ГОСУДАРТСТВЕННЫЙ КОМИТЕТА СВЯЗИ, ИНФОРМИТИЗАЦИИ И ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Кафедры “ТЕЛЕВИДЕНИЕ, РАДИОЭШИТТИРИШ СТУДИЯЛАРИ ВА ЖИХОЗЛАРИ”
Конспект лекции
По “справочник кинооператора”
Ст.преп. кафедры
“ТРЭС ва Ж”
Азимов М.И
Ташкент – 2012г.
РАЗДЕЛ VI
ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СВЕТА
1. ЛУЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ
При взаимодействии между ядром атома и электроном, ранее смещенным под влиянием внешних воздействий, последний возвращается в свое первоначальное состояние и отдает накопленную им потенциальную энергию в виде кинетической энергии излучения — лучистой энергии. Распространение лучистой энергии в пространстве происходит в виде электромагнитных колебаний с различными длинами волн.
Скорость распространения электромагнитных колебаний всех видов в пустоте одинакова и составляет: с= 299 800 км/с.
3 среде с показателем преломления п скорость распространения колебаний
и так как п несколько различен для разных излучений (явление дисперсии), то скорости распространения различных излучений в различных средах не одинаковы.
Длина волны X, скорость распространения электромагнитных колебаний v и частота колебаний v связаны между собой соотношением:
V
Изучено много разновидностей излучений, различающихся длинами волн; к ним относятся: гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи, радиоволны.
Оптическая область спектра электромагнитных излучений состоит из грех участков: невидимых ультрафиолетовых излучений с длинами волн от 10 до приблизительно 400 нм*у обнаруживаемых в основном по их химическому и физиологическому действию; видимых световых излучений с длинами волн от приблизительно 400 до 750 нм, воспринимаемых глазом как свет, и невидимых инфракрасных излучений с длинами волн от 740 нм до 1—2 мм, обнаруживаемых в основном по их фотоэлектрическому (в некоторых пределах) или тепловому действию.
2. СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СВЕТА
Излучение с определенной длиной волны к называют однородньш, или монохроматическим, в отличие от сложного, или немонохроматического, излучения, состоящего из совокупности нескольких монохроматических излучений.
Цвет видимого монохроматического излучения определяется длиной его волны: с изменением длины волны цвет излучения меняется. Пои разложении белого света призмой в непрерывный спектр в последнем цвета постепенно переходят один в другой так, что точно определить границы каждого цвета и связать их с длинами волн крайне трудно. Однако в первом приближении можно принять следующие границы цветных участков видимой части спектра излучения (табл. VI -1)
Таблица VI-1 Цветные участки спектра видимых излучений
|
Монохроматические равные по мощности излучения, отличающиеся друг от друга длиной волны, т. е. по цвету, вызывают в глазу неодинаковые по интенсивности ощущения, что определяется неодинаковой чувствительностью глаза к отдельным участкам видимого спектра.
Нормальный человеческий глаз обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленому излучению с длиной волны около 555 нм\ по мере приближения к концам видимого спектра чувствительность глаза резко падает.
♦Нанометр
{нм) — единица
измерения длины, равная 10-9Af, т.е. 1 нм = = 0,000001
мм =0,000000001
м. В старой
литературе можно найти вместо нанометров равные лм единицы — миллимикроны
(ммкн).
За относительную чувствительность, равную единице, принята чувствительность к желто-зеленому излучению с длиной волны 555 нм.
Табл. VI-2 характеризует чувствительность нормального среднего глаза в условиях дневного зрения.
Таблица VI-2
Спектральная чувствительность нормального глаза человека («видность»)
|
При сумеречном зрении, т. е. при малой освещенности, максимум спектральной чувствительности глаза смещается (явление Пуркинье) на 45—50 нм в сторону коротких волн и располагается около 510 нм (зеленые лучи), причем область чувствительности простирается приблизительно от 380 до 630 нм. Благодаря этому цвета оранжево-красной части спектра оказываются относительно более темными, чем цвета сине-зеленой части спектра (рис. VI-1).
Для оценки качества светового излучения применяют несколько способов.
1. Разложение света при помощи призмы на составные части по спектру с последующим численным определением мощности по отдельным узким участкам спектра. В результате получается кривая (плавная или прерывистая) распределения световой энергии по спектру, или спектральная характеристика.
2. Колориметрическая характеристика по суммарному цвету с применением одной из систем цветовых обозначений и измерений, позволяющих каждый существующий в природе цвет условно характеризовать численно.
3. Сравнение цветности излучения с цветностью абсолютно черного тела (полного излучателя)[1] при какой-либо температуре последнего с получением величины цветовой температуры.
3. ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Способ оценки спектрального состава излучения по величине цветовой температуры применяется главным образом для характеристики температурных источников света. Он основан на том, что абсолютно черное тело испускает при каждой температуре свет совершенно определенного спектрального состава и, следовательно, суммарного цвета. Кривые спектрального распределения энергии излучения абсолютно черного тела в видимой части спектра показаны на рис. VI-2. Свет от данного источника характеризуется той температурой — цветовой температурой — абсолютно черного тела, — при которой последнее дает свет, одинаковый по цветности со светом от данного источника.
Способ определения цвета свечения источников света по цветовой температуре нашел широкое применение благодаря своей простоте и может быть распространен на большое количество источников света, включая лампы накаливания и, с некоторым приближением, угольные дуги, ксеноновые лампы, металлогалогенные лампы и даже люминесцентные лампы.
Свет таких ламп электрического разряда в газах и парах металлов, как, например, ртутные, натриевые, неоновые, не может быть охарактеризован величиной цветовой температуры.
Цветовая температура указывается в Кельвинах (обозначение К), отсчитываемых от абсолютного нуля. Она, таким*образом, выражается цифрой, на 273 более высокой, чем та же температура, выраженная в равных по величине Кельвинам градусах Цельсия (например, температура 3000°С равна температуре 3273 К).
Цветовые температуры некоторых искусственных источников света ^приведены в табл. VI-3.
Значения, приведенные в табл. VI-3, могут применяться лишь для ориентировки. Например, лампы накаливания, изготовляемые в массовых масштабах даже специально для цветного кинематографа, могут отличаться по цветовой температуре на ±70—80 К от номинала; обычные осветительные лампы накаливания имеют значительно больший разброс.
Действительные значения цветовой температуры ламп в эксплуатационных условиях зависят еще и от продолжительности предшествующего горения, от напряжения и других условий работы. Свойства линз, отражателей, рассеивателей могут оказать заметное влияние на цветовую температуру света осветительных приборов, в которых установлены лампы.
Рис. VI-2. Излучение абсолютно черного тела при различных температурах (в Кельвинах)
Необходимо указать, что применение цветовой температуры для сравнения между собой различных по цветности даже чисто температурных излучений неудобно вследствие того, что одному и тому же изменению цветовой температуры, выраженному в К, соответствуют совершенно различные изменения в спектральном составе, в зави- / симости от исходной величины цветовой температуры. Это не позволяет задать допуски на колебания цветовой температуры, которые были бы симметричными и одинаковыми для источников света с чпреобладающим излучением в различных участках спектра.
Таблица VI— 3
Цветовые температуры некоторых искусственных источников света (приближенные значения)
Источник света |
Цветовая температура, К |
Пламя спички |
1700 |
Пламя свечи |
1850 |
Нормальная осветительная лампа накаливания (газополная) |
2650 |
мощностью 100 Вт |
|
Прожекторная лампа накаливания мощностью 500 Вт(ПЖ-13) |
3050 |
Прожекторная лампа накаливания 2000 Вт (ПЖ-16) |
3150 |
Зеркальные лампы накаливания серии ЗК |
3200 |
Галогенные лампы накаливания для цветного кинематографа |
3200 |
серии КГ |
|
Прожекторные лампы для цветного кинематографа серии КЛЖ |
3250 |
и КГК |
|
Кинопроекционная лампа накаливания типа К30-400 |
3280 |
Кинопрожекторные лампы старой серии КПЖ-1-6 |
3300 |
Лампы для фотографии 275 и 500 Вт |
3450 |
Лампы-вспышки одноразового действия |
3500—3900 |
Угольная дуга .высокой интенсивности с белопламенными |
5500 |
углями |
|
Ксеноновая лампа с короткой дугой |
5500 |
Металлогалогенные лампы НМ1 |
6000 |
Импульсная ксеноновая лампа |
6000 |
Лампа нормального сенситометрического источника света |
2360 |
Нормальный сенситометрический источник света с жидкостным |
5000 |
голубым компенсационным светофильтром (источник белого |
|
света D) |
|
Источник белого света А |
2854 |
Источник белого света В (А с фильтром) |
4800 |
Источник белого света С (Л с фильтром) |
6500 |
Таблица VI-4
Перевод значении Кельвинов в микрообратные градусы (майреды)
|
Экспериментально установлено, что в широком интервале цветовых температур одинаковым изменениям цветности соответствуют одинаковые приращения 1/т1Ш • Весьма удобна, следовательно, шкала микрообратных градусов (майредов), которая является производной от шкалы градусов цветовой температуры и получается путем деления
io%ls.
Перевод значений градусов цветовой температуры в микрообратные градусы приведен в табл. VI-4.
4. БЕЛЫЙ СВЕТ
Понятие белого света условно. Различают белый свет как зрительное ощущение и как определенное распределение лучистой энергии по спектру.
Вследствие особенностей глаза ощущение белого света может быть получено при самых разнообразных соотношениях мощностей излучений по отдельным участкам спектра, т. е. при множестве различных физических условий. Из-за крайней затруднительности определения или описания ощущения белого света для эталонного белого света были выбраны некоторые определенные распределения лучистой мощности по спектру, базирующиеся на распределении лучистой мощности по спектру света лампы накаливания, солнечного света и дневного света, которые создают ощущение белого света при отсутствии возможности одновременного сравнения их друг с другом.
Международная комиссия по освещению МКО (CIE) приняла три источника белого света, используемые для измерений и расчетов, которые для СССР в рамках ГОСТ 7721-61 определены так:
источник А — воспроизводящий условия искусственного освещения электрическими лампами накаливания и определяемый, как источник с таким же относительным спектральным распределением плотности потока излучения в видимой области спектра (от 400 до 700 нм), как и у абсолютно черного тела при температуре 2854 К;
источник В — воспроизводящий условия освещения прямым солнечным светом и определяемый, как источник с таким же относительным спектральным распределением плотности потока излучения в видимой области спектра (от 400 до 700 нм), как и у абсолютно черного тела при температуре 4800 К ;
источник С — воспроизводящий условия освещения рассеянным дневным светом и определяемый, как источник с таким же относительным спектральным распределением плотности потока излучения в видимой области спектра (от 400 до 700 нм), как и у абсолютно черного тела при температуре 6500 К.
В качестве источников В и С применяется газополная лампа накаливания с вольфрамовой нитью, представляющая собой при определенном для нее режиме питания источник А и снабженная светофильтром, обеспечивающим получение излучения с характеристиками, соответствующими источникам В или С. Эти светофильтры могут быть составлены из трех наложенных друг на друга пластинок цветного стекла марки СЗС17, ПС5 и ПС14, взятых в соответствующих толщинах.
