Стеклянные линзы были изобретены ещё в 13 веке для исправления близорукости. С тех пор благодаря развитию оптики промышленное производство линз пережило ряд значимых прорывов. В 1757 году Джон Долланд использовал бесцветное стекло для изготовления ахроматической линзы.
В 19 веке технология была улучшена благодаря исследованиям эффекта преломления солнечного света через стекло, которое проводил физик Йозеф фон Фраунгофер. А его работа по хроматической дисперсии позволила корректировать дисперсию в линзах телескопа. К 20-му веку массовое производство стеклянных линз стало обычным явлением. Появились линзы всех типов и разновидностей для любых нужд.
По сравнению с оптическим стеклом история пластиковых линз намного короче. Подобно тому, как Первая мировая война подтолкнула развитие промышленного производства оптического стекла в Америке, Вторая мировая война привела к эволюции в области изготовления пластика и открытию новых материалов для изготовления линз. В последующие годы спрос на пластиковые линзы резко возрос, отчасти благодаря строгим испытаниям линз на небьющиеся свойства, проводимым Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) Америки, а также таким модным тенденциям, как линзы большой формы и цветные линзы. В результате доля рынка пластиковых линз увеличилась.
Бурное развитие цифровых камер и смартфонов в новом тысячелетии и, как следствие, рост использования пластиковых линз, привели к созданию прецизионного оборудования для механической обработки и формовки, которое позволило повысить точность изготовления пластиковых линз. Стали появляться пластиковые линзы разных форм и размеров: с асферическими поверхностями и очень большие легковесные линзы. В результате детали проекторов, от линз до светомодуляторных систем, также всё чаще делают из пластика. Однако, несмотря на все эти разработки, пластиковые линзы имеют недостатки, которые невозможно исправить. К этим недостаткам относятся: низкая пропускаемость синего света, подверженность повреждению от ультрафиолета, низкая устойчивость к царапинам, отсутствие материалов с высоким показателем преломления и низкой дисперсией, а также слабые ахроматические свойства.
Почему BenQ использует стеклянные линзы в своих проекторах
АНОНСЫ >>> читать все
Видеомикшер RGBLink Mini — находка для стримеров, журналистов и блогеров
Видеообзор. Компактный видеомикшер, обладающий достаточно скромной ценой и совсем нескромными.
Видеообзор Logitech Rally
В 2020 году видеоконференции стали основным форматом общения, и если нужно подготовить для этого.
Видеообзор креплений Wize
Крепления для видеостен от компании Wize позволяют обеспечить баланс качества и цены. Wize – это.
Экраны, линзы, видеопроцессоры или как построить кинозал с широким экраном
В этой статье мы предлагаем поговорить об изображении, которое, несомненно, оказывает наибольшее влияние на впечатление от просмотра фильма в домашнем кинозале. Те из вас, кто знаком с форматами кадрирования видео, встречающимися в текущий момент времени на DVD/Blu-Ray/ТВ/в кино, и разбирается, зачем нужна анаморфная линза и как с ней работать, смело могут пропускать первую часть данной статьи. Тем же читателям, которые не знакомы с этими предметами, либо просто хотят освежить свои знания, мы предлагаем краткий исторический экскурс и небольшой технический обзор ниже.
Часть первая. Вводная
Каждый из нас не раз сталкивался с ситуацией, когда фильм на телевизоре или проекторе отображается не на весь экран. Черные полоски — по бокам, сверху и снизу или и там, и там — это, прямо скажем, довольно сильно раздражает. Можно ли справиться с данной проблемой? Прежде, чем ответить на этот вопрос, давайте попробуем разобраться, что такое формат изображения, и какие форматы бывают.
Согласно историческим фактам (материал взят из википедии), за всю историю кинофотосъемок с конца 19 века было придумано, испробовано и использовано более 100 различных форматов кадра. В самом начале кинематографа формат картинки на экране зависел от того, какая пленка (негатив) была доступна для использования. А после начала широкого коммерческого применения кинематографа, режиссеры и владельцы кинокомпаний задумались над унификацией — для того, чтобы можно было без особых проблем прокатывать ленты в разных кинотеатрах.
