Глава ХII. Оптические приборы

§ 110. Проекционные оптические приборы

Законы образования изображений в оптических системах служат основой для построения разнообразных оптических приборов. Основной частью всякого оптического прибора является некоторая оптическая система. В одних оптических приборах изображение получается на экране, который должен быть установлен в плоскости изображения, другие приборы предназначены для работы совместно с глазом. В последнем случае прибор и глаз представляют как бы единую оптическую систему и изображение получается на сетчатой оболочке глаза.

Мы будем рассматривать действие оптических приборов на основе законов геометрической оптики. Однако для решения некоторых вопросов представление о световых лучах оказывается недостаточно точным, и нам придется ссылаться на волновые свойства света, которые будут изучаться в последующих главах.

Проекционные приборы дают на экране действительное, увеличенное изображение картины или предмета. Такое изображение может рассматриваться со сравнительно большого расстояния и благодаря этому может быть видно одновременно большому числу людей.

На рис. 240 изображена схема проекционного аппарата, предназначенного для демонстрации прозрачных объектов, например рисунков и фотографических изображений на стекле (диапозитивы), фильмов и т. п. Такие аппараты называются диаскопами (диапрозрачный). Освещение объекта 1 производится ярким источником света 2 с помощью системы линз 3, называемой конденсором. Иногда за источником устанавливается вогнутое зеркало 4, в центре которого находится источник. Это зеркало, направляя обратно в систему свет, падающий на заднюю стенку фонаря, увеличивает освещенность объекта.

Объект помещается вблизи фокальной плоскости объектива 5, который дает изображение на экране 6 (см. § 97). Для резкой наводки объектив может плавно перемещаться. Проекционные системы очень часто употребляются для демонстрации рисунков, чертежей и т. п. во время лекций (проекционный фонарь). Киноаппарат представляет собой проекционную систему того же типа с тем усложнением, что демонстрируемые картины очень быстро сменяют одна другую. Фильм передвигается скачками — каждый раз на передвижения фильма световой пучок перекрывается обтюратором. На рис. 241 представлена схема простейшего киноаппарата.

При проецировании получается обычно сильно увеличенное изображение. Так, например, при проецировании кадра кинофильма размером  на экран с размерами  линейное увеличение равно 200, а площадь изображения превышает площадь кадра в 40 000

Рис. 240. Схема проекционного аппарата для демонстрации прозрачных объектов: 1 — объект, 2 — источник света, 3 — конденсор, 4 — вогнутое зеркало, 5 — объектив, 6 — экран

Для того чтобы освещенность объекта была достаточно высокой и притом равномерной, важную роль играет правильный подбор конденсора. Казалось бы, что задачей конденсора является максимально сконцентрировать свет на изображаемом объекте. Однако это совершенно неверно. Попытки «концентрации» света на объекте приводят обычно только к тому, что конденсор дает на нем сильно уменьшенное изображение источника, и если этот последний не очень велик, то объект будет освещен крайне неравномерно. Кроме того, при этом часть светового потока пойдет мимо проекционного объектива, т. е. не будет участвовать в образовании изображения на экране. Выбор конденсора дает возможность избежать этих недостатков.

Конденсор 1 устанавливается таким образом, чтобы он давал изображение 6 небольшого источника 2 на самом объективе 3 (рис. 242.) Размеры конденсора выбираются с таким расчетом, чтобы весь диапозитив 4 был равномерно освещен. Лучи, проходящие через любую точку диапозитива, должны зачем пройти через изображение 6 источника света; следовательно, они попадут в объектив и по выходе из него образуют на экране изображение этой точки диапозитива.

Рис. 241. Схема простейшего киноаппарата: 1 — источник света; 2 — конденсор; 3 — проекционный объектив; 4 — фильм; 5 — лентопритяжный механизм; 6 — обтюратор

Таким образом, объектив даст на экране изображение всего диапозитива, которое будет правильно передавать распределение светлых, и темных областей на диапозитиве.

Рис. 242. Освещение объекта с помощью конденсора: 1 — конденсор, 2 — источник света, 3 — объектив, 4 — диапозитив, 5 — экран, 6 — изображение

Для демонстрации на экране непрозрачных предметов, например чертежей и рисунков, выполненных на бумаге, их сильно освещают сбоку с помощью ламп и зеркал и проецируют с помощью светосильного объектива.

Схема такого прибора, называемого эпископом или эпипроектором, изображена на рис. 243. Источник 1 с помощью вогнутого зеркала 2 освещает объект 3, лучи от каждой точки 5 объекта поворачиваются плоским зеркалом 4 и направляются в объектив 5, который дает изображение на экране 6.

Рис. 243. Проекционный аппарат для демонстрации непрозрачных объектов: 1 — источник света, 2 — вогнутое зеркало, 3 — объект, 4 — плоское зеркало, 5 — объектив, 6 — экран

Часто применяют приборы, имеющие двойную систему для проецирования как прозрачных, так и непрозрачных предметов. Такие приборы называются эпидиаскопами.