Кроме того, в сенситометрии при испытании фотографических слоев применяются:
источник белого света с цветовой температурой 3200 К, используемый при испытаниях позитивных пленок и цветных пленок, предназначенных для экспонирования при свете ламп накаливания. Этот источник света получают, применяя источник А со светофильтром из стекол ПС14 и СЗС17;
источник белого света с цветовой температурой 5500 К (по рекомендации Международной организации стандартизации ISO), используемый при испытаниях фотографических слоев, предназначенных для экспонирования при дневном свете. Этот источник света получают, применяя источник А со светофильтром из цветных стекол ПС5, ПС 14 и СЗС8;
Равноэнергетический источник белого света имеющий одинаковую мощность излучения для всех длин волн в пределах видимой части спектра, является гипотезическим.
ОСНОВНЫЕ СВЕТОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ
у Световой поток — мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на человеческий глаз.
Световой поток пропорционален мощности лучистой энергии с учетом спектральной чувствительности глаза.
Единицей для измерения светового потока,обозначаемого буквой F или Ф, является люмен (лм). 1 лм — световой поток, излучаемый с поверхности абсолютно черного тела площадью 0,5305 мм1 при температуре затвердевания платины (2046 К ).
Сила света — пространственная плотность светового потока, определяемая отношением светового потока к телесному (пространственному) углу, в пределах которого он распространяется и равномерно распределяется.
Вершина телесного угла совпадает со световым центром источника света. Простейшим телесным углом является угол, образованный конической поверхностью. Под величиной телесного угла понимают отношение площади сферической поверхности на которую опирается центральный телесный угол со, к квадрату радикса сферы У:
За единицу телесного угла принят такой центральный телесный угол, который вырезает на поверхности сферы участок площадью, равной квадрату радиуса сферы. Эта единица телесного угла называется стерадианом (ср). Сумма телесных углов вокруг точки составляет 4тг стерадианов, т. е. 12,57 ср.
Для перехода от плоского угла 2 а при вершине конуса к телесному со можно применять формулу:
о) = 2ic (1 — cos а).
Конус с телесным углом 1 ср имеет плоский угол при вершине около 65,5° .
Сила света I количественно выражается, как
w
Единицей для измерения силы света является кандела (кд). 1 кд — сила света точечного источника в тех направлениях, в которых он испускает световой поток 1 лм, одинаково распространенный внутри телесного угла 1 ср.
По определению IX Генеральной конференции по мерам и весам: «Кандела — это такая сила света, при которой яркость абсолютно черного тела при температуре затвердевания платины равна 60 канде- лам с квадратного сантиметра».
Оба определения не противоречат друг другу и являются различными лишь формально, в зависимости от того, что принято исходной величиной — световой поток или сила света.
Освещенность — поверхностная плотность светового потока, падающего на освещаемую поверхность.
При равномерном распределении светового потока F в пределах поверхности S освещенность Е определяется, как
£ =*/— S '
Единицей для измерения освещенности является люкс (.пк). 1 лк — освещенность поверхности, которая получает одинаково распределенный по ней световой поток 1 лм на площадь 1 м2.
В некоторых странах (Англия, США и др.), пока еще полностью не перешедших на метрическую систему, за единицу освещенности принимают фут-канделу (foot candle). Освещенность в 1 фут-кд имеет такая поверхность, у которой на 1 кв. фут падает равномерно распределенный световой поток в 1 лм:
1 фут-кандела = 10,764 лл.
Связь между освещенностью силой света / точечного источника в данном направлении и расстоянием / от освещаемой поверхности до источника света выражается соотношением:
£ / cos а
~~ Ъ '
где а — угол падения света на освещаемую поверхность, т. е угол между направлением падения света на поверхность и перпендикуляром, восстановленным к поверхности в точке падения света.
При перпендикулярном падении света на освещаемую поверхность угол падения а равен нулю, a cos а равен единице, и соотношение между освещенностью и силой света приобретает вид:
Е = ± 12
\ Освещенность вдоль луча света изменяется обратно пропорционально J квадрату расстояния от места возникновения луча; это так называемый / закон квадратов расстояний. Он строго справедлив лишь для светящейся точки.
Для пучка параллельных лучей освещенность не следует закону квадратов расстояний — она остается постоянной вдоль пучка.
Для источников света конечных размеров освещенность изменяется с расстоянием в зависимости от очертаний светящихся поверхностей и от распределения яркостей по ним.
Для осветительных приборов закон квадратов расстояний практически справедлив, начиная с некоторых рабочих расстояний, которые, как правило, определяются практическими измерениями и связываются с
V |
размерами выходного отверстия прибора.
Яркость поверхности в данном направлении — отношение силы света, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на' плоскость, перпендикулярную к данному [ направлению. Дла_равномерна яркой Цоверхносту
где В — яркость поверхности (иногда обозначается L)\ /и — сила света в данном направлении; а — угол между перпендикуляром к поверхности и данным направлением; Л — площадь светящейся поверхности.
Иногда удобно пользоваться другим определением яркости, которое гласит, что яркость В какого-либо объекта равна отношению освещенности Е,р , создаваемой этим объектом на зрачке глаза, к телесному углу со, в пределах которого глаз видит данный объект:
В = .
ш
Яркость — единственная из световых величин, которую непосредственно воспринимает глаз, она не зависит от расстояния (при практическом отсутствии поглощения света в среде). Единицей для измерения яркости является кандела с квадратного метра (кд/м2 )[2].
1 кд/м2 — яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с 1 м2 поверхности.
При равномерном освещении диффузно отражающей поверхности отношение, связывающее яркость этой поверхности с ее освещенностью, будет иметь вид:
71
где р— коэффициент отражения поверхности (см. стр 236).
Диффузно отражающая поверхность имеет одинаковую яркость во всех направлениях.
Часто в качестве единицы (нестандартной) для измерения и расчета яркости отражающих свет поверхностей применяется апостильб (асб).
1 асб — яркость абсолютно белой диффузно отражающей поверхности, имеющей освещенность, равную 1 лк\
1 асб = — кд/м2 = 0,318 кд/м2.
71
Для определения яркости диффузно отражающей поверхности в апо- стильбах достаточно умножить освещенность этой поверхности в люксах на ее коэффициент отражения.
В табл. VI-5 приведены соотношения между различными встречающимися в литературе единицами яркости.
Т а б л и ц a VI-5 Переводные множители для различных единиц яркости
|
Количество освещения (экспозиция) — произведение освещенности на время освещения:
Н = Et.
Единицей для измерения количества освещения является люкс- секунда (лкс).
1 лк с — количество освещения, создаваемое освещенностью 1 лк в течение 1 с. *
Световая отдача (источника света) —: отношение полного светового потока, излучаемого источником света, к его полной мощности:
71 — Р '
Единицей для измерения световой отдачи является люмен на ватт (пм/Вт).
1 лм/Вт — световая отдача такого источника света, который на 1 Вт потребляемой полной мощности излучает световой поток 1 лм.
Иногда в потребляемую мощность включают кроме мощности, потребляемой самим источником света, также и мощность, потребляемую необходимыми для него дополнительными устройствами, такими, например, как балласт у газоразрядных источников света. Это позволяет более правильно сравнивать между собой различные источники света с позиций их экономичности.
Цвет — характеристика зрительного ощущения, позволяющая наблюдателю распознавать качественные различия излучений, обусловленные разным спектральным составом света. Цветом источника света или предмета является характеристика светового стимула, создающая упомянутое зрительное ощущение.
Цветовой тон — свойство зрительного ощущения, определяемое словами: «синий», «зеленый», «желтый» и т. п. (см. табл. VI-1). Психофизиологически это свойство близко соответствует колориметрической величине — доминирующая длина волны.
Свет сложного спектрального состава имеет цветовой тон, зависящий от преобладания энергии тех или иных длин волн в излучении. Ориентировочно цветовой тон сложного излучения определяется доминирующей длиной волны, т. е. той длиной волны, которая расположена в центре тяжести кривой спектрального распределения энергии.
Насыщенность — свойство зрительного восприятия, позволяющее оценивать пропорцию чистого хроматического (спектральногр или пурпурного) цвета, заключающуюся в полном цветовом ощущении. Психофизиологически это свойство близко соответствует колориметрической величине — чистота цвета.
В своей совокупности цветовой тон и чистота составляют качественную характеристику цвета, называемую цветностью.
Цвета, обладающие цветностью, называются хроматическими; цвета, лишенные цветности (чистота равна нулю), называются ахроматическими, или так называемыми серыми.
Светлота — свойство зрительного ощущения, вследствие которого тело кажется пропускающим или рассеивающим более или менее значительную часть падающего на него света. Психофизиологически это свойство близко соответствует фотометрической величине — коэффициент яркостиярк «вдовым ТОНОМ, ЧИСТОТОЙ ВИДИМЫ свдета МОЖНО получить искусственно, смешивая в различных количествах и пропорциях три одних и тех же основных цвета. В качестве основных берутся три любых независимых
Рис. Vl-З. Цветовой график в Международной колориметрической |
системе х„ у, г |
П |
™ьныхОДИН И3 К°ТОРЫХ НС М°ЖеТ бЫТЬ ПОЛучен гением двух
В Международной системе колориметрии выбраны цвета: красный (R) с длиной волны 700 нм, зеленый (G) с длиной волны 546,1 нм, синий (В) с длиной волны 435,8 нм. Взятые в определенных пропорциях с учетом спектральной чувствительности глаза, эти три цвета позволяют получить белый ивет. Пользуясь этим, можно построить цветовой равносторонний треугольник, в вершинах которого располагаются основные цвета R, G, В, в центре — белый цвет, а цвета, получаемые смешением двух из основных без участия третьего, располагаются по сторонам треугольника. Всякий цвет, получаемый сочетанием всех трех основных цветов, изобразится на диаграмме точкой, лежащей внутри треугольника. Однако в таком треугольнике умещаются не все реальные цвета и для определения некоторых из них, в частности чистых спектральных, пришлось бы использовать отрицательные коэффициенты у количеств /?, G или В. Поэтому Международная комиссия по освещению ввела систему условных, связанных с R, G, В цветов X, У, Z,при использовании которых получается цветовой график, показанный на рис. VI-3.
В середине графика расположен белый цвет Е, вдоль линии спектральных цветов указаны длины волн в нанометрах. На прямых, соединяющих белый цвет Е с спектральными цветами, располагаются цвета, получаемые смещением спектральных цветов с белым, т. е. цвета с разной чистотой. Для облегчения расчетов на графике нанесены кривые линии одинаковой чистоты цвета от 10 до 90%; последнее значение (100%) находится на кривой спектральных цветов.
Вдоль прямой линии чистых пурпурных цветов указаны значения длин волн (со штрихом) цветов, дополнительных к соответствующим пурпурным цветам.
Колориметрические приборы позволяют определить координаты цветности х, у и z, которые в сумме равны единице:
x + y + z= 1.
Откладывая на цветовом графике значения х и у, находят точку цветности данного цвета.
Проводя прямую из точки белого цвета Е через найденную точку до пересечения с линией спектральных цветов, находят цветовой тон а по кривым одинаковых значений чистоты — чистоту цвета.
В советской кинематографии для оценки спектрального состава освещения при цветной киносъемке применяется его характеристика по цветофотографическому балансу. Этот способ основан на определении соотношения эффективных энергий в трех цветофотографических зонах спектра, т. е. в зонах, соответствующих кривым спектральной чувствительности трех слоев цветной негативной кинопленки (рис. VI-4). Соответствующие спектральные зоны характеризуются доминирующими длинами волн 416, 545 и 637 нм.
