Проекционная система как единое целое

Под проекцией понимается получение на сравнительно большом экране увеличенного изображения плоского предмета, чаще всего рисунка или фотографии.

Если предмет непрозрачный, проекция называется эпископической, или проекцией в отраженном свете; когда же предмет прозрачный, например рисунок или фотография, выполненные на стекле, пленке или другом прозрачном материале, проекция называется диаскопической, или проекцией в проходящем свете, а сам прозрачный рисунок называется диапозитивом. Для кинокартины вместо названия „диапозитив“ принято название „кадр“.

Чтобы уяснить работу проекционной системы в целом и роль отдельных входящих в нее элементов, обратимся к рис. 96.

Рис. 96. Общая схема проекционной системы

Здесь представлена общая схема диаскопического проекционного устройства, состоящего из источника света Л, конденсора К (называемого иногда конденсатором) и проекционного объектива О. АБ представляет собой проектируемый предмет — диапозитив или кадр, выполненный на прозрачном материале. А'Б' — изображение кадра на экране, обычно сильно увеличенное.

Свет от источника света Л падает на конденсор К, собирается последним и отбрасывается в отверстие объектива, образуя там изображение Л' лампы Л. Подлежащий проекции кадр АБ помещается вблизи конденсора К в переднем сопряженном фокусе объектива О, в заднем сопряженном фокусе которого расположен экран, на который проектируется увеличенное изображение кадра.

Роль объектива О в схеме, представленной на рис. 96, ничем не отличается от обычной роли, выполняемой объективом в любой оптической системе, а именно, объектив образует действительное, увеличенное и перевернутое изображение предмета АБ. Но чтобы объектив мог образовать изображение, необходимо, как было показано выше, чтобы каждая точка предмета посылала в объектив пучок лучей в виде конуса, заполняющего отверстие объектива.

Это условие легко выполняется, когда предмет непрозрачный и дает рассеянное отражение, иначе говоря, обладает достаточным коэффициентом яркости, или когда предмет самосветящийся. В рассматриваемом случае это условие отсутствует, так как мы имеем дело с прозрачной в целом картиной, прозрачность которой различна на различных участках, но диффузная составляющая ничтожно мала. Ясно, что в этом случае необходимо прибегнуть к какому-то средству, которое даст возможность осуществить такой ход лучей, при котором в любой точке кадра будет наличествовать конус проходящих лучей, заполняющих отверстие объектива.

Эту задачу и решает конденсор вместе с источником света, то-есть осветительная система. Для этого достаточно, чтобы конденсор давал изображение Л' лампы Л таких размеров и так расположенное, чтобы это изображение уместилось в отверстии объектива, что равносильно помещению самой лампы внутрь объектива, откуда она могла бы равномерно освещать экран.

Посмотрим, что произойдет с проекционной системой, показанной на рис. 96, если из схемы изъять конденсор, как это сделано на рис. 97. Кадр АБ, будучи расположен в достаточном удалении от лампы Л, освещается практически равномерно, но так как не все лучи, прошедшие через него, проходят и через объектив, соответствующие участки кадра будут обладать на экране ничтожной яркостью, тогда как центральная часть кадра будет рисоваться достаточно ярко, то-есть изображение на экране не будет обладать равномерной яркостью по всему полю я, таким образом, проекция будет неудовлетворительной.

Рис. 97. Проекционная система с изъятым конденсором

Из рисунка легко установить, что только участок BE кадра АБ просвечивается прямыми пучками, попадающими в объектив. При этом точки, лежащие между В и Г, с одной стороны, и Д и Е, с другой, уже не заполняют отверстия объектива и будут обладать на экране меньшей яркостью, чем точки, лежащие в пределах ГД и обслуживаемые лучами полностью. Остальные пучки, прошедшие через точки, лежащие вне участка BE, проходят мимо объектива и не достигают экрана.

В образовании изображения этих точек принимают участие только лучи, диффузно рассеянные самим кадром. Величина участка BE зависит от размеров источника света и от диаметра объектива. Все сказанное выше подтверждает, что для удовлетворительной проекции недостаточно только равномерно осветить кадр, но необходимо еще обеспечить для всех лучей, прошедших через кадр, возможность пройти через объектив и достичь экрана.

Обращаясь к рис. 96, мы видим, что поставленную задачу успешно решает конденсор. В самом деле, если лампа изображается конденсором в зрачке объектива, заполняя его, то любая точка конденсора будет посылать в объектив конус лучей, образующих изображение Л' и, следовательно, заполняющих отверстие объектива. Изображение на экране получится равномерно ярким, так как все точки кадра изображаются полным отверстием объектива.

Схема показывает, что параметры и положение всех элементов проекционной системы—объектива, конденсора, кадра и источника света—связаны между собой целым рядом соотношений, одновременное выполнение которых необходимо для получения удовлетворительной проекции.

Расстояние кадра от объектива задается фокусным расстоянием объектива и линейным увеличением изображения, кадра нa экране, так как плоскость кадра сопряжена с плоскостью экрана при помощи проекционного объектива.

Положение источника света относительно конденсора связано с положением объектива относительно того же конденсора, так как в отверстии объектива должно рисоваться изображение источника света, то-есть в переднем сопряженном фокусе конденсора находится источник света, а в переднем сопряженном фокусе — отверстие объектива. Вместе с тем размер источника света связан с размером отверстия Объектива и с увеличением, которое способен дать конденсор, изображая источник света.

Кроме того, диаметр конденсора должен быть достаточным для того, чтобы кадр не только полностью вписывался в круг отверстия конденсора, но чтобы самая отдаленная от оси точка кадра обслуживалась полным конусом лучей,, заполняющих отверстие объектива.

Когда задано положение объектива относительно кадра и задан размер отверстия объектива, в нашем распоряжении остается выбор фокусного расстояния конденсора и размеров источника света.

При одной и той же величине отверстия объектива, источник света может быть тем меньше, чем короче фокусное расстояние конденсора, и, следовательно, чем сильнее увеличение изображения источника, рисуемое конденсором, как это показано на рис. 98, а. Так как размеры светящегося тела зависят от мощности лампы, выгоднее брать более короткофокусный конденсор и соответственно меньший источник света, потому что при этом увеличивается телесный угол ω или угол охвата 2u, то-есть тем большая доля светового потока, излучаемого источником света, используется конденсором.

Рис. 98. Увеличение конденсора и размер источника света

Углом охвата называется плоский угол, получающийся в сечении телесного угла, проходящем через ось. При увеличении угла охвата увеличивается относительное отверстие конденсора и возрастают аберрации. Чтобы сохранить качество изображения источника света, необходимо усложнить конструкцию конденсора, удерживая в определенных границах сферическую аберрацию. Таким образом, каждому углу охвата отвечает конденсор определенной сложности. Так, если для угла 2u < 40° достаточно однолинзового конденсора, угол охвата 2u<60^о требует уже двухлинзовой конструкции и, наконец, при еще больших углах требуется более сложный трехлинзовый конденсор; однако и он не может дать угол охвата больший чем 90°.

В конденсорах обычно хорошо исправляется сферическая аберрация для небольшого поля вблизи оси. Так как сферическая аберрация зависит от положения сопряженных фокальных плоскостей, то уже в однолинзовом конденсоре в зависимости от увеличения меняется форма линзы.

Двухлинзовые конденсоры должны иметь еще более сложную форму, зависящую от увеличения, но из технологических соображений линзам обычно придают легковыполнимую плоско-выпуклую форму.

При трехлинзовой конструкции присоединяют со стороны источника света еще одну линзу типа положительного мениска (рис. 98, 6).