> Техника, страница 89 > Фонарь проекционный
Фонарь проекционный
Фонарь проекционный, проекционный прибор, аппарат для получения сильно увеличенного действительного изображения прозрачных или непрозрачных рисунков или предметов на какой-либо светлой поверхности (экране), где оно затем рассматривается невооруженным глазом, обычно многими лицами одновременно. Первый Ф. п. описан А. Кирхером (1646); долгое время Ф. п. с картинками, рисованными на стекле от руки, служили исключительно целям забавы, и лишь с появлением фотографии, диапозитивов (около 1850 г.) Ф. п. делается одним из важных культурно-просветительных орудий. Бурное развитие кинотехники (смотрите) направило главную массу работ по усовершенствованию Ф. п. в область кинопроекции, где общая задача Ф. п. усложняется необходимостью получать весьма большие увеличения с маленького оригинала (кинокадра) и наличностью специального механизма для прерывистого продвижения кинопленки.
Ф.п. распадаются-на две главные категории, работающие по различным принципам: а) приборы для диапроекции, в которых свет источника проходит сквозь прозрачный рисунок или предмет, и б) приборы для эпископической проекции, работающие при помощи света, падающего на непрозрачный рисунок или предмет и отражаемого им. Так наз. эпидиаскопы (фигура 1) представляют собою соединение в одном приборе двух отдельных проекционных систем—одной для эпископической, другой для диапроекции (на фигура 1: 1—освещаемый предмет, 2—лампа, 3—конденсор).
Каждый Ф.п. (фигура 2 и 3) состоит из следующих существенных частей: 1) источника света 1
(лампа накаливания или Дуга), помещенного в соответствующий фонарь (для защиты глаз зрителей отнежелательного света); 2) осветительной оптич.·системы 2, 3 (конденсор), назначение которой состоит в том, чтобы возможно более сильно и равномерно осветить рисунок или предмет, изображение которого требуется полу
чить; 3) держателя (или подставки) 4 для проектируемого рисунка или предмета, в некоторых случаях снабженного приспособлением для быстрой смены рисунков; 4) проекционного объектива 5, назначение которого—дать увеличенное, возможно более яркое и свободное от искажений изображение проектируемого объекта. Кроме того необходимую часть проекционного устройства в целом составляет (хотя и не относится непосредственно к Ф. п.) 5) проекционный экран, задача которого состоит в том, чтобы направить в глаз зрителя возможно ббльшую часть света, попадающего на экран из проекционного, объектива.
Источник света для проекционного прибора должен давать возможно больший световой поток при возможно меньшей поверхности, то есть обладать возможно бблыней поверхностной яркостью. Поэтому для наиболее ответственных случаев проекции (для кинопроекции в театрах и для эпископической проекции в большой аудитории) применяются наиболее яр
Фигура 3.
кие из искусственных источников света—дуговые лампы. Однако в виду неустойчивости световой точки в дуговых лампах, требующей постоянной регулировки, и других их неудобств для большинства обычных применений проекции (кинопроекции школьной, клубной и домашней, всех видов диапроекции и даже для эпископич. проекции в не слишком большой аудитории) дуговые лампы уже почти нацело вытеснены лампами накаливания специального проекционного типа (с нитью накала, сконцентрированной в возможно малом объёме), которые применяются на мощности от 10 до 500 W, а в отдельных случаях и выше (до 10 000 W). Такие лампы находят применение, когда не имеется электрич. сети, с использованием переносных аккумуляторов или даже небольших динамо-машин с ручным приводом. Применение ацетилена, о-или керосинокалильного освещения и фитильных керосиновых ламп целесообразно лишь в случаях полной невозможности пользования электрич. источниками света. Т.к. в этих случаях обычно приходится иметь дело с помещениями небольшого размера и с приспособленностью глаз к слабому освещению,то возможно еще получить сносное освещение на небольшом экране для диапроекции.