Спектральный состав освещения характеризуется двумя коэффициентами цветофотографического баланса в виде двух отношений:
Для каждого цвета можно подобрать такой другой цвет, в смеси с которым он дает белый цвет[3]. Такие цвета называются взаимно дополнительными. Примерами подобных комбинаций являются, например, пары, используемые в цветном фотографическом процессе: синий и желтый, зеленый и пурпурный, красный и голубой.
Рис. VI-4. Кривые спектральной чувствительности слоев цветной негативной кинопленки: ЛН — сплошная кривая, ДС — пунктирная кривая |
При смешивании недополнительных цветов между собой получаются новые, насыщенность которых меньше, чем у смешиваемых цветов, и тем меньше, чем ближе комбинация смешиваемых цветов к взаимно дополнительным.
В табл. VI-6 приведены цвета смесей некоторых цветов по два.
СВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ
1. ОТРАЖЕНИЕ. ПОГЛОЩЕНИЕ И ПРОПУСКАНИЕ СВЕТА
Если пучок лучей света на своем пути встречает какую-либо среду, отличающуюся от той, в которой он распространялся, то при его вступлении в эту среду помимо известного преломления лучей обычно происходит весьма существенное изменение светового потока.
Таблица VI-6
|
Рис. VI-5. Взаимодействие пучка лучей со слоем вещества |
Цвета смесей цветов по два
X 1-й \ цвет 2-й цвет X |
Желтый |
Зеленовато-желтый |
Зеленый |
Голубовато- зеленый |
Голубой |
Синий |
Фиолетовый |
Красный |
Оранжевый |
Золотисто- желтый |
Белесовато- желтый |
Белый |
Беловато- розовый |
Темно- розовый |
Пурпурный |
Оранжевый |
- |
Желтый |
Желтый |
Беловато- желтый |
Белый |
Бело-розовый |
Темно-розовый |
Желтый |
- |
- |
Зеленовато-желтый |
Беловато- зеленый |
Беловато- зеленый |
Белый |
Беловато- розовый |
Зеленовато -желтый |
- |
- |
- |
Зеленый |
Беловато- зеленый |
Беловато- зеленый |
Белый |
Зеленый |
- |
- |
- |
- |
Голубовато-зеленый |
Аквамариновый |
Беловато- синий |
Голубовато-зеленый |
|
- |
- |
- |
- |
Аквамариновый |
Аквамариновый |
Голубой |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Синий |
У границы слоя S (рис. VI-5) происходит зеркальное отражение части лучей О. Направление этих лучей составляет с перпендикуляром к поверхности слоя угол /, равный углу, образованному падающими
S
лучами П («угол падения равен углу отражения»), и лежит в одной плоскости с перпендикуляром и падающими лучами.
Световой поток в падающем пучке Я равен Fn2LR. В направленно отраженном пучке поток равен FH отр Отношение
F
о = _______________________ 0ТР
гг — р
гпад
называется коэффициентом направленного, или зеркального, отражения.
Значение коэффициента рг зависит от материала слоя и от угла падения пучка /. Для большей части веществ (стекла, воды, льда и др.) коэффициент рг увеличивается с углом i и только для полированного металла он практически одинаков при всех углах падения.
Световой поток, который не отразился от поверхности, т. е. ^пад — ^н.отр., входит в слой и вступает во взаимодействие с веществом.
Возникают два новых явления:
а) поглощение света с превращением его энергии в новые виды (тепловую, химическую). Если поглощенный световой поток Fa , то отношение
Ра
гпад
называется коэффициентом поглощения;
б) рассеяние света по всем направлениям в результате взаимодействия с частицами вещества. Рассеянный свет выходит из слоя Sнаружу, причем часть его Р, выходит в сторону, откуда падает свет /7, а другая часть Р2 — с противоположной стороны пластинки.
Если световой поток Р, обозначить через Fp. отр., то отношение
F
р.отр
Р«/ = —---------------------------------
гпад
называется коэффициентом рассеянного, или диффузного, отражения. Раньше для этого коэффициента применяли термин альбедо, т. е. «белизна», так как, чем больше света рассеивает пластинка, тем она кажется белее. В настоящее время термин альбедо в научной литературе не применяется.
Световой поток Р2 обозначают через Fp пр, и отношение
F
н. пр = ——>
г пад
называется коэффициентом направленного пропускания.
Сумма коэффициентов направленного и рассеянного отражения:
Р = Рг + ?d »
носит название коэффициента отражения.
Сумма коэффициентов направленного и рассеянного пропускания:
т = Тг + rd ,
носит название коэффициента пропускания.
Сумма коэффициентов отражения, поглощения и пропускания для каждого данного тела равна единице:
а рассмотренные выше составляющие светового потока в сумме равны падающему световому потоку:
Fн. отр F[4] Fр. отр ^р. пр + ^Н. Пр = ^пад •
Редко бывает, чтобы все пять составляющих преобразованного средой потока одновременно играли существенную роль.
Если пропущенные световые потоки FHnp и Fy. пр равны нулю, то слой непрозрачен.
Если направленно пропущенный световой поток Fn пр = 0, но рассеянный поток Fp. пр проходит, то слой называется просвечивающим. К просвечивающим материалам относятся, например, бумага, ткани, матовое и молочное стекло и др.
Если рассеяние ничтожно мало, т. е. Fр. пр близок к нулю, а направленный свет проходит, то слой называется прозрачным. К прозрачным материалам относятся, например, стекло, чистая вода, другие жидкости.
В последнем случае и отражаемый рассеянно световой поток Fp. отр исчезающе мал, а направленно отражаемый световой поток FH. отр может оказаться существенным. Коэффициент направленного отражения у прозрачных тел зависит от показателя преломления п и угла падения света на поверхность. При перпендикулярном падении света формула Френеля для определения коэффициента отражения такого слоя имеет вид:
/ п — 1 \а р=(—)•
Для некоторых материалов в табл. VI-7 приведены данные о показателе преломления и коэффициенте отражения.
Последняя формула и табл. VI-7 действительны для случая, когда вещество находится в пустоте (п = 1) или в воздухе, у которого показатель преломления очень близок к единице (п = 1,000292). Если
Таблица VI-7 Связь между показателем преломления и коэффициентом отражения
|
показатель преломления обеих граничащих сред отличается от единицы, то коэффициент направленного отражения на границе сред определяется относительным показателем преломления:
\ П2 + пх /
и оказывается ниже, чем для случая вступления луча в среду из пустоты или воздуха[5].
Зависимость коэффициента направленного отражения описанного типа от угла падения луча на поверхность раздела воздух — стекло (п= 1,6126) показана на рис. VI-6.
Можно видеть, что до углов падения 45—50° влиянием угла падения можно практически пренебречь.
Показатель преломления в пределах видимого спектра от длины волны изменяется сравнительно мало, поэтому практически неизменным остается и монохроматический коэффициент отражения р^. Этим объясняется отсутствие изменений цвета лучей света, отражаемых цветными стеклами.
Рассмотренное направленное отражение прозрачных веществ часто называют стеклянным отражением.
Для непрозрачных веществ интерес представляют направленно отраженный и рассеянно отраженный световые потоки F„ 0Тр. и /£.0тр. Если Fp Отр.= 0, то отражение называется металлическим (полирован-
Рис. VI. Кривая зависимости коэффициент*-отражения угла падения луча на поверхность раздела воздух — стекло |
ные металлы). В отличие от стеклянного отражения коэффициент отражения здесь практически не зависит от угла падения луча света, но отражательная способность может довольно сильно зависеть от длины волны.
Вещество, которое отражает свет только рассеянно (FH отр = 0 ), называют матовым, или диффузно отражающим.
Если оба световых потока — направленно отраженный и рассеянно отраженный F^ 0Тр и — играют заметную роль, то отражение
называют смешанньш; оно характерно для так называемых глянцевых предметов — эмали, глазурованного фарфора, лакированного дерева, молока, полированного камня.
Существенно важно соотношение между рассеянными потоками ^р. отр. + F р. Пр и поглощенным потоком Fa. Если преобла
дает рассеяние, то материал оказывается светлым, белым (пар, облака, мел). Если преобладает поглощение, то вещество будет темным (тушь, каменноугольный дым, сажа).
В некоторых случаях, например при определении пропускания проявленных фотографических слоев или светофильтров, пользуются* понятием оптической плотности D.
Оптическая плотность — десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания:
Ј> = lg— .
В табл. VI-8 приведены величины для перевода значений оптической плотности в соответствующие им значения коэффициента пропускания.
Таблица VI-8 Переход от оптической плотности D к коэффициенту пропускания т
ние таблицей: в вертикальном столбце под обозначением D даны оптические плотности с интервалом 0,1; в верхнем горизонтальном ряду — с интервалом 0,01, под ними — коэффициенты пропускания.
Каждая единица оптической плотности уменьшает значение коэффициента пропускания т в десять раз.
D |
- |
|
0,63 |
0,2344 |
23,4 |
1,63 |
0,0234 |
2,3 |
2,63 |
0,0023 |
0,2 |
3,63 |
0,0002 |
0,02 |
Часто оказывается необходимым определить по известному коэффициенту пропускания величину оптической плотности. Для облегчения этой операции приведена табл. VI-9. Здесь в вертикальном столбце под обозначением г даны коэффициенты пропускания с интервалом, 0,1; в верхнем горизонтальном ряду — с интервалом 0,01, под ними — оптические плотности.
При измерении оптических плотностей почернений проявленного фотографического слоя в зависимости от условий измерения могут быть получены различные результаты. Это явление, обязанное особенностям строения фотографического слоя (непрозрачные зерна металлического серебра, распределенные в прозрачной желатине), известно
Таблица VI-9 Переход от коэффициента пропускания т к оптической плотности D под названием эффекта Каллье, который характеризует собой степень рассеяния света фотографическим слоем.
Принято различать:
регулярную оптическую плотность D„ — оптическую плотность почернения, освещаемого параллельным световым пучком, при условии учета лишь той доли прошедшего сквозь почернение пучка, которая не изменила своего направления:
тг
интегральную оптическую плотность — оптическую плотность почернения, освещаемого параллельным световым пучком, при условии учета всего прошедшего сквозь почернение пучка:
Д = 1к-
х
диффузную оптическую плотность — оптическую плотность почернения, освещаемого идеально рассеянным световым пучком.
Для одного и того же почернения проявленного фотографического слоя
называется коэффициентом Каллье. |
и отношение регулярной оптической плотности к диффузной оптической плотности того же почернения
|
Помимо рассмотренных случаев чисто направленного, чисто рассеянного и смешанного отражения или пропускания света материалами часто встречается направленно-рассеянное отражение или, соответственно, пропускание света. Эти случаи являются частными случаями чисто рассеянного (диффузного) отражения или пропускания света.
