

Рис. 32. Сферические линзы:

а — собирательные; б — рассеивающие; в — ход лучей че* рез собирательную линзу; г — ход лучей через рассеивающую линзу; д — главный фокус и главное фо­

кусное расстояние собирательной линзы.

При падении на такую линзу пучка лучей последние по за­ кону преломления света в призме отклонятся в сторону осно­ ваний призм и при выходе из линзы пойдут сходящимся пуч­ ком. Поэтому такая линза называется собирательной (рис. 32, в).

Двояковогнутую линзу можно рассматривать как составлен­ ную из двух трехгранных призм, сложенных вершинами. При падении на такую линзу пучка лучей она отклоняет их в сто­ роны, откуда и название рассеивающая (рис. 32, г).

Оптическим центром линзы О называется точка в центре ее, через которую проходят непреломляющнеся лучи без за­ метного смещения (рис. 32, д).

72

Геометрическим центром линзы С называется центр шара,

частью которого будет поверхность линзы. Двояковыпуклая линза имеет два геометрических центра.

Радиусом кривизны линзы называется радиус шара или прямая от центра шара к краю его.

Главная оптическая ось — это воображаемая прямая, про­ ходящая через оптический О и геометрический С центры линзы.

Диаметром линзы называется прямая, проходящая через оптический центр, от края до края линзы.

Главным фокусом F называется точка на оптической оси,

в которой пересекаются лучи, входящие в линзу параллельно

ного фокуса до оптического центра линзы.

Чем больше выпуклость линзы, тем короче ее фокусное расстояние.

П л о с к о с т ь , п р о в е д е н н а я ч е р е з ф о к у с л и н з ы п е р п е н д и к у л я р ­

н о к г л а в н о й о п т и ч е с к о й о с и , н а з ы в а е т с я ф о к а л ь н о й п л о с к о с т ь ю

л и н з ы .

Каждая линза имеет два главных фокуса F и F\, два глав­ ных фокусных расстояния f и f\ и две фокальные плоскости.

Если в главном фокусе установить источник света, то лучи, вышедшие из линзы, пойдут параллельным пучком. Следова­ тельно, лучи падающие и лучи преломленные могут меняться местами.

Как при помощи зеркал, гак и при помощи линз управля­ ют ходом световых лучей, т. е. изменяют их направление, по­ лучают оптическое изображение' светящейся точки или светя­ щихся и освещенных предметов.

Чтобы построить изображение предмета-с помощью линзы, достаточно построить изображение двух его крайних точек. Для этого из каждой точки проводят два луча: один параллельно главной оптической оси, а другой через оптический центр. После прохождения через линзу оба луча пересекутся в одной точке. Таким же способом находят и вторую точку.

Если светящийся предмет А В находится между главным

^фокусом и геометрическим центром линзы (рис. 33, а), то изображение его получится перевернутым и увеличенным. Это имеет место в проекционной части кинопроекторов.

Если светящийся предмет находится за геометрическим центром, т. е. за точкой С (рнс. 33, б), то изображение его по­ лучится перевернутым и уменьшенным. Это имеет место в чи­ тающей оптике кинопроекторов и при киносъемке,

Таким образом, при приближении предмета к линзе изо­ бражение его будет удаляться от нее и увеличиваться в разме­ рах, а при удалении предмета от линзы его изображение будет приближаться к ней и уменьшаться.

73

6

Рис. 33. Построение изображения светящегося предмета:

а, 6 с помощью собирательной сферической линзы; в — с помощью цнлин* дрнческой линзы.

Рис. 34. Зависимость угла охвата от диаметра и фокус­

ного расстояния линзы.

74

Яркость изображения, полученного при помощи линзы, за­ висит от светового потока, который она может захватить.

Углом охвата линзы называется угол, образованный двумя крайними лучами.

На линзу с большим диаметром и линзу с меньшим фокус­ ным расстоянием благодаря большему углу охвата упадет больший световой поток (рис. 34).