Первый из стандартов, который можно отметить, появился в 1880-1890х годах и ознаменовал собой начало эры «Немого Кино». Был выбран формат кадра 4:3 или 1.33:1 (1.33 части ширины на 1 часть высоты). Его использовали как в Америке, так и в Европе — например, знаменитый ролик «Прибытие поезда» братьев Люмьер, как и самый кассовый немой фильм Голливуда начала 20-го века (Рождение Нации, 1915 год, сборы – 10’000’000 $) были сняты именно в таком формате на 35мм пленку. Это, впрочем, не мешало разным киностудиям проводить эксперименты со слегка отличающимися соотношениями сторон, что естественно, увеличивало проблемы прокатчиков, которые особенно обострилось с появлением в кинематографе звука, когда сбоку кадра пришлось разместить еще и звуковую дорожку и фактически кадр стал еще более квадратным, достигнув соотношения сторон около 1.19, что вызвало еще и некое непонимание у публики, привыкшей к более «широкому» формату.
Анаморфные линзы Panavision для камеры
Именно поэтому в начале 30-х годов 20-го века американская киноакадемия (AMPAS) и ассоциация звукорежиссеров (SMPTE) стандартизировали новый формат кадра с соотношением 1.375:1, который был призван покончить с «разбродом и шатаниями» и прослужил верой и правдой до 1950-х годов, когда начались масштабные эксперименты с «широкоэкранными форматами». Начиная с 1952 года, все основные американские студии начали экспериментировать с кадрами 1.66:1, 1.75:1 и 1.85:1. Последний, кстати, стал стандартом для Голливуда и является им до сих пор. Но формат 1.375:1 не умер окончательно и иногда, даже в наше время, в нем снимаются фильмы. Но это скорее исключение из правил.
Итак, рассмотрим формат 1.85:1 — как и откуда он появился? Не то, чтобы это было первое появление широкого формата на публике. На самом деле, фильмы в широком формате снимались и ранее, но одно дело, когда так снимают один фильм в год и совсем другое, когда вся киноиндустрия начинает работать с форматом как со стандартом. Давайте разберемся, как это происходило в те годы.
Очень просто — фильм снимали на стандартную пленку с кадрами 1.375:1 на сферическую линзу, но часть кадра при этом «матировалась» либо сразу на пленке, либо специальными планками в проекторе – они физически закрывали часть кадра. Из-за использования только части кадра, фильмы на взгляд выглядели более зернистыми по сравнению с предыдущим форматом 1.375:1. Довольно быстро процесс съемок был технологически усовершенствован – в нем начали использовать не сферическую линзу, а анаморфную, искажавшую картинку, попадающую на негатив (тот же самый, традиционный, 1.375:1) так, что актеры, например, выглядели вытянутыми по вертикали. Для «разворачивания» картинки в кинотеатре использовалась такая же линза, которая расширяла картинку по горизонтали, и «вытянутость» исчезала.
Анаморфная линза Panavision для проектора
Примерно в тоже время (начало 1950-х) на кинорынке появилась совсем уже экзотическая для того времени штуковина — называлась она Cinerama и отличалась супершироким (соотношение сторон было до 2.66:1) а главное, сильно вогнутым экраном. Первые реализации были весьма сложны — картинка проецировалась одновременно с трех проекторов, синхронизированных друг с другом, но показывающих свою часть кадра, а звук воспроизводился с отдельного устройства. Снимались фильмы тоже тремя камерами с синхронизированными затворами, билет в такой кинозал стоил приличных денег, и позиционировались такие кинопоказы скорее как поход на театрализованное представление — с программками, резервом мест и так далее. Усовершенствование технологии произошло довольно быстро и уже традиционным способом — снимать начали на 70-мм пленку вместо традиционной 35-мм, для съемки и показа использовали анаморфные линзы и один проектор вместо трех. Практически музейный формат Cinerama и его реинкарнации Ultra Panavision 70/Super Panavision 70 до сих пор можно встретить в отреставрированных кинотеатрах в США и Англии.