При чисто рассеянном (диффузном) отражении или пропускании световой поток, падающий в пределах небольшого телесного угла, отражается или пропускается в пределах телесного угла, равного 2 к (рис. VI-7). Яркость поверхности, отражающей или пропускающей свет, постоянна по всем направлениям полупространства и не зависит от направления падения света на поверхность. Принято говорить, что эта поверхность подчиняется закону Ламберта.
|
Рис. VI-7. Рассеянное пропускание (а) и отражение (б) света |
Рис. VI-8. Направленно - рассеянное . пропускание (а) и отражение (б) света |
При направленно-рассеянном отражении или пропускании света отраженный или пропущенный световой поток концентрируется в телесном угле, большем, чем телесный угол, в котором распространялся падающий световой поток, причем направление оси телесного угла отраженного или пропущенного потока соответствует закону зеркального отражения или направленного пропускания (рис. VI-8).
Направленно-рассеянно отражающая или пропускающая поверхность имеет яркость, различную в различных направлениях. Для учета действительного распределения яркости введено понятие о коэффициенте яркости га , являющемся отношением фактической яркости Ва отражающей или просвечивающей поверхности в заданном направлении, определяемом углом а, к яркости В/ идеально рассеивающей и абсолютно отражающей ( Р = 1) или пропускающей ( т = 1) поверхности, имеющей ту же освещенность:
Для направленно-рассеянно отражающих поверхностей, таких, как, например, окрашенные алюминиевой краской, коэффициент яркости в
9-951
направлении максимального отражения колеблется от 2—3 до 6—8; у структурных альзакированных поверхностей отражателей киноосветительных приборов коэффициент яркости составляет 4—8; у экрана фронтпроекции он доходит до 500—800. Направленно-рассеивающие пропускающие материалы, такие, как, например, матированные стекла, могут иметь коэффициенты яркости от 3—4 до 8—12 при грубой матировке и до 80—100 при тонкой матировке; материалы для экранов рир- проекции имеют коэффициенты яркости в пределах от 2—3 до 5—6.
Для чисто диффузной поверхности коэффициент яркости одинаков для всех направлении п численно равен коэффициенту отражения или, соответственно, коэффициенту пропускания.
В табл. VI-10, VI-11, VI-12 приведены световые характеристики некоторых материалов, применяемых в качестве отражателей осветительных приборов, отражательных подсветов, экранов и др.
Таблица VI-10 Коэффициенты отражения полированных металлов (направленное отражение)
|
Важную роль в технологии съемочного освещения играют свето- рассеивающие и светопоглощающие просвечивающие материалы, применяемые для изготовления насадок на осветительные приборы.
К таким материалам относятся светорассеивающие стекла (глуше- ные и матированные), некоторые пластикаты и ткани.Таблица V1-12
Коффициеиты отражения практически диффузно
Окись магния Сернокислый барий Окись цинка Двуокись титана
Эмаль светотехническая белая (на базе алюмината цинка): теплостойкость 100?С — № 2 теплостойкость 225°С — № 11 теплостойкость 125°С — №
Бело-матовый экранный материал Матовая белая фарфоровая эмаль Белая клеевая краска Глушеные (молочные) силикатные стекла содержат микрочастицы белого пигмента, показатель преломления которого отличается от показателя преломления самого стекла. Глушеные стекла могут быть сплошными и накладными. Они часто обладают и направленным пропусканием света, что отличает их от матированных стекол.
Рассеяние света матированными стеклами зависит от характера матирования поверхности, от показателя преломления и практически не зависит от толщины.
Пленочные рассеиватели (пластикаты), рассеивая, как глушеные стекла, могут также иметь матированную поверхность. Их термостойкость обычно невелика.
Ткани, практически не обладая рассеивающими свойствами, применяются в качестве поглотителей. Необходимо указать, что величины т , р и а матированных стекол несколько изменяются в зависимости от ориентировки матированного слоя. Так, если матированный слой обращен к источнику света, то коэффициент пропускания т несколько повышается, а коэффициенты отражения р и поглощения а соответственно уменьшаются. Обычно, однако, ориентировку матированных стекол выбирают, исходя из условий обеспечения минимального загрязнения матированного слоя.
В табл. VI-13 и VI-14 приведены сводные данные по светотехническим характеристикам материалов и естественных образований.
2. СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ОТРАЖАЮЩИХ И ПРОПУСКАЮЩИХ СВЕТ МАТЕРИАЛОВ
Большинство материалов отражает или пропускает ,свет селективно, т. е. не одинаково для световой энергии различных длин волн. Отражательная способность поверхности для каждой длины волны характе-
Таблица VI-I3
Коэффициенты пропускания, отражения и поглощения света различными материалами, применяемыми в качестве рассеивателей и поглотителей
|
ризуется определенной постоянной величиной, называемой спектральным коэффициентом отражения , показывающим, какая доля падающей лучистой энергии с этой длиной волны отражается. Точно так же характеризуются спектральным коэффициентом пропускания г ^ свойства среды в отношении пропускания ею света.
У нейтрально-серых (в том числе черных и белых) поверхностей и пропускающих свет сред величины р^и тя практически не изменяются в зависимости от длины волны.
Цвет поверхности или пропускающей свет среды зависит не только от спектральных коэффициентов отражения или пропускания, но и от спектрального состава света.
Для оценки спектральных свойств материалов строятся спектральные характеристики отражения или пропускания света этими материалами, представляющие собой кривые, построенные в прямоугольной системе координат, у которой по оси абсцисс отложены длины волн
Таблица VI-14
Коэффициенты отражения часто встречающихся поверхностей объектов съемки
Отражающей поверхность |
Коэффициент отражения |
Отражающая поверхность |
Коэффициент отражения |
Снег свежевыпавший |
0,99 |
[1 Песок красный |
0,10 |
Снег средней свежести |
0,90 1 |
Песок белый мокрый |
0,08 |
Снег лежалый и таюший |
0,60—0,80 j |
Бетон |
0,20—0,30 |
Бумага белая |
0,75-0,85 |
Кирпич белый |
0,35 |
Краска клеевая белая |
0,70-0,80 |
Кирпич красный |
0,20 |
свежая |
|
Галька белая сухая |
0,32 |
Краска масляная или |
0,58-0,65 |
Шоссе сухое |
0,32 |
эмалевая белая |
|
Дорога грунтовая сухая |
0,20—0,21 |
Краска клеевая белая не |
0,65—0,70 |
Булыжная мостовая сухая |
0,20 |
свежая |
|
Шоссе мокрое |
0,11 |
Алюминий оксидирован |
0,70-0,751 |
Мостовая асфальтовая су |
0,10—0,12 |
ный |
|
хая |
|
Алюминиевая краска |
0,50-0,60 |
Булыжная мостовая мок |
0,09 |
Ткань полотняная белая |
0,55-0,70 |
рая |
|
Шелк белый |
0,35—0,40 |
Мостовая асфальтовая |
0,07 |
Ткань хлопчатобумажная |
0,30—0,35 |
мокрая |
|
белая |
|
Почва полевая сухая |
0.10-0,15 |
Ткани темные (серые и |
0,05-0,08 |
Почва полевая мокрая |
0,06-0,08 |
цветные) |
|
Лес лиственный в осен |
0,15 |
Кожа человека светлая |
0,35-0,40 |
нем уборе (желтый) |
|
Кожа лица, в среднем |
0,30 |
Солома |
0,15 |
Кожа человека смуглая |
0,25 |
Степь желтая сухая |
0,10 |
Стены светлых тонов |
0,30 |
Жнивье |
0,10 |
п среднем |
|
Трава свежая |
0,07—0,10 |
Тес сосновый свежий |
0,50 |
Лес лиственный зеленый |
0,07-0,12 |
Тес старый, посеревший |
0,14 |
Лес хвойный |
0,04-0,07 |
Бревенчатия стена |
0,20 |
Моховое болото |
0,05 |
Крыша деревянная (дран |
0,15 |
Пахота чернозем сухой |
0,03-0,05 |
ка) |
|
Пахота чернозем сырой |
0,02 |
Известняк светлый |
0,40 |
Черная бумага |
0,04-0,06 |
Песок белый сухой |
0,35 |
Черное сукно, шерсть |
0,04-0,05 |
Песок желтый сухой |
0,15 |
Черный бархат |
0,005—0,04 |
|
|
Сажа |
0,002—0,04 |
видимого света, иногда с частичным включением зон ультрафиолетового (короче 400 нм) и инфракрасного (длиннее 700 нм) излучения. По оси ординат откладываются значения спектрального коэффициента отражения или пропускания, в некоторых случаях они выражаются в значениях оптической плотности.
Приведение всего многообразия спектральных характеристик отражения и пропускания всех возможных материалов, встречающихся в практике работы кинооператора, невозможно, поэтому в Справочнике приведены данные лишь по наиболее характерным материалам: некоторым природным образованиям, металлам, цветным стеклам и краскам.
Рис. VI-9. Спектрофотометрическая классификация природных образовании
ПРИРОДНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ
Результаты измерений спектральных коэффициентов яркости различных природных образований позволили В. Н. Кринову разработать спектрофотометрическую классификацию этих природных образований.
Все полученные спектральные кривые разбиты по их характеру на три класса, каждый из которых в свою очередь подразделен на три- четыре типа.
Класс I объединяет кривые, постепенно поднимающиеся от фиолетового к красному концу спектра. Кривые этого класса характерны для различных обнажений, почв, строений, а также для разнообразных засохших растительных покровов.
Класс II объединяет кривые, обладающие максимумом отражения X около 560 нм9 и повышенной отражательной способностью во всей инфракрасной области спектра. Кривые этого класса характерны для растительных образований в период вегетации.
Класс III объединяет кривые, противоположные кривым класса I, т. е. имеющие подъем в направлении от красного к фиолетовому концу спектра. Кривые этого класса характерны для снегового покрова и водной поверхности. К этому же классу относятся также кривые с практически нейтральным распределением по спектру.
На рис. VI-9 приведены типовые кривые для всех классов.
МЕТАЛЛЫ
Полированные металлы, применяемые в качестве отражателей осветительных приборов и так называемых отражательных подсветов, весьма селективно отражают световую энергию различных длин волн. С увеличением длины волны коэффициент отражения обычно возрастает, в ультрафиолетовой области отражательная способность часто сильно падает, особенно это заметно у серебра; в инфракрасной части спектра коэффициент отражения у таких металлов, как серебро, никель, медь, золото, практически одинаков и при длинах волн 9—14 мкм составляет 0,96—0,99. Только у алюминия он несколько ниже — 0,88—0,90.
Рис. VI-10. Спектральные характеристики отражения полированных ме1ал.юв: / -серебро; 2 - алюминий; 3 — золото; 4 — медь; 5 - хром; 6 - никель |
На рис. VI-10 показаны спектральные характеристики отражения полированных металлов в интервале длин волн от 200 до 800 нм.
ЦВЕТНЫЕ СТЕКЛА
Типы стекол
Отечественная промышленность выпускает большое количество различных типов цветных стекол, которые используются в технике киносъемки. Особенно большое применение находят цветные стекла в специальных видах киносъемки, используемых при создании научных и учебных фильмов и для научно-технических исследований.
В настоящем разделе Справочника приведены некоторые данные по характеристикам цветных стекол.
Каждому стеклу присвоена марка, состоящая из двух или трех букв и номера. Первая или две первые буквы являются начальными буквами наименования цвета, а последняя, одинаковая для всех стекол буква С, является начальной буквой слова «стекло». Таким образом, СС1 означает «синее стекло первое», а СЗС14 — «сине-зеленое стекло четырнадцатое».
