7.3. Прожектор

Прожектор - это оптическая система, концентрирующая световой поток источника света в узкий пучок для освещения удаленных объектов или для передачи сигналов на большие расстояния (рис. 7.7).

Оптическая система прожектора используется в маяках, театральных прожекторах, в фарах автомобилей и т.д.

Рассмотрим основные характеристики прожектора.

Сила света прожектора (поток излучения на единицу телесного угла) определяется выражением:

где τ - коэффициент пропускания оптической системы, - диаметр выходного зрачка, - яркость источника (поток, излучаемый единицей площади на единицу телесного угла).

Из выражения (7.1) видно, что при одной и той же яркости источника сила света растет пропорционально площади выходного зрачка. Выражение (7.1) справедливо при удалении освещаемого предмета на расстояние, большее, чем дистанция оформления пучка (рис. 7.7). Только начиная с этого расстояния в изображении участвуют все лучи, идущие через край выходного зрачка прожектора.

Коэффициент усиления прожектора - это отношение силы света прожектора к силе света источника:

где - диаметр источника.

Коэффициент усиления прожектора может достигать = 10000 .

Угол рассеяния прожектора зависит от размеров светового тела источника излучения:

Из этого выражения следует, что чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол рассеяния.

Угол охвата - двойной апертурный угол 2α в пространстве предметов, характеризующий полноту использования светового потока.

7.4. Осветительные системы проекционных приборов

Проекционные приборы предназначены для получения на экране изображений предметов требуемого масштаба. Основными устройствами проектора являются осветительное, обеспечивающее равномерное и интенсивное освещение проецируемого предмета, и изображающее (проекционное), формирующее на экране изображение требуемого масштаба и качества.

Проекционные приборы разделяют на два класса:

• диаскопические - проектируют прозрачные предметы в проходящем свете (например, кинопроекция);

• эпископические - проецируют непрозрачные предметы в отражающем свете.

Диаскопическая проекция (проекция в проходящем свете) обеспечивает большую освещенность экрана, чем эпипроекция. Именно ее мы и будем рассматривать.

Возможны два варианта действия осветительной части диаскопа.

Изображение источника света в плоскости входного зрачка проекционного объектива

В такой схеме источник света проецируется во входной зрачок проекционного объектива, а освещаемое кадровое окно находится в ходе лучей (рис. 7.8). В этом случае каждая точка диапозитива освещается светом от всех точек источника, что особенно важно при неравномерной яркости источника, в частности, при использовании лампы накаливания.

Чтобы источник заполнял весь зрачок, увеличение такой осветительной системы должно быть равно отношению диаметра входного зрачка проекционного объектива к диаметру источника:

Примером подобной схемы является обычный проектор. Если бы в проекторе использовалась вторая схема, то на экране было бы видно изображение источника света (лампы накаливания).

Изображение источника света в плоскости диапозитива

В этом случае изображение источника совмещается с изображением предмета (рис. 7.9). Такая схема применяется в том случае, если яркость источника равномерна (например, дуговые источники) и если возможное нагревание предмета не играет роли (например, при кинопроекции, когда кадры быстро сменяют друг друга).

Чтобы источник заполнял все кадровое окно, увеличение такой осветительной системы должно быть равно отношению диагонали кадра к диаметру источника:

Размер проецируемого предмета определяется диагональю кадра d кадра. В

зависимости от требуемого размера изображения (размера экрана) определяется масштаб проекции (линейное увеличение) проекционного объектива:

Разрешающая способность проекционной системы оценивается кружком рассеяния (минимальным размером элемента проецируемого предмета) на кадре или предельной частотой при заданном контрасте.

Освещенность изображения (поток на единицу площади) зависит от фокусного расстояния и относительного отверстия проекционного объектива, коэффициента пропускания осветительной и проекционной частей оптической системы проектора, а также от яркости источника и расстояния между объективом и экраном.

В качестве проекционного объектива чаще все го используются обычные фотообъективы, которые выбирают исходя из требуемых характеристик.