Объектив. Основные зависимости в кинопроекции

Кинематография появилась позже, фотографии, располагавшей к этому времени уже достаточно развитой технической базой, обеспечивавшей возможность получения и регистрации изображения. Ко времени возникновения кинотехники имелся уже значительный опыт конструирования и изготовления фотообъективов, которые на первых порах и стали применяться в кинотехнике без каких-либо изменений; только в дальнейшем фотообъективы были критически пересмотрены и специализированы применительно к требованиям быстро развивавшейся кинотехники.

Некоторая общность технических средств, разумеется, не утрачена и по настоящее время, поэтому иногда трудно провести резкую границу между областью фотографии и собственно кинематографией.

Так как среди всех видов кинооборудования в количественном выражении первое место занимают проекционные приборы, на них больше всего и сказалась специализация, вызванная особенностями проекционной техники, значительно отличающейся от съемочной. Тем не менее дифференциация коснулась главным образом внешних элементов—формы оправы, диафрагмы и т. д., в значительно меньшей степени — конструктивной схемы оптики и совсем не коснулась приемов коррегирования.

Таким положением и оправдывается установившаяся традиция излагать учение об объективе, исходя из характеристики фотографического объектива, являющегося наиболее общей формой проекционного объектива в широком смысле этого слова. Однако ввиду ограниченного объема книги в дальнейшем излагается материал, относящийся только к проекционным объективам.

Роль объектива в кинопроекционной системе ближе всего к роли сильного объектива в микроскопе, но в первом случае гораздо больше размер поля; а фокусное расстояние соответствует среднему фокусному расстоянию фотографического объектива.

Кинопроекционный объектив представляет собой положительную оптическую систему, предназначенную для получения действительного изображения, причем сравнительно с фотографическим объективом он работает в обратном ходе. Как и любой объектив, кинопроекционный объектив характеризуется фокусным расстоянием, относительным отверстием и величиной изображения или угловым полем изображения.

Первые две характеристики гравируются на оправе объектива вместе с заводским номером и названием марки в качестве основных параметров, характеризующих эксплоатационные качества. Фокусное расстояние выражается в сантиметрах или реже в миллиметрах, а относительное отверстие обозначается в виде дроби 1:К, где значение К колеблется в пределах от 3 до 1, редко выходя за эти пределы. Наиболее часто встречаются значения относительного отверстия 1:2—1:1,65. Угловое поле 2w не принято обозначать на объективе и предполагается, что оно превосходит то поле, которое необходимо по смыслу назначения объектива.

Фокусное расстояние и относительное отверстие объектива определяют также конструктивные размеры линз и размеры оправы. По соображениям эксплуатационных удобств оправам кинопроекционных объективов придается гладкая цилиндрическая или ступенчато-цилиндрическая форма. Посадочные диаметры оправ нормализированы и составляют ряд: 32,5; 42,5; 52,5; 62,5; 82,5 и 104 мм для объективов, предназначенных для проекции 35-мм фильмов, и 25,4; 34 и 38 мм — для объективов, рассчитанных на проекцию 16-мм фильмов.

Фокусное расстояние объектива определяет собой масштаб изображения, которое он может образовать при данном проекционном расстоянии, или самые размеры экрана, поскольку проекционное окно имеет стандартные размеры: 20,9 X 15,2 мм. Рис. 89 наглядно поясняет значение фокусного расстояния проекционного объектива. Кадр шириной b и высотой h изображается объективом с фокусным расстоянием f₁ на экране шириной В и высотой Н, расположенном на расстоянии P₁.

Рис. 89. Основные зависимости в кинопроекции

Чтобы изобразить тот же кадр в том же размере на экране, расположенном на меньшем расстоянии Р₂, необходим, очевидно, более короткофокусный объектив с фокусным расстоянием f₂. Здесь буквой f должно обозначаться не фокусное расстояние объектива, а сопряженное фокусное расстояние

но так как увеличение ß при кинопроекции составляет обычно 150—250, то без большой погрешности можно считать a = f. Следовательно, чем больше фокусное расстояние объектива при заданном проекционном расстоянии, тем меньше размер экрана, и чем меньше фокусное расстояние, тем больше размер экрана. При заданном объективе размеры экрана тем больше, чем больше проекционное расстояние.

Где:
B - ширина экрана,
b - ширина кадра,
H – высота экрана,
h – высота кадра = 1,52 см,
P - проекционное расстояние,
f - фокусное расстояние объектива,
ß - линейное увеличение.

Эти формулы позволяют рассчитать любую неизвестную величину по заданным известным. Для расчета можно пользоваться также графиками или таблицами.

В прямой связи с фокусным расстоянием стоит угол поля изображения или угол изображения объектива, то-есть тот угол, который получается, если из главной точки объектива провести прямые к границам поля изображения или применительно к кинопроекционному объективу к границам кадра.

Так как кадр имеет два неравных измерения— ширину и высоту, то соответственно этому различают угол изображения по ширине кадра и по высоте. Однако с точки зрения качества изображения следует учесть, что наиболее отдаленные от оси точки поля лежат на концах диагонали кадра. Поэтому в характеристике объектива указывается угол по диагонали (рис. 90). Между диагональю д, фокусным расстоянием f и углом изображения 2w существует зависимость:

Рис. 90. Угол изображения объектива

Следовательно, чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол изображения, и наоборот: максимальным углом обладают наиболее короткофокусные объективы, называемые благодаря этому широкоугольными в отличие от противоположной группы объективов, называемых длиннофокусными.

В табл. 12 приводятся данные об углах изображения для разных объективов. Чем больше угол изображения, тем ближе к экрану может быть поставлен проектор.

Таб. 12. Угол изображения в зависимости от фокусного расстояния

Следует иметь в виду, что угол изображения проекционного объектива в противоположность. съемочному объективу совершенно не влияет на перспективу изображения, так как тут рисуется одноплоскостный предмет на одноплоскостной поверхности экрана. Поэтому выбор угла определяется условиями наличия места, то-есть возможностью размещения аппаратуры и шириной экрана.

Во всех случаях, где это возможно, предпочтительнее пользоваться объективом с длинным фокусным расстоянием, а не широкоугольником. .При одинаковой конструктивной схеме объектива широкоугольный дает изображение менее однородное по качеству, чем длиннофокусный объектив такой же конструкции. Поэтому объективы с очень широким углом должны иметь более сложную конструкцию.

На рис. 91 показана конструкция широкоугольного объектива КД, предназначенного специально для автокинопередвижки, где экран не мог быть далеко отнесен от проектора.

Рис. 91. Кинопроекционный объектив 1:1,3; F = 4 см