Группы стекол по цветам имеют следующие наименования: ультрафиолетовые (УФС), фиолетовые (ФС), синие (СС), сине-зеленые (СЗС), зеленые (ЗС), желто-зеленые (ЖЗС), оранжевые (ОС), красные (КС), инфракрасные (ИКС), пурпурные (ПС), нейтральные (НС), темные (ТС) и белые стекла (БС).
Характеристики некоторых цветных стекол
Черные ультрафиолетовые стекла УФС1, УФС2, УФС5, УФС6, УФС8 (рис. VI -11)[6]. Стекла применяются в основном при научной киносъемке для выделения определенных областей ультрафиолетовой частиспектра. Стекло УФС8, термически устойчивое, используется также и на осветительных приборах при люминесцентной комбинированной киносъемке.
|
Ультрафиолетовая j 8 8 |
Видимая Инфракрасная |
Синие стекла СС4, СС5, СС8, СС9 (рис. VI-12). Стекла СС4 или СС8 применяются в копировальных аппаратах цветной аддитивной печати; СС5 — при трехцветной аддитивной проекции; СС9 — используется как компенсационный ЛН-ДС (3200—5500 К)
Ультрафиолетовая |
Видимая |
Инфракрасная ' ' 8 8 8 8
Сине-зеленые стекла СЗС7, СЗС8, СЗС17, СЗС22 (рис. VI -13). Стекло СЗС17 с фильтром ПС14 превращает источник А в источник 3200 К, а с
|
Ультрафиолетом.»н |
Видимая |
Инфранрасная |
фильтрами ПС5 и ПС 14 — источник А в источник В (4800 К) или 0(6500 К) Стекло СЗС8 с фильтрами ПС5 и ПС 14 превращает источник А в источник дневного света (5500 К), в источник 15 ООО К (северное небо) или в «космический» солнечный свет (свет вне атмосферы). Стекло СЗС22 вместе с ФС7 — сенситометрический синий.
Сине-зеленые стекла СЗС16, СЗС24, СЗС25, СЗС26 (рис. VI-14). Теплозащитные стекла. Стекло СЗС16 термически устойчивое.
|
Ультрафи- олстооан |
Зеленые стекла ЗС8, ЗС10, ЗС11 (рис. VI-15). ЗС8 при толщине 1,9 мм в комбинации с ЖЗС18 (2,1 мм) приводит кривую чувствительности селенового фотоэлемента к кривой спектральной чувствительности глаза. ЗС10 выделяет область 500—600 нм. ЗС11 — применяется при трехцветной аддитивной проекции.
|
Видимая |
Инфракрасная |
Желто-зеленые стекла ЖЗС5, ЖЗС10, ЖЗС18 (рис. VI-16). ЖЗС5 и ЖЗС10 при черно-белой съемке «высветляют» зелень при «притемне- нии» неба; ЖЗС18 при толщине 2,1 мм в комбинации с ЗС8 (1,9 лш) приводит спектральную чувствительность селенового фотоэлемента к кривой спектральной чувствительности глаза.
Ультрафиолетовая |
0,1 |
Видимая |
Инфракрасная |
8 8 8 § е 8 8 8 |
Too з MM<D © |
Желтые стекла ЖСЗ, ЖС4, ЖС12, ЖС17,
ЖС18* (рис. VI-17). ЖСЗ при черно-белой съемке снижает влияние слабой дымки;
ЖС4 — поглощает ультрафиолетовую часть спектра, в частности при черно- белой
съемке в горах; ЖС12 — «слабый желтый» светофильтр при черно-белой съемке; ЖС17
— «средний желтый» при черно-белой съемке; ЖС18 — «плотный желтый» при
черно-белой съемке; сенситометрический желтый; в комбинации с СЗС22
применяется в копировальных аппаратах цветной аддитивной печати.
фильтры для цветной натурной съемки на пленке типа J1H; ОС 12 — «средний оранжевый» светофильтр при черно-белой съемке; ОС 14 — «плотный оранжевый» при черно-белой съемке.
Красные стекла КС11, КС14, КС19 (рис. V1-19). КС11 используется в копировальных аппаратах цветной аддитивной печати; «слабый красный» светофильтр — при черно-белой съемке и при трехцветной аддитивной проекции; КС14 — сенситометрический красный светофильтр; «плотный красный» светофильтр — при черно-белой съемке; КС 19 — выделяет области 700—2800 нм.
Видиман
Инфракрасная |
Пурпурные стекла ПС5, ПС8, ПС14 (рис. VI-20). ПС5 в комбинации с 'ПС14 и СЗС17 превращает источник А в источники В и С и источник дневного света 5500 К; комбинации ПС5, ПСИ и СЗС8 превращают источник А в источник 15 000 К (северное небо) или в «космический» солнечный свет; ПС8 поглощает область 500—550 нм Инфракрасные стекла ИКС служат для избирательного выделения зон инфракрасного излучения, в основном при научной киносъемке. Нейтральные стекла НС используются для равномерного по всему видимому спектру ослабления света. Белые стекла БС применяются для получения избирательного пропускания излучения в разных зонах ультрафиолетовой части спектра, в основном при научной киносъемке. Стекла БС11, БС14 и БС15 пропускают и инфракрасное излучение.Некоторые свойства цветных стекол
От варки к варке спектральные свойства цветных стекол несколько изменяются. Допустимые отклонения нормируются ГОСТом 9411-66 и Техническими условиями. Для точных расчетов, например, комбинированных светофильтров, преобразующих нормированное распределение энергии или цветовую температуру одних источников света в другие, необходимо определять характеристики стекол путем непосредственных измерений.
Под влиянием нагрева спектральное поглощение многих стекол изменяется, а при охлаждении, как правило, восстанавливается. Общим для всех стекол является смещение при нагревании коротковолновой границы и полос поглощения в область более длинных волн, размывание полос поглощения и увеличение плотности в минимумах. В некоторых случаях эти изменения весьма значительны. Например, оптическая плотность стекол типа СЗС20—СЗС25 в зоне минимального пропускания инфракрасных лучей при нагреве до 400°С падает приблизительно в два раза.
Граница поглощения желтых, оранжевых и красных стекол при повышении температуры на каждые 100°С смещается на 10—15 нм. Особенно сильно смещается граница у темно-красных стекол. Это следует учитывать при использовании стекол для светофильтров на источниках света.
У некоторых стекол, в частности марок УФС, под влиянием длительного ультрафиолетового облучения может изменяться их спектральное поглощение в ультрафиолетовой части спектра в сторону увеличения. Специальной термообработкой можно прозрачность этих стекол восстановить почти полностью.
Стекла изготовляются в виде плиток стандартных размеров 40 x 40 и 80x80 мм разной толщины; по специальному заказу могут быть изготовлены другие размеры и формы.
Технические условия на качество стекол для большинства марок установлены ГОСТом 9411-60.
НРАСКИ
При совместной работе с художником фильма по декорациям и костюмам кинооператор встречается с необходимостью оценки свойств различных красок.
В табл. VI-15 приведены основные данные по цветам наиболее часто встречающихся красок. Сведения относятся к цвету вы красок на бумаге клеевыми красками.
На рис. VI-21 приведены спектральные характеристики отражения некоторых непрозрачных красок.
При смешивании различных непрозрачных красок обычно получаются цвета, которые в какой-то степени можно предвидеть. В табл. VI-16 приведены данные о результатах смешения некоторых из наиболее часто встречающихся красок по две.
Таблица V1-15 Характеристики цветов некоторых красок
|
Табл. VI -16 может служить целям лишь самой общей ориентировки, так как словесное определение цветов крайне неточно. Краски одного и того же наименования бывают несколько различными по цвету и цвет красочной смеси зависит от пропорций смешения красок. Тем не менее кинооператору она может оказаться полезной при обсуждении с художником эскизов декораций фильма.
Наибольшее количество разных цветов получается из крапп-лака (кармина), желтого кадмия (хрома) и берлинской лазури. Художники часто называют эти краски основными. К ним также следует отнести белила, так как белый цвет получить из смеси (субтрактивной) каких бы то ни было иных красок нел&зя.
МИНОГРИМЫ
Основным объектом съемки в художественном и хроникальном кинематографе является человек и, в частности, его лицо.
Поверхность сухой кожи человека отражает свет практически диффузно. Коэффициент отражения белой кожи лица колеблется в пределах от 0,2 до 0,4 и составляет в среднем 0,3 при спектральной характеристике отражения, подобной показанной на рис. VI-22.
Для получения естественного тона и цвета лица, скрытия дефектов кожи и создания определенных внешних образов в художественном кинематографе применяются гримировальные краски, представляющие собой смеси различных пигментов в жидкой или вязкой жировой основе и наносимые на открытые участки поверхности кожи актеров слоями различной толщины характеристики отражения некоторых непрозрачных красок Смешение красок
Киностудией «Мосфильм» разработаны и выпускаются следующие гримы, используемые на всех киностудиях СССР: Гримы для съемки цветных фильмов:
общие тона (фоновой грим) имеют номера от 101 (самый светлый) до 110 (самый темный), ИЗ и 121, а также 125, 126, 127, 128, 131, 137, 141, 146 — для съемки при свете ламп накаливания (несколько более холодного тона);
оттеняющие краски имеют номера от 14 до 26: 14 — белая; 15 — желтая; 16 — серая; 17 — красная; 18 — светло-коричие- вая; 19 — темно-коричневая; 20 — темно-синяя; 21 — черная; 22 — зеленая; 23 — серо-зеленая; 24 — голубая; 25 — светло-синяя; 26 — серебряная;
морилка (жидкая краска для тела) имеет номера от 101 до 111 и 125, 126 — для съемки при свете ламп накаливания. С такими же номерами выпускаются прессованный и эмульсионный гримы;
дермографические карандаши имеют номера от 1 до 6 следующих цветов: 1 — красный; 2 — алый; 3 — зеленый; 4 —
синий; 5 — коричневый; 6 — черйый;
губная помада имеет номера 130 (самый светлый), 133, 135 и 138 (самый темный) нескольких различных цветовых тонов;
тушь для ресниц — синяя, коричневая, черная, белая; пудра бесцветная. Гримы для съемки черно-белых фильмов:
общие тона (фоновой грим) имеют номера от 1 (самый светлый) до 12 (самый темный) и 13 (специальный тон);
морилка (жидкая краска для тела) имеет номера от 1 до 12 и 13 (специальный тон). Оттеняющие краски, дермографические карандаши, губная помада, тушь для ресниц и пудра такие же, как и для цветных фильмов.
400 450 500 550 600 650 700 Длина волны, нм Кожа человека |
Рис. VI-22. Спектральные характеристики отражения белой кожи лица |
Кроме перечисленных изделий выпускаются: гуммоз, имитация крови, сандарачный лак, лак для зубов, лак для губ, лак для подтяжки носа, лак для закрепления прически, паста для заделки дефектов кожи, паста для небритости, паста для старческой фактуры, бланкет для вытравливания волос, краска для недельной окраски волос.РАЗДЕЛ VII
ИСТОЧНИНИ СВЕТА И ЕСТЕСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
Основными видами искусственных источников света, применяемых при киносъемках, являются: электрическая угольная дуга, лампы накаливания и газоразрядные лампы
Основные электрические характеристики источника света: род тока, рабочее напряжение, сила тока или потребляемая мощность, схема включения.