В попытках реализовать формат более широкий, чем 1.85:1 (по примеру Cinerama), но более доступными способами, студии проводили опыты на традиционной 35мм пленке с соотношением сторон 1.375:1. Эти эксперименты выявили ряд ограничений — так, например, необходимость добавления магнитной полосы на пленку сократила соотношение сторон с 2.66:1 до 2.55:1, а впоследствии до 2.39:1. Этот формат наиболее удачно получилось реализовать у FOX Studios и его назвали CinemaScope. Кроме него эксперименты проводились Technicolor (Techniscope), а также Европейскими студиями – форматы Euroscope, Francoscope и Naturama. В пользу CinemaScope сыграло то, что компания Warner Brothers решила не создавать свой WarnerScope, а лицензировать CinemaScope у Fox и то, что свежеобразованная компания Panavision сумела быстро наполнить рынок недорогими и качественными линзами, как для камер, так и для проекторов кинотеатров.
Необходимость добавления магнитной полосы на пленку сократила соотношение сторон в формате CinemaScope с 2.66:1 до 2.55:1, а впоследствии до 2.39:1
Часть вторая. Форматы сегодня
Теперь давайте попробуем систематизировать все вышесказанное и перенести эти знания в реальную жизнь. Рассмотрим цифровые носители (Blu-Ray), коммерческий кинематограф и телевидение. Также будем рассматривать кроме соотношения сторон еще и понятие «разрешение», то есть количество точек на сторону.
Начнем с широкого формата и пойдем к узкому, а заодно дадим комментарии, где эти форматы можно встретить:
⊗ 2.39:1 или 12:5 — стандартный кинотеатральный широкоэкранный формат, корнями уходящий в вышеописанный Cinemascope. Применялся на пленке путем анаморфного преобразования в момент съемок и потом — во время показа. При адаптации для бытовых носителей (Blu-Ray) для упрощения формат доводится до соотношения 2:40:1 или 1’920×800 пикселей;
⊗ 2.37:1 или 21:9 – попытка телевизионной индустрии в 2010-х годах создать синтетический широкоэкранный стандарт под кое-кому знакомые «суперширокоэкранные телевизоры» — этим отметился, например, Philips. Физическое разрешение матрицы у таких телевизоров – 2’560×1’080;
⊗ 1.85:1 — официальный кинематографический стандарт для США и Англии, впервые представлен компанией Universal Pictures в мае 1953 года (чуть шире, чем традиционный 16:9);
⊗ 1.78:1 или 16:9 – один из официальных стандартов для цифрового телевидения, широко использующийся также в бытовых видеокамерах. Является одним из официальных стандартов для сжатия MPEG-2. Текущая спецификация Full HD с разрешением 1920х1080 как раз имеет соотношение сторон 16:9;
⊗ 1.43:1 – формат IMAX, приведен для справки;
⊗ 1.33:1 или 4:3 – формат, ранее использовавшийся повсеместно в аналоговом телевидении и в кино до появления стандарта 1.375:1. Также является одним из стандартных форматов кодирования в MPEG-2.
Часть третья. Как использовать эту информацию на практике?
А теперь давайте рассмотрим это все через призму построения системы видеопроекции для домашнего кинозала. Почему кинозала? Да потому, что если у вас есть телевизор, а не проектор, то ничего с ним сделать вы не сможете. Подавляющее большинство телевизоров на рынке имеют стандарт 16:9.
Так что максимум, что можно сделать с таким телевизором — замуровать в стену, искусственно ограничив его по высоте, ибо эксперименты с «суперширокими телевизорами» 21:10 закончились, едва начавшись, что можно только приветствовать. Всякие режимы «заполнения» черных полос по бокам (при просмотре старых фильмов) или сверху-снизу (при просмотре «блюреев» с форматом 2:40:1) рассматривать не будем, они либо банально обрезают «лишнее», либо существенно искажают картинку.