Осветительная система. Простейшую осветительную систему для диапроекции представляет собою матовое стекло, помещаемое непосредственно сзади объекта (со стороны источника света); эта система имеет целью лишь достижение достаточной равномерности освещения и применяется в случаях, когда можно ограничиться небольшим количеством света, как например в проекционных приборах, служащих для увеличения с фотографии, негативов. Наиболее употребительную систему для концентрации света представляет собой конденсор (смотрите). В смысле оптич. качеств требования, предъявляемые к конденсору, обычно весьма невысоки; главнейшее из них состоит в возможном уменьшении сферич. аберрации, которая при больших сравнительно углах захвата (углах между краевыми лучами), обусловливаемых стремлением в максимально возможной мере использовать световой поток источника, уже может сказаться на неравномерности распределения света в освещающем пучке. По этим соображениям в качестве простейшего конденсора обычно предпочитают применять не одну двояковыпуклую линзу, а комбинацию двух плосковыпуклых линз, сложенных выпуклыми сторонами, как дающую значительно меньшую аберрацию при почти одинаковой стоимости. Большее использование источника света можно получить с трехлинзовым конденсором, в к-ром к двум плосковыпуклым линзам добавляется со стороны источника· света менисковая; взамен этого применяется также комбинация менисковой линзы с двояковыпуклой. Еще бблыние углы захвата и ббльшую равномерность освещения можно получить лишь за счет замены в конденсоре одной или двух сферич. поверхностей асферическими, что однако связано с значительным удорожанием прибора. Практически с двухлинзовым конденсором можно получить угол захвата 40—45°, с трехлинзовым 60—80°, с трехлинзовым при асферических поверхностях до 110°. Конденсоры для применения с мощными источниками света должен быть рассчитаны на возможность значительного нагревания их инфракрасными лучами источника; в виду этого первую линзу конденсора делают обычно из стекла с большой термич. стойкостью, например стекла «пайрекс» или ему подобного. Диаметр конденсора для диапроекции выбирается т. о., чтобы исходящий из него световой пучок с запасом перекрывал диагональ диапозитива. При обычном расположении диапозитива непосредственно сзади конденсора получаются следующие диаметры (в миллиметров):
Диапозитив. 18 Х 24 24 х 37 85 х 100 90 х 120
Конденсор. 35 60 115 150 —160
Другим типом осветительной системы, особенно для мощных источников света, является вогнутое зеркало—сферическое или эллиптическое. Применяется также комбинация парабо-лич. зеркала с плосковыпуклой конденсорной линзой. Применение зеркал дает больший угол захвата (100—135°) по сравнению с конденсорами и кроме того уменьшает потери света в осветительной системе вследствие уменьшения числа стеклянных поверхностей. Для эпископической проекции наряду с перечисленны-
ми типами осветительных систем применяется еще т. н. шаровой осветитель, представляющий собою шарообразный (или не слишком сильно отличающийся по форме от шара) кожух; заключающий в себе источники света (практически почти всегда—лампы накаливания, которые в этом случае берутся обычного типа); внутренние стенки кожуха делаются с возможно более высоким коэф. отражения, и т. о. на освещаемый предмет помимо прямых лучей от источника попадает также и значительное количество лучей, претерпевших многократные отражения от стенок. При мощных источниках света приходится принимать меры к защите от чрезмерного нагревания инфракрасными лучами источника как освещаемого объекта, так и проекционного объектива. Это осуществляется либо путем поглощения вредных лучей в слое воды (иногда с прибавлением небольшого количества солей), помещаемой в охладительную кювету, либо путем помещения на. пути лучей стеклянной пластинки из сорта стекла, особенно сильно поглощающего инфракрасные лучи, либо наконец путем непосредственного охлаждения защищаемых частей струей воздуха от вентилятора.
Размеры поля проекции. Для диапроекции наиболее употребительным размером является 85 х 100 миллиметров (в Германии этот размер является стандартным); употребителен еще 90 х 120 миллиметров как соответствующий одному из ходовых размеров фотография, пластинок; иногда еще встречается бывший ранее в большом ходу размер 85 х 85 миллиметров. За последнее время все более и более начинают распространяться диапозитивы на кинопленке размером 18x24 миллиметров, печатаемые сразу целыми сериями.