Основные световые характеристики: величина светового потока, световая отдача (светоотдача), характер светораспределения в пространстве, спектральная характеристика, срок службы.
Большое значение имеют эксплуатационные характеристики, такие, как продолжительность разгорания, стабильность, бесшумность, безопасность, рабочее положение, наличие или отсутствие необходимости в принудительном охлаждении и т. п.
Величина светового потока источника света характеризуется количеством люменов, отдаваемых источником в нормальных условиях. Значения светового потока указываются, как средние величины для номинального напряжения или силы тока, на которые рассчитан источник света.
Светоотдача — показатель экономичности источника света и характеризуется отношением его светового потока к потребляемой им электрической мощности. Светоотдача выражается в люменах на ватт (.ом/Вт).
Источник света в различных направлениях обычно излучает свет различной интенсивности. Когда светораспределение источника света
10-951
представляется для какой-либо плоскости, например горизонтальной или вертикальной, графически в системе прямоугольных или, чаще, полярных координат, сила света в определенных направлениях обозначается векторами, концы которых соединяются плавной кривой, носящей название кривой светораспредедения. Источник света помещается в начале координат.
Спектральные свойства источника света чаще всего определяются кривой распределения энергии по спектру, т. е. спектральной характеристикой:; для некоторых «температурных» источников света — цветовой температурой (см. стр. 222).
В отечественной кинематографии применяется разработанный НИКФИ метод оценки спектральных свойств источников света по цветофотографическому балансу с использованием двух коэффициентов, а для «температурных» источников света — по цветографической температуре (см. стр. 351).
Срок службы характеризуется средней продолжительностью горения, которая является средним арифметическим из продолжительностей горения ламп из одной партии; по законам статистики около половины ламп перегорают ранее установленного срока, а вторая половина ламп служит дольше. Обычно завод-изготовитель также гарантирует, что ни одна из ламп не должна при правильной эксплуатации перегорать ранее какого-то обусловленного срока, несколько более короткого (около 70%), чем средняя продолжительность гррения.
Для некоторых ламп указывается срок службы, за время которого световой поток снижается не более чем на 20 или 25% от номинального; для других, например металлогалогенных, ламп, критерием является изменение цветовой температуры не более чем на какую-то заранее оговоренную величину.
Для электрической угольной дуги срок службы условно характеризуется скоростью сгорания углей.
Для источников света, применяемых в прожекторах и проекторах, важной световой характеристикой является величина яркости, которая пока еще часто выражается в меганитах СМнт), т. е. кд/м2-106. Обычно указывается величина максимальной яркости, т. е. яркости наиболее сильно светящегося участка (конечных размеров) источника света; для ламп накаливания приводится величина средней габаритной яркости, определяемой, как частное от деления силы света лампы в направлении, перпендикулярном к светящемуся телу, на площадь габарита, включающего данное тело.
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УГОЛЬНАЯ ДУГА
Исторически первым искусственным источником света, использованным для киносъемочного освещения, была электрическая угольная дуга, представляющая собой электрический разряд между двумя угольными электродами в воздухе. Особенность электрической угольной дуги, как и всякого газоразрядного источника света, в том, что при увеличении силы тока ее сопротивление уменьшается, т. е. ее вольтампер- ная характеристика является падающей. Это предопределяет необходимость использования балласта, т. е. последовательно включаемого сопротивления.
Для киносъемочного освещения в настоящее время применяется исключительно дуга высокой интенсивности постоянного тока.
Дугой высокой интенсивности называют особый вид пламенной угольной дуги, положительный уголь которой содержит в фитиле соли металлов группы редких земель (чаще всего фтористый церий). Основными факторами, обеспечивающими эффект высокой интенсивности, т. е. увеличение яркости кратера положительного угля в три-пять раз (в среднем) по сравнению с яркостью кратера так называемой простой угольной дуги, являются:
повышенная плотность тока в положительном угле; соответствующее взаимное расположение положительного и отрицательного углей;
вращение (у мощных дуг) положительного угля вокруг его оси с целью получения правильной формы кратера;
удержание разряда на торцевой части положительного угля. Плотность тока в положительном угле высокой интенсивности составляет у киносъемочных дуг 0,7—0,85 А/мм 2. Угол наклона отрицательного угля к оси горизонтального положительного угля находится в пределах 35—60°.
Вращение положительного угля в киносъемочных дугах высокой интенсивности осуществляется со скоростью от 7—8 до 14—16 об /мин. Для обеспечения хорошего электрического соединения с вращающимся положительным углем последний не имеет омеднения, и ток к нему подводится близко от его рабочего конца через массивные токопро- водящие щетки («щечки») с радиаторными ребрами для обеспечения необходимого естественного охлаждения.
Кратер положительного угля дуги высокой интенсивности имеет повышенную глубину и в процессе горения дуги заполняется парами соединений редких земель, которые под влиянием электрического разряда люминесцируют. На спектр люминесценции накладывается спектр температурного излучения раскаленного тела положительного угля. В результате спектр излучения дуги высокой интенсивности оказывается непрерывным, но имеет пики в отдельных спектральных зонах. Наиболее резко выраженным является так называемый пик циана с преобладающим излучением в области длин волн 390—410 нм. При установке на осветительные приборы с угольными дуговыми лампами специального компенсационного слабого желтого светофильтра (например, ДБ-ДС, см. стр. 314), срезающего упомянутый пик, излучение дуги высокой интенсивности становится довольно близким к среднему дневному свету с цветовой температурой 5000—5500 К .
Добавление в состав фитиля угля некоторых веществ, в частности солей кальция, позволяет получить так называемую желтопламенную (в отличие от обычной, белопламенной) дугу высокой интенсивности. 10*
Кинопрожекторы с желтопламенными углями используют при цветных павильонных съемках на пленках типа J1H совместно с осветительными приборами с лампами накаливания. Применение в этих случаях желтопламенных углей КСЖ с компенсационными светофильтрами ДЖ-JIH (см. стр. 314), срезающими нежелательные пики излучения, несколько более выгодно с точки зрения снижения потерь, чем использование белопламенных углей КСБ с более плотными компенсационными светофильтрами ДБ-JIH (стр. 314). Учитывая, однако, крайне редкое применение дуговых осветительных приборов в павильонах (в основном для эффектов или в очень больших декорациях при нехватке мощных кинопрожекторов с лампами накаливания), на многих советских киностудиях предпочитают пользоваться лишь одним типом углей КСБ, предназначенных для натурных съемок, устанавливая на приборы соответствующие светофильтры.
Световые характеристики дуги высокой интенсивности зависят от силы тока в цепи дуги. Так, при уменьшении силы тока на 10% от номинального значения яркость центральной зоны кратера может снизиться на 15—25%. Одновременно с изменением яркости несколько изменяется и спектральное распределение энергии излучения — при снижении силы тока увеличивается излучение в синей части спектра и уменьшается в зеленой, оранжевой и красной частях.
Световая отдача белопламенной дуги высокой интенсивности очень велика и составляет, без учета потерь мощности на необходимом балластном сопротивлении, 60—65дм/Вт.
Комплекты киносъемочных углей, выпускаемых и применяемых в СССР, имеют обозначения, состоящие из трех букв: первые две — КС — означают «киносъемочные»; третья — Б или Ж — соответственно «белопламенные» или «желтопламенные»; следующие затем цифры: первая — диаметр положительного угля в миллиметрах, вторая — диаметр отрицательного угля в миллиметрах, после черточки — номинальная сила тока в амперах. Характеристики этих углей приведены в табл. VI1-1.
Несмотря на ряд эксплуатационных недостатков, к которым можно отнести, например, относительно невысокую стабильность, возможность возникновения шумов, выделение газов, пожарную опасность, необходимость питания постоянным током, необходимость индивидуального обслуживания, на сегодня электрическая угольная дуга остается единственным массовым источником света для киносъемочного освещения на дневных натурных съемках цветных кинофильмов. Этому способствует большая близость спектральной характеристики ее излучения к спектральной характеристике дневного света, а также легкая возможность создания осветительных приборов с большой мощностью в единице оборудования.
Только, возможно, металлогалогенная или, менее вероятно, ксеноновая лампа после устранения их специфических эксплуатационных недостатков окажутся конкурентноспособными и вытеснят угольную дугу из фильмопроизводстваы2. ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
В технике киносъемочного освещения применяется большое количество различных типов ламп накаливания. Их можно разделить на две большие группы: лампы накаливания обычного типа в стеклянных колбах и галогенные лампы накаливания в малогабаритных кварцевых колбах.
В обоих типах ламп накаливания светящимся телом является вольфрамовая проволока, раскаленная проходящим по ней электрическим током. Нить накала помещена внутри прозрачной колбы, заполненной инертным газом, не вступающим в соединение с вольфрамом; обычно это смесь азота и аргона, иногда применяется криптон или ксенон. Газ задерживает испарение раскаленной вольфрамовой нити; чем выше давление газа, тем меньше испарение и больше срок службы лампы.
У обычных ламп накаливания давление газа в колбе холодной лампы составляет 500—700 мм рт. ст.; при работе лампы оно возрастает до 850—900 мм рт. ст. Испаряющийся вольфрам оседает на внутренних стенках колбы лампы в виде темного налета, постепенно снижая их прозрачность. Колбы обычных ламп накаливания делают относительно больших размеров — это позволяет применять недорогое нетермостойкое стекло и несколько снизить почернение стекла изнутри частицами испарившегося вольфрама.
V галогенных ламп накаливания, ранее называвшихся йодными, в колбу введено небольшое количество галогена — йода или брома. Вольфрамовая нить лампы ничем не отличается от нити обычной лампы накаливания.
В процессе работы лампы вольфрам испаряется и химически соединяется с галогеном, образуя йодид или бромид вольфрама. Этот йодид или бромид не осаждается на горячих (около 600°С ) стенках небольшой кварцевой колбы лампы, температура которой не должна быть ниже 250°С — в противном случае будет наблюдаться ее потемнение. Гапо- генид вольфрама мигрирует внутри колбы к раскаленным металлическим частям — нити, ее поддержкам, где он разлагается на галоген и вольфрам; последний оседает на металлических деталях, а галоген снова вступает в реакцию с частицами испаряющегося вольфрама. Цикл повторяется.^Таким образом, колба лампы не темнеет. Кроме того, толстые стенки небольшой кварцевой колбы могут выдержать большое давление газа изнутри, а повышение его давления резко снижает испарение нити при той же температуре накала нити, что и у обычной лампы накаливания. Это позволяет добиться повышения срока службы лампы или при том же сроке службы повысить температуру накала нити и, следовательно, световую отдачу.
Сроки службы галогенных ламп накаливания в три-пять раз больше, чем у аналогичных ламп накаливания обычного типа.
Лампа накаливания с вольфрамовой нитью является единственным типом промышленных источников света, видимый спектр которых очень близок к спектру черного тела. Поэтому цветовая температурадостаточно точно характеризует собой распределение энергии ламп накаливания в видимой области спектра.
У большинства ламп накаливания, применяемых для киносъемочного освещения и имеющих цветовую температуру 3200—3250 К, световая отдача составляет 26—29 лм/Вт; неодинаковость световой отдачи, необходимой для получения одной и той же цветовой температуры, обязана в основном различиям в конструкции тела иакала, которое может быть, например, в виде площадки из моноспиралей — моноспиральным линейным, биспиральным и др.