С экранами для проекторов ситуация диаметрально противоположная — экраны доступны в любом формате от 1:1 до 2:40:1 и даже более при заказе кастомного экрана например, тот же Stewart с удовольствием сделает любой экран за ваши деньги по предоплате. Но есть нюанс — матрицы бытовых видеопроекторов в настоящее время, за небольшим исключением, имеют то же соотношение сторон, как и ТВ — 16:9. Нам известна модель проектора с физической матрицей в 2,35:1 – это одна из моделей Projection Design/Avielo. По слухам, есть шанс, что некоторые из более крупных игроков на рынке сделают подобные проекторы, но давайте отталкиваться от реалий — а реалии имеют цифры 16:9.
Это не так плохо, если вы или ваш заказчик (в случае, если вы инсталлятор) не против пустого места на экране при просмотре широкоэкранных фильмов или же если основной источник контента — это спутниковый ресивер или игровая приставка. Но что же делать, если вы не хотите смотреть на черные полосы во время просмотра фильмов, если вы строите кинозал для кино, а не для просмотра футбола и игры в GTA V? Первое и самое главное — нужно использовать экран формата 2.40:1. Это, очевидно, просто и не всегда дорого. Несколько сложнее задача получения на нем картинки «во весь экран» с плеера, который отдает картинку в 16:9 и проектора, матрица которого тоже имеет разрешение 16:9, ведь у нас на экране в этом случае будет изображение меньшего формата.
Источник: www.avreport.ru
Для чего нужна линза в проекторе
В предыдущем разделе мы определились, что для освещения нашей LCD панели необходима линза Френеля, или «френель». Линза названа по имени ее изобретателя, французского физика Огюстена Жана Френеля. Первоначально использовалась в маяках. Основное свойство френели в том, что она легкая, плоская и тонкая, но при этом обладает всеми свойствами обычной линзы.
Френель состоит из концентрических канавок треугольного профиля. Шаг канавок сопоставим с высотой их профиля. Таким образом, получается, что каждая канавка является как бы частью обычной линзы.
Кое-что о линзах Френеля можно почитать тут.
Нужно отметить, что в проекторе вместо одной френели используется пара. Если тебе попадется френель от оверхед-проектора, обрати внимание, что она с обеих сторон гладкая, т.е. на самом деле состоит из двух френелей, обращенных ребристыми поверхностями друг к другу и склеенных по периметру.
Зачем использовать две френели и можно ли обойтись одной?
Взгляни на схему и все станет ясно.
Если использовать только одну френель, необходимо, чтобы лампа находилась примерно в двойном фокусе. Лучи от лампы будут также сходиться примерно в двойном фокусе. Минимальное фокусное расстояние у доступных френелей составляет 220 мм. Это означает, что конструкцию придется сильно удлинить. Но самое главное — при таком расстоянии от лампы до френели эффективный телесный угол лампы оказывается очень мал.
При использовании 2 френелей от обоих недостатков удается избавиться. Источник света располагается чуть ближе фокусного расстояния от левой френели, а она формирует «мнимый» источник за пределами двойного фокусного расстояния правой френели. После прохождения правой френели лучи будут сходится между фокусом и двойным фокусом.
Вернемся к нашей оптической схеме из предыдущего раздела (имеем в виду, что у нас две френели, хотя нарисована одна):
Помнишь, я говорил, что эта схема упрощена? Если бы все было так, как нарисовано, объектив нам был бы не нужен. Каждый луч от источника света проходил бы через единственную точку френели, затем через единственную точку на матрице и летел бы себе дальше, пока не наткнется на экран и не сформирует на нем точку нужного цвета. Для точечного источника и идеальной матрицы это было бы верно. Теперь добавляем реализма — неточечный источник.
В виду того, что у нас в качестве источника света используется лампа, т.е. светящееся тело вполне определенных, конечных размеров, реальная схема прохождения лучей будет выглядеть следующим образом:
1-й этап построения — левая френель формирует «мнимое изображение» электрической дуги лампы. Оно необходимо нам, чтобы правильно построить ход лучей через правую френель.
2-й этап построения — забываем про наличие левой линзы и строим ход лучей для правой линзы, как если бы «мнимое» изображение было реальным.
3-й этап — отбрасываем все лишнее и объединяем две схемы.