Проекционные объективы. Оптич. задача проекционного объектива приблизительно соответствует задаче фотография, объектива, с той разницей, что объект и изображение меняются ролями. Для проекционного объектива добавляются еще требования достаточно большой светосилы и возможно меньшего числа поверхностей раздела стекло—воздух, вызывающих добавочные потери света на отражение. В соответствии с этим для простейших целей проекции применимы простые ахроматич. линзы. Наиболее употребительны в качестве проекционных объективов объективы типа Петцваля, состоящие из трёх линз, из которых передняя— склеенная, триплекс-анастигматы типа Кука-Тейлора, состоящие из трех отдельных линз, а иногда и объективы типа «Тессар». Светосилы проекционных объективов обычно лежат в пределах 1 : 4,5 -г-1 : 3; за последнее время для целей кинопроекции на больших экранах начинают входить в употребление объективы с большей светосилой 1 : 2,7 -т-1 :1,9. Для возможности быстрого перехода в одном и том же приборе на объектив с другим фокусным расстоянием (это требуется, когда надо получить одинаковой величины изображения при различных расстояниях экрана) обычно проекционные объективы монтируются в цилиндрич. оправах,имеющих стандартные диам. 42,5, 52,5 и 62,5 миллиметров (а для особенно светосильных объективов последнего времени еще 82,5 и 102,5 миллиметров).
Экран. Наиболее употребительный тип проекционного экрана делается из белой матовой бумаги или материи, натянутой на рамку; для неподвижных установок приблизительно равноценным экраном является белая гладкая штукатуренная (гипсом) стена. Экраны та кого типа приближаются к идеально рассеивающей поверхности и дают почти равномерную освещенность в больших пределах изменения угла зрения. Для случаев, когда требуется максимальное использование света, как для кинопроекции или для эпископич. проекции, применяют металлизированные или иного устройства экраны, дающие значительное сосредоточение отраженного света в направлениях, составляющих небольшие углы с нормалью к поверхности экрана, за счет уменьшения количества света, отражаемого под большими углами.
Расстояние экрана и размер изображения. Если т—линейное увеличение изображения на экране (то есть отношение линейных размеров изображения к соответствующим размерам проектируемого объекта), f—фокусное расстояние проекционного объектива и s—расстояние экрана от объектива, то s=f (ш + 1).
Эта формула дает ответ на все возможные вопросы: о выборе фокусного расстояния объектива по заданному размеру и расстоянию экрана, о величине экрана, какой можно покрыть в помещении данной длины объективом данного фокусного расстояния, и тому подобное.
Кпд и расчет проекционных установок. Из полного светового потока, даваемого источником света, поступает в осветительную систему лишь часть, определяемая углом захвата этой системы (и кривой распределения света источника). Из этой части теряется известный % за счет того, что мы вырезаем из круглого сечения освещающего пучка прямоугольную часть, соответствующую рамке проектируемого изображения; при использовании пучка до углов изображения эта потеря составляет 36%. Далее мы имеем еще потери света в осветительной и проекционной системе, составляющие около 4% на каждую поверхность раздела стекло—воздух на отражение. Предполагается при этом, что не имеется еще потерь за счет неполного использования освещающего пучка проекционной системой. Практически в современных Ф. п. для диапроекции мы получаем при применении конденсоров кпд 3—7%, при применении зеркальной оптики 8—20%; для эпископической проекции 0,2—0,4%. Для ориентировочных подсчетов работы проекционных установок могут служить следующие данные: освещенность экрана в 1х должен быть для маленьких экранов не менее 10—20 1х, для больших— в 10 раз больше ширины экрана, выраженной в м. Отсюда и из вышеприведенных цифр для кпд можно определить либо величину возможного экрана по заданному световому потоку источника либо величину источника света для данного экрана: Е · · η, где Е—освещен ность на экране в lx, S—площадь экрана в м2, Ф—световой поток источника в 1т, η— коэфициент полезного действия проекционного прибора. Для примерного подсчета светового потока источника можно пользоваться соотношениями: для дуговых ламп Ф=900 х силу тока, для проекционных ламп накаливания Ф=15-Ξ-20 х мощность в W.
Лит.: N euhaussR., Lehrbuch d. Projektion, Halle a/S., 1908; Handbuch d. Experimentalphysik, hrsg. v. W. Wien u. F. Harms, B. 11, T. 3, p. 222—234, Lpz., 1931; A Dictionary of Applied Physics, v. 4, p. 514—529, L·., 1923; Meinel W., Lichttechnische Untersuchun-gen am Kinoprojektor, «Ztschr. f. technische Physik», Lpz., 1923, B. 4, p. 379; IoachimH.u. Schering H., Die Kinoprojektion, ihre lichttechnischen Leistun-gen u. ihre Grenzen, «Kinotechnik», В., 1930, Jg. 12, p. 31, 59. См. также Кинотехника. Л. Исаков.
*3