При повышении или понижении напряжения на данной лампе ее цветовая температура соответственно увеличивается или уменьшается. В пределах изменения напряжения ±25% от номинального соответственное изменение цветовой температуры для ламп, применяемых для киносъемочного освещения, составляет 12—14 К на \ °7о напряжения.
В процессе горения обычные негалогенные лампы накаливания снижают свою цветовую температуру на 0,3—0,8 К в час. Цветовая температура галогенных ламп накаливания в течение всего срока службы остается практически неизменной.
За пределами' видимой области спектральный состав излучения лампы накаливания в стеклянной колбе значительно отличается от состава излучения черного тела, имеющего температуру, равную цветовой температуре данной лампы.
В ультрафиолетовой области излучение тела накала сильно поглощается стеклом колбы и круто обрывается на границе прозрачности стекла, т. е. около 350 нм.
В инфракрасной области стекло прозрачно до приблизительно 3000 нм, однако вследствие селективности излучения вольфрама инфракрасное излучение лампы накаливания в области 800—3000 нм на
10—20% слабее, чем у черного тела при одинаковой интенсивности излучения в видимой области спектра.
Галогенные лампы накаливания в кварцевых колбах дают заметное излучение в пределах длин волн 220— 3600/ш, величина его, однако, также отличается от излучения черного тела.
280 |
240 |
200 |
При изменении напряжения на лампе накаливания кроме изменения цветовой температуры происходит также изменение светового потока, потребляемой мощности силы тока, световой отдачи и срока службы лампы.
Зависимость изменения этих основных характеристик ламп накаливания от изменения напряжения показана на рис. VII-1.
Для ламп различных типов могут иметь место некоторые отклонения от приведенных на рисунке закономерностей, однако порядок величин и характер их изменения для всех ламп накаливания являются близкими.
Для ламп накаливания с номинальной цветовой температурой ЗООО—ЗЗОО К найдены следующие формулы, связывающие изменения их параметров с изменением напряжения. Эти формулы справедливы для интервала изменения напряжения в пределах 20—25% от номинального и дают ошибки, не превышающие ±5%.
Зависимость светового потока (силы света и яркости) от напряжения:
Зависимость мощности от напряжения:
гном ном
Зависимость светоотдачи от напряжения:
v_Зависимость срока службы от напряжения:
В табл. VII-2—VI1-6 приведены рассчитанные по приведенным формулам значения (в процентах) светового потока (силы света и яркости), мощности, световой отдачи, срока службы и цветовой температуры ламп накаливания при отклонении напряжения их питания от номинального.
Распределение светового потока лампы накаливания в пространстве зависит от формы и расположения тела накала. На рис. VII-2 приведена типичная кривая светораспределения в вертикальной плоскости кинопрожекторных ламп накаливания типа КПЖ или КГК с телом накала в виде площадки из вертикальных спиралей. На рис. VI1-3 — такая же кривая, но для горизонтальной плоскости для линейных трубчатых галогенных ламп накаливания типа КГ с телом накала в виде
вытянутой по прямой линии спирали, в вертикальной плоскости эта кривая будет окружностью с радиусом, равным силе света в горизонтальной плоскости под углом 90 °. На кривых величины силы света приведены в канделах для условной лампы со световым потоком 1000 дм. Для того чтобы найти силу света любой из ламп указанных типов, достаточно разделить ее световой поток (см. табл. VII-7—VII-11) на 1000; полученное частное явится коэффициентом, на который следует умножать значения силы света под соответствующими углами, найденные по кривым, чтобы найти значения силы света под такими же углами для выбранной лампы.
Пример. Найти осевую силу света лампы типа КГК 110-5000.
180° 160° |
140° |
кдО° |
20° |
40° |
Рис. VI1-2. Типичная кривая снс- тораспределения кинопрожектр- ной лампы накаливания в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости площадки тела накала. Световой поток 1000 im |
Из табл. VII -9 (стр. 273) находим световой поток лампы КГК 1105000. Он составляет 140 000 дм. Разделив
Из кривой рис. VI1-2 находим величину силы света, например, по оси тела накала, т. е. под углом 90°. Она составляет 100 кд.
Умножив 100 140, получаем значение силы света лампы КГК110- 5000 в выбранном направлении, равное 14 000 кд.
Для кинооператора знание силы света «голой» лампы оказывается необходимым, например, в тех случаях, когда лампы применяют для эффектного освещения с получением резкой тени.
В табл. VII-7—VII-11 приведены основные электрические, механические и светотехнические характеристики наиболее часто употребляемых для киносъемочного освещения ламп накаливания типа КПЖ и ПЖК (старого типа) и типа КПЖ (нового типа).
Зеркальные лампы служат одновременно источником света и осветительным прибором, перераспределяющим излучение источника света, т. е. тела накала лампы. Последним в зеркальных лампах является вольфрамовая нить, свернутая в спираль и расположенная в виде зигзагов на цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью лампы. Роль оптики осветительного прибора выполняет часть выдувной стеклянной колбы, прилегающая к горловине лампы. Этой части колбы придана форма параболоида, внутренняя поверхность которого покрыта зеркальным слоем алюминия. Купол колбы имеет слабую матировку для сглаживания бликов в световом пятне, даваемых зеркальным отражателем.
Характеристики зеркальных ламп, разработанных для киносъемочного освещения и выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл. VII-12.
Более компактными, имеющими обычно меньшие углы рассеяния света являются зеркальные лампы- фары. Они представляют собой чечевицеобразную колбу из толстого прессованного стекла, одна из поверхностей которой имеет форму неглубокого параболоида и покрыта изнутри зеркальным отражающим слоем; вторая, выходная, поверхность имеет рифление, которое обеспечивает получение необходимого распределения освещенности в световом пятне. Транспортные лампы-фары имеют нить накала, расположенную в пространстве колбы, заполненном инертным газом.
В лампах-фарах, разработанных и выпускаемых для киносъемочного освещения, внутри колбы в фокусе параболоида расположена малогабаритная галогенная лампа накаливания в кварцевой колбе (КГМ 110-500).
Характеристики ламп-фар, применяемых для киносъемочного освещения, приведены в табл. VI1-13.
3. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ
В лампах электрического разряда, называемых газоразрядными, свет создается электрическим разрядом в газе, парах металла или в смеси нескольких газов или паров.
В газоразрядных лампах, в отличие от открытой угольной дуги или искры, разряд в которых происходит в воздухе, газы или пары заключены в герметическую, чаще всего стеклянную или кварцевую оболочку. Вследствие их падающей вольтамперной характеристики газоразрядные лампы требуют применения балласта того или иного типа.
В газоразрядных лампах происходит дуговой, искровой или тлеющий разряд. В технике киносъемочного освещения используются лампы с разрядом первых двух типов, позволяющим получить источники света с большой яркостью. Все газоразрядные лампы, работая на переменном токе, имеют пульсирующее с двойной частотой световое излучение. При киносъемке это может привести к колебаниям плотности киноизображения.
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ
Для целей киносъемочного освещения, в основном специального, пока чаще всего используются лампы с разрядом в парах чистой ртути или с добавлением других веществ.
В зависимости от давления паров в работающей лампе различают: ртутные лампы низкого давления — с давлением паров до 0,1 атм; ртутные лампы высокого давления — с давлением паров до 2 атм; ртутные лампы сверхвысокого давления — с давлением паров свыше 10 атм.
С изменением давления в ртутных лампах сильно изменяется сг!|ктральный состав излучения. При низком давлении излучение сосредоточено в узких спектральных зонах («линиях»), в основном в коротковолновой ультрафиолетовой части спектра с длинами волн А =253,7 и 184,9/ш; излучение в видимой части составляет всего около 2%. При повышении давления доля излучения в видимой области спектра растет, спектральные области расширяются и появляется непрерывный фон, заполняющий интервалы между линиями. Световая отдача ртутного разряда при высоких давлениях растет с ростом давления. Цветность излучения также заметно меняется от голубой — при ^низких давлениях до белой с зеленовато-голубым оттенком — при» высоких давлениях.
Разряд в парах ртути низкого давления широко используется в люмйнесцентных лампах, которые находят применение при мультипликационной съемке и съемке надписей; кроме того, кинооператор часто встречается с этими лампами при выездных киносъемках в помещениях.
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ
Наиболее распространенные люминесцентные лампы представляют собой трубчатые ртутные лампы низкого давления с нанесенным на внутренние стенки светосоставом из смеси различных кристаллических люминофоров. Электрический разряд между нагретыми электродами в парах ртути и аргона вызывает интенсивное коротковолновое ультрафиолетовое излучение, которое, падая на светосостав, поглощается и преобразуется в видимое свечение.
Люминесцентные лампы на переменном токе работают с последовательно включаемым балластом в виде дросселя.
Световая отдача люминесцентных ламп очень высока и, в зависимости от спектральной характеристики и мощности, колеблется в пределах от 34 до 65 лм/Вт.
По цветности излучения лампы подразделяются на: лампы дневные (ЛД), лампы дневные с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодно-белые (ЛХБ), белые (ЛБ) и тепло-белые (ЛТБ).
Спектральные характеристики излучения перечисленных ламп характеризуются наличием заметных полос в различных участках, поэтому точно оценить их излучение цветовой температурой нельзя. Однако с некоторым приближением это делается.
Можно привести следующие данные.
Лампы типа ЛД и ЛДЦ характеризуются ориентировочной цветовой температурой 6750± 800 К; в отношении цветопередачи свет этих ламп довольно близок к среднему дневному свету при сплошной облачности.
Лампы типа ЛХБ характеризуются цветовой температурой 4700± 400 К; в отношении цветопередачи свет этих ламп близок к среднему солнечному свету.
Лампы типа Л Б имеют свет с желтоватым оттенком и характеризуются цветовой температурой 3500 + 300 К; в отношении цветопередачи свет этих ламп приближается к свету сильно перекаленных ламп накаливания.
Лампы типа ЛТБ имеют свет с пурпурным оттенком (недостаток зеленого); с о^ень грубым приближением их можно характеризовать цветовой температурой 2800 К.
Кроме люминофоров в излучении люминесцентной лампы участвует также и ртуть, которая имеет интенсивную линию излучения в ближнем ультрафиолете с длиной волны Х=365 нм; это излучение может воздействовать на синечувствительный слой цветной кинопленки. Поэтому цветовые температуры люминесцентных ламп применительно к цветной пленке, т. е. так называемые цеетофотографические температуры, будут немного выше приведенных здесь.
В табл. VII-14, VII-15 даны основные характеристики наиболее широко применяемых прямолинейных люминесцентных ламп.
Пускорегулирующие устройства ламп всех типов обычно предназначены для включения в сеть 220 В\ только для ламп 15 Вт эти устройства изготовляют на 127 В.
ыпускается несколько типов люминесцентных ламп повышенной интенсивности. Данные этих ламп приведены в табл. VII -16.
Выпускаются люминесцентные лампы мощностью 40 и 80 Вт с внутренним диффузно отражающим слоем, который наносится на часть внутренней поверхности трубки до нанесения слоя люминофоров. Лампы называются рефлекторными и обозначаются ЛБР-40 и ЛБР-80. Их световой поток на 10—15% ниже, чем у обычных ламп ЛБ той же мощности, но сила света в рабочем направлении в 1,7 раза выше, чем у обычных ламп.