Нетрудно догадаться, что именно в той точке, где формируется изображение дуги лампы, нам и нужно установить объектив. Изображение дуги при этом несет в себе информацию о цвете каждого пикселя матрицы, через которую прошел свет (на рисунке не показана).
Какое фокусное расстояние должно быть у френелей?
Френель, обращенная к лампе (левая, №2), берется максимально короткофокусной для большего угла охвата. Фокусное расстояние другой френели (правой, №1) должно быть на 10-50% меньше фокусного расстояния объектива (1-2 см расстояние от френели до матрицы, сама матрица находится между фокусом и двойным фокусом объектива, в зависимости от расстояния от объектива до экрана). Фактически на рынке наиболее распространены френели с 2 значениями фокусных расстояний: 220 мм и 330 мм.
При выборе фокусного расстояния френелей нужно обращать внимание на тот факт, что, в отличие от обычных линз, френели капризны к углу падения света. Поясню двумя схемами:
Каприз заключается в том, что лучи, падающие на рифленую поверхность френели, должны быть параллельны оптической оси (или иметь минимальное отклонение от нее). В противном случае эти лучи «улетают вникуда». На левой схеме источник света находится приблизительно в фокусе левой линзы, поэтому лучи между линзами идут почти параллельно оптической оси и в итоге сходятся приблизительно в фокусе второй линзы. На правой схеме источник света расположен гораздо ближе фокусного расстояния, поэтому часть лучей попадает на нерабочие поверхности правой линзы. Этот эффект тем больше, чем больше расстояние от фокуса до источника и чем больше диаметр линзы.
1. Линзы должны размещаться рифлеными сторонами друг к другу, а не наоборот.
2. Источник света желательно располагать как можно ближе к фокусу первой линзы, и как следствие:
3. Возможности по перемещению источника света для регулировки точки схождения пучка в объектив ограничены всего несколькими сантиметрами, иначе — потрея яркости картинки по краям и появление муара.
Какого размера должны быть френели?
Френели изначально изготавливаются круглыми. Перед продажей производитель обрезает их до получения прямоугольной формы. Чаще всего френели доступны в виде квадратов со скругленными углами или прямоугольников с соотношением сторон приблизительно 4:3. Размер френелей целиком диктуется размером LCD матрицы.
Для полного охвата матицы размеры френели должны превышать размеры матрицы минимум на 15 мм в каждом измерении. Из них по 2,5 мм с каждой стороны уйдет под монтажную рамку. Остальные 5 мм требуются, чтобы компенсировать трапециевидный ход лучей (см. рисунок).
Исходя из вышесказанного, следует, что стандартные френели от ОХП размером 285х285 мм, и даже 310х310 мм не покроют матрицу 15″ целиком. Если для тебя это критично, используй бОльшие линзы или меньшую матрицу. Еще вариант — программно уменьшить размер рабочего стола (Windows) так, чтобы он занимал не всю матрицу, а только ее часть, захватываемую френелями. Подробнее об этом разделе Источник изображения.
Из какого материала должны быть френели?
Наиболее доступны в настоящий момент френели из оптического акрила (оргстекла, иначе говоря). Они имеют отличную прозрачность и немного эластичны. Для нашей цели этого достаточно, учитывая, что качество френелей АБСОЛЮТНО НЕ ВЛИЯЕТ на резкость и геометрию картинки (только на яркость).
Как обращаться с френелями?
Исходя из собственного опыта, рекомендую обращаться с френелями особо осторожно.
1. Не оставляй отпечатков пальцев на рифленой стороне френели. Тщательно мой руки с мылом перед любыми операциями над френелями. Лучше всего с момента покупки и до окончания экспериментов обернуть френели полиэтиленовой пленкой для упаковки продуктов.
2. Если отпечатки на рифленой стороне все-таки появились, НЕ ПЫТАЙСЯ их стереть. Никакие моющие средства (в т.ч. средства для мытья окон на основе нашатыря) не помогают, т.к. не проникают достаточно глубоко. Наружные ребра канавок при этом слегка скругляются, а между канавками забиваются частички от салфетки/ваты, используемой для протирки. В итоге френель начинает рассеивать лучи.