Чтобы судить о захвате светового потока — светосильности линзы, введено понятие относительного ее отверстия.

Относительное отверстие линзы О прямо пропорционально ее диаметру D и обратно пропорционально ее фокусному рас­ стоянию f, т. е.

Относительное отверстие обозначается обычно дробью, на­ пример 1 :2, что означает: диаметр линзы в два раза меньше ее фокусного расстояния.

Качество изображения, полученного при помощи одной со­ бирательной линзы, низкое, так как все линзы, особенно с боль­ шим относительным, отверстием, обладают погрешностями — дают аберрации (искажения изображения).

Основные из них:

1. Сферическая аберрация — большее преломление крайних лучей, чем средних, в результате чего на экране не обеспечи­ вается резкость изображения (рис. 35, а), точки получаются

размытыми, вокруг них образуется нерезкий ореол. Рассеивающие линзы имеют аберрацию, противоположную

собирательным линзам.

2. Хроматическая аберрация — появление цветной кромки по контурам изображения на экране, так как обычная линза представляет собою две сложенные призмы, имеющие свойство

вогнутыми или выпуклыми (рис. 35, а). Резкость при этом не снижается.

4.Астигматизм («бесточие») — яркие светящиеся точки, расположенные не на оптической оси, получаются в виде нерез­ ких эллипсов и полосок (рис. 35, г ) . Кома — подобный астиг­

матизму вид аберрации, но отличающийся тем, что комето­ образная форма изображения — размытое Серое пятно, полу­ чается не узким, а широким пучком лучей.

5.Кривизна поверхности изображения — вследствие сфери­ ческой формы линзы изображение на плоском экране получается, резким только в центре или по краям (рис. 35, д).

В целях некоторого устранения этих погрешностей и полу­ чения высококачественного изображения применяется набор.

75

Рис. 35. Основные аберрации сферической собира^

- тельной линзы.

линз.— конденсоры и объективы, в которых имеется несколько линз различной формы, изготовленных из стекла разного сорта.

Цилиндрические линзы — это прозрачные стекла, ограни­ ченные с одной стороны цилиндрической, а с другой — плоской или цилиндрической поверхностью.

Цилиндрические линзы, как и сферические, бывают собира­ тельные и рассеивающие.

Свойство таких линз заключается в том, что они действуют только в плоскости, перпендикулярной геометрической оси

76

цилиндра. В другой плоскости линзы представляют собой как бы плоскопараллельные пластинки и не действуют (см.

рис. 33, в).

Таким образом, цилиндрическая линза в одном направле­ нии может сжать или растянуть изображение, а в перпендику­ лярном направлении оставить его прежним.

Цилиндрические линзы дают незначительные аберрации. Такие линзы применяются в читающей оптике кинопроек­

торов.

Благодаря свойству обратимости с помощью цилиндриче­ ских линз можно получить и восстановленное изображение. Этот принцип используется в широкоэкранном кинематографе (анаморфотная оптика).

Осветительные системы кинопроекторов

Источник света излучает свет во всех направлениях и по­

света и равномерной освещенности кадра фильма каждый кинопроектор имеет осветительную систему, которая кроме источника света содержит оптические элементы.

Осветительная система бывает конденсорной, зеркально-• кондеисорной и зеркальной.

Конденсором называется набор из двух-трех (а иногда и одной) собирательных линз, которые служат для концентра­ ции света — увеличения угла охвата в целях наилучщего ис­ пользования светового потока.

Конденсорная (линзовая) система (рис. 36, а), состоящая из трех линз, благодаря малому фокусному расстоянию позво­ ляет приблизить источник света к конденсору и тем самым получить угол охвата примерно 80—90°. Такие системы приме­ няются с лампами накаливания в передвижных кинопроекторах, так как они занимают мало места п имеют малый вес. Однако

в линзах этих конденсоров теряется значительная' часть света,

иот перегрева линза, расположенная вблизи горячего источника света, часто трескается.

Зеркально-конденсорная (зеркально-линзовая) система (рис.

36, б), состоящая из трехлинзового конденсора и сфериче­

ского вогнутого зеркала, увеличивает равномерность освещения кадра и его освещенность на 15—20%, однако зеркало пере­ гревает лампу и несколько уменьшает срок ее службы. Такая система применяется в настоящее время в передвижной и облегченной кинопроекционной аппаратуре.

Зеркальная система (рис. 36, в) с применением эллиптиче­

ского зеркала при установке источника света в одном главном фокусе позволяет получить увеличенное изображение источника

77

Рис. 36. Осветительные системы

кинопроекторов:

а — конденсорная; б — зеркально-конденсорная;

в— зеркальная; г — зеркальная с контротража­ телем; д — лампа со встроенным отражателем.

света в другом главном фокусе, где помещается кадр фильма. Угол охвата в этой системе будет 140° при незначительных по­ терях света. Такие системы применяются в стационарных кино­ проекторах.

При применении в качестве источника света ксеноновой лам­ пы (рис. 36, г) кроме основного эллиптического отражателя

в осветительной системе используется вспомогательное сфери­ ческое зеркало (контротражатель), установленное впереди лампы. Такая система обеспечивает лучшее использование светового потока, излучаемого лампой, угол охвата достигает 180°. Она используется в стационарной киноаппаратуре.

Впередвижной узкопленочной аппаратуре в последнее время

вкачестве источника света начала применяться малогаба­ ритная зеркальная лампа накаливания К21,5-150 со встроен­ ным в ее колбе 1 отражателем 2 (рис. 36,. д), что дает боль­

шой эффект.

78

Преимуществами такой лампы являются: повышенная све­ товая отдача, отсутствие осветительной оптики, малые габариты

и МОЩНОСТЬ.

Для уменьшения потерь света важно, чтобы источник света кроме большого угла охвата имел достаточную яркость, а диа­ метр светового пятна на кадровом окне кинопроектора был наименьшим. Это пятно должно быть приближено к форме кадрового окна. В передвижной киноаппаратуре, например, это достигается за счет изменения формы светящейся нити кино­ проекционной лампы.

Осветительная система вместе с объективом образует осветительно-проекционную систему кинопроектора (см, рис. 54, а), которая служит для воспроизведения на экране яркого, увеличенного, резкого и неискаженного изображения кадра фильма.

Осветительно-проекционная система относится к диаскопи­ ческим системам, в которых изображения прозрачных предме­ тов образуются проходящими сквозь них лучами.

Осветительно-проекционная система представляет собой светооптическую систему с оптическими средами, между эле­ ментами которой должны быть определенные расстояния.

Если осветительно-проекционная система неотрегулирована, неизбежны дефекты кинопроекции. При неудовлетворительной регулировке лампы и зеркала экран будет темным или осве­ щен неравномерно.

Недостаточная освещенность хорошего экрана может быть также вследствие потемнения колбы лампы, низкого напряже­ ния, подаваемого лампе, загрязнения и повреждения оптических деталей системы.

Для воспроизведения фильмов с оптической фонограммой кинопроектор кроме осветительно-проекционной системы имеет еще и читающую (звукочитающую) светооптическую систему, называемую читающей, или звуковой, оптикой.

Читающая оптика состоит из источника света, конденсора со щелью и микрообъектива со сферическими линзами (см.

рис. 114, а).

В передвижных кинопроекторах широко применяется ци­ линдрическая читающая оптика бесщелевого типа (источник света и микрообъектив с плоско-выпуклыми цилиндрически­ ми линзами), которая мала по размерам, не требует мощного источника света и стоит дешевле (см. рис. 84, а) .

Объективы

Объективом называется система собирательных и рассеи­ вающих линз, заключенных в определенном порядке в одну металлическую оправу. В кинотехнике объектив представляет собой наиболее сложный оптический элемент.

79