Лучше оставить с отпечатками. Гладкую сторону протирать можно, но только будучи уверенным, что моющее средство не попадет на рифленую сторону.
3. Следи за температурным режимом. Не допускай нагрева френелей выше 70 градусов. При 90 градусах линзы начинают плыть, а пучок света теряет форму. Лично я запорол один комплект линз из-за этого. Для контроля температуры используй тестер с термопарой.
Продается в любом радиомагазине.
Что такое объектив и зачем он нужен, думаю, ты понял. Самое главное правильно его выбрать, а, выбрав, найти, где купить Для выбора нам необходимо знать 4 основные характеристики:
В принципе объективом может служит и одна линза, например лупа. Однако чем дальше от центра картинки, тем хуже будет ее качество. Появятся сферические искажения (абберации), хроматические абберации (за счет разных углов преломления лучей различных длин волн белая точка, например, превращается в кусочек радуги), потеря резкости.
Поэтому для достижения максимального качества картинки используются ахроматические объективы из 3 или более линз. Такие использовались в эпидиаскопах, старых фотокамерах, аппаратах для аэрофотосъемки и т.п. В оверхед-проекторах также используются трехлинзовые объективы, но такие модели проекторов дороже, чем модели с однолинзовыми объективами.
От фокусного расстояния объектива зависит, на каком расстоянии от исходного объекта (матрицы) его нужно расположить и какого размера изображение на экране ты получишь. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше размер экрана, тем дальше от экрана можно разместить проектор, тем длиннее корпус проектора. И наоборот.
Показывает, какого размера исходное изображение может охватить объектив, сохраняя приемлемую яркость, резкость (разрешающую способность) и т.п. «Приемлемое» — понятие растяжимое. Если для аэрофотообъектива в паспорте указан угол зрения, например, 30 градусов, это может означать, что реально он охватит и 50 градусов, но резкость по краям для аэрофотосъемки уже не годится, зато для нашего проектора, где не нужна большая разрешающая способность, вполне подойдет.
Светосила и относительное отверстие
Относительное отверстие, если упрощенно — отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Обозначается в виде дроби, например 1:5,6, где 5,6 — «диафрагменное число». Если у нас есть объектив с диаметром внутренней линзы 60 мм и фокусным расстоянием 320 мм, его относительное отверстие будет равно 1:5,3. Чем больше относительное отверстие (меньше диафрагменное число), тем больше светосила объектива — способность передавать яркость объекта — и тем обычно хуже резкость/разрешающая способность.
Каким должно быть относительное отверстие?
Относительное отверстие можно найти, зная диаметр линз и фокусное расстояние. Применительно к нашей оптической схеме можно сказать, что диаметр линз объектива должен быть не меньше размера изображения дуги лампы, формируемого френелями. Иначе часть света лампы будет потеряна.
Тут настало время сделать еще одно уточнение к нашей оптической схеме.
Очевидно, что матрица рассеивает проходящие сквозь нее лучи. Т.е. каждый луч, попадающий на матрицу, выходит из нее уже в виде пучка лучей с различным угловым отклонением. В итоге изображение дуги лампы в плоскости объектива оказывается «расплывчатым», увеличивается в размерах, однако продолжает нести в себе информацию о цветах пикселей матрицы.
Наша задача — собрать это «расплывчатое изображение дуги» объективом полностью.
Отсюда вывод: относительное отверстие объектива должно быть таким, чтобы собрать изображение лампы, но не более того.
Какими должны быть фокусное расстояние и угол зрения?
Эти параметры определяются размером исходного изображения (матрицы), расстояния от объектива до экрана и размером желаемого изображения на экране.
Вот калькулятор для расчетов (содранный с www.opsci.com, слегка адаптированный и переведенный на понятный язык)
Из отечественных объективов есть положительные результаты использования Индустаров 17, 13, 37, а также Уран-12, ОФ-41 и ОР-451. Вот выдержки из таблицы объективов, собранной Arthurka:
Источник: photogeos.ru