Для целей эффектного освещения изготовляют также цветные люминесцентные лампы синего, голубого, зеленого, желтого и красного цветов, мощностью по 40 Вт.
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
В технике киносъемочного освещения, в частности при трюковых и комбинированных люминесцентных киносъемках и при многих видах научной киносъемки, из числа ртутных ламп находят применение ртутно-кварцевые лампы высокого давления типа ДРТ (старое наименование ПРК), излучающие значительную энергию как в ультрафиолетовой, так и в видимой части спектра.
Лампа ДРТ представляет собой трубку из кварцевого стекла, на концах которой впаяны электроды. Внутрь трубки введены аргон и небольшое количество ртути. Давление паров при работе составляет 0,4—1,0 атм.
После зажигания лампы ДРТ режим устанавливается через 10— 15 мин. Горевшая и погашенная лампа ДРТ может быть зажжена вновь только после полного ее охлаждения, которое обычно продолжается не более Юмин. Лампы работают в горизонтальном положении с допустимым отклонением не более 15°.
Лампы ДРТ предназначены для использования при питании переменным током, но возможно их питание (за исключением ДРТ 1000) и постоянным током со специальными приборами включения; лампы включаются в сеть переменного тока последовательно с индивидуальными дросселями, играющими роль балластов, необходимых, для работы всех газоразрядных источников света.
Энергия излучения ламп ДРТ распределяется между видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной частями спектра. Ориентировочное распределение энергии в ультрафиолетовой и видимой частях спектра (относительно линии 365 нм, энергия которой принята за 100%)
Средние значения яркости ламп ДРТ составляют от 1,2 до 4 Мнт\ значения световой отдачи колеблются в пределах 24—32 /хм/Вт. За время приводимого в таблице срока службы интенсивность ультрафиолетового излучения в интервале 300—400 нм снижается на 22—35% от начального значения.
РТУТНЫЕ ЛАМПЫ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Лампы ДРШ (старое название СВДШ) имеют толстостенную кварцевую колбу шаровой формы, в которую впаяны два вольфрамовых электрода с расстоянием между их концами 4—9 мм (в зависимости от мощности лампы). Для облегчения зажигания имеется вспомогательный третий электрод. В колбу введена ртуть, давление паров которой при работе составляет 30—80 атм для ламп мощностью до 500 Вт, а для ламп мощностью 1000 Вт — 10—20 атм. Яркость у оси шнура разряда очень велика и составляет не менее 150 Мнт, повышаясь у электродов. Благодаря этому лампы удобны для использования в прожекторных и проекционных системах.
Лампы ДРШ имеют резко выраженный линейчатый спектр с сильным непрерывным фоном; доля красного света в излучении достигает 4—6°/о. Распределение энергии по спектру приведено в табл..
При работе на переменном токе лампы ДРШ включаются последовательно с реактивным балластом; при работе на постоянном токе балласт активный.
Для зажигания ламп на третий электрод подается импульс высокого напряжения от высокочастотного трансформатора; эта схема позволяет зажигать лампу повторно до ее полного остывания. Зажигание ламп без третьего электрода осуществляется подачей на электроды высокочастотного импульса высокого напряжения, который обычно недостаточен для повторного зажигания неостывшей лампы.
Время разгорания лампы определяется скоростью испарения ртути и составляет 2—5 мин.
Рабочее положение лампы вертикальное с допустимым наклоном до 10.
МЕТАЛЛОГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ
С 1973—1975 гг. в кинематографии и особенно в телевидении для съемочного освещения начали применять осветительные приборы с металлогалогенными лампами.
Шаровар металлогалогенная лампа имеет кварцевую сравнительно толстостенйую колбу, в которую введены два вольфрамовых электрода. В колбе имеется небольшое количество ртути и галогениды (обычно, йодиды) различных металлов, таких, например, как диспрозий, гольмий, тулий; кроме того, в колбу вводится вспомогательный газ — ксенон или аргон.
Спектр излучения металлогалогенной лампы является линейчатым с довольно значительным фоном. Подбором галогенидов металлов удается получить излучение, которое характеризуется цветовой температурой 5000—6000 К, т. е. близкое к дневному свету. Не исключена возможность получения излучения с цветовой температурой 3200 К, похожего на излучение ламп накаливания, применяемых в кинематографии при съемках в помещениях.
Выпускаются металлогалогенные лампы двух типов — шаровые с короткой дугой и трубчатые с длинной дугой. Последние, имея относительно малую яркость, для киносъемочного освещения большого интереса не представляют и используются в основном для заливающего освещения больших объектов — стадионов, фасадов зданий, площадей и др., с которыми кинооператор встречается при хроникальных съемках.
В киноосветительной аппаратуре применяются металлогалогенные лампы с короткой дугой, имеющие высокую яркость разряда.
В СССР в 1976 г. завершена подготовка к выпуску серии таких ламп. Характеристики этих ламп будут несколько отличаться от приводимых в табл. VI1-21'характеристик ламп HMI фирмы «Осрам», которые здесь сообщаются как справочные.
Как видно из таблицы, лампы имеют очень высокую светоотдачу, что делает их особенно выгодными в условиях недостатка электроэнергии при выездных киносъемках. На ультрафиолетовое излучение (начиная с 220 нм) затрачивается около 11%; на инфракрасное — около 42% и на видимое — около 44% мощности, подводимой к лампе.
Лампы разгораются не мгновенно: в течение 1 мин достигается 90% светового потока и около 3 мин проходит до полной стабилизации спектрального состава излучения. Повторное зажигание неостывшей лампы осуществляется с использованием высокого напряжения (до 60 кВ у ламп типа НМ I).
Металлогалогенные лампы, выпускаемые и разрабатываемые в 1976 г., работают только при питании переменным током и, являясь безынерционными, имеют световое излучение, колеблющееся с двойной частотой сети. Для устранения стробоскопического эффекта при киносъемке используются:
практически мало приемлемое для кинооператора освещение объекта одновременно тремя лампами, подключенными к трем разным фазам трехфазной питающей сети переменного тока;
питание ламп током повышенной частоты (250—400 Гц) от специальных генераторов;
съемка киносъемочной камерой с частотой 24 кадр/с с открытием обтюратора 172,8 ° и питанием синхронного двигателя камеры от той же сети переменного тока, от которой питаются лампы (применение так называемого «кварцованного» привода невозможно);
съемка с частотой 25 кадр/с с питанием двигателя киносъемочной камеры, как в предыдущем случае;
работа металлогалогенных ламп с так называемыми «электронными» балластами, позволяющими получить прямоугольную форму волны переменного тока.
После окончательного решения задачи устранения колебаний плотности киноизображения, снимаемого с различными частотами, метал- логалогенная лампа, по-видимому, вытеснит из техники киносъемочного освещения угольную дугу, являясь более экономичной и не обладая многими недостатками последней.
КСЕНОНОВЫЕ ЛАМПЫ
Шаровая ксеноновая лампа с короткой дугой имеет шарообразную толстостенную кварцевую колбу с двумя вольфрамовыми электродами, между концами которых в атмосфере чистого ксенона при очень высоком давлении возникает дуговой разряд большой яркости.
Спектральный состав излучения ксеноновой лампы в видимой части близок к дневному свету с цветовой температурой около 6000 К и практически не изменяется при изменении силы тока; это является чрезвычайно ценным свойством для использования ламп при цветных съемках, позволяя при необходимости изменять световой поток лампы в больших пределах. Яркость разряда высока, что позволяет с успехом использовать лампу в проекторах и прожекторах. После включения лампа разгорается практически мгновенно; для зажигания лампы применяется высокочастотный импульс высокого напряжения (до 30 кВ).
Применяемые в кинематографии ксеноновые лампы с короткой дугой рассчитаны на питание постоянным током с хорошо сглаженной пульсацией.
Основными недостатками ксеноновых ламп, с позиций их использования для киносъемочного освещения, являются:
взрывоопасность, заставляющая даже в нерабочем состоянии соблюдать специальные меры предосторожности при эксплуатации (лампы, например, снабжаются защитными кожухами-футлярами из органического стекла, которые удаляются только после установки лампы в закрытую аппаратуру);
низкое рабочее напряжение (около 30 В на дуге) и, следовательно, большая сила тока;
необходимость применения искусственного воздушного или водяного охлаждения и др.
Вследствие этого ксеноновые лампы пока широко применяются только в кинопроекторах, включая и проекторы рир- и фронтпроекции, а также в диапроекторах при комбинированной киносъемке. Проводятся опыты по использованию ксеноновых ламп в кинопрожекторах для освещения при натурной съемке. Кинооператоры, особенно хроникеры, встречаются с ксеноновыми лампами при съемке эстрадных представлений и соревнований по фигурному катанию на коньках, где широко используются следящие прожекторы («пушки») с такими лампами.
В табл. VI1-22 приведены основные характеристики применяемых в кинематографии шаровых ксеноновых ламп с короткой дугой и принудительным воздушным охлаждением.
При пользовании Справочником следует иметь в виду, что прогресс в области источников света, особенно газоразрядных, чрезвычайно быстрый и что после выпуска настоящего Справочника уже, вероятно, появился ряд новых ламп, нашедших себе применение в технике киносъемочного освещения, таких, например, как оловогалогенные.
Факторы, определяющие условия естественного освещения объектов, можно разделить на следующие группы:
астрономические, определяемые положением солнца на небосводе;
метеорологические, зависящие от состояния земной атмосферы, т. е. от прозрачности воздуха или облачности;
факторы окружения, определяющие местное дополнительное освещение или затенение освещенных предметов другими предметами с возможным изменением спектрального состава освещения (цветные рефлексы).
В дальнейшем будут рассмотрены астрономические и метеорологические факторы, подчиняющиеся определенным закономерностям. Факторы окружения всецело зависят от данных конкретных условий и должны учитываться в каждом случае индивидуально.
1. АСТРОНОМИЧЕСНИЕ ФАНТОРЫ
КООРДИНАТЫ МЕСТНОСТИ
Географические координаты данного пункта определяются широтой и долготой.
Географическая широта отсчитывается от экватора, который принимается за нулевую параллель; положения полюсов определяются 90°северной или южной широты.
Географическая долгота отсчитывается от произвольно выбранного нулевого, гринвического меридиана, причем к востоку от нулевого меридиана она считается положительной, а к западу — отрицательной.
Местное время одинаково для всех точек земли, которые лежат на одной и той же географической долготе, т. е. на одном и том же меридиане. Разница во времени точек на двух разных меридианах равна разности долгот, выраженной во временнбй мере, в которой одному градусу долготы соответствует 4 мин.
Различие в местном времени соседних пунктов представляет для практики большие неудобства, которые устраняются введением поясного времени.
В системе поясного времени земной шар разделяется по меридианам на 24 равных пояса, каждый из которых имеет ширину 15°, или 1 ч.
Во всех пунктах данного пояса часы устанавливаются одинаково и по времени, соответствующему местному времени для середины (центрального меридиана) пояса.
В соседних поясах часы тоже устанавливаются в каждом одинаково и по времени, соответствующему местному времени для их центральных меридианов, со сдвигами для каждого пояса в 1 поскольку центральные меридианы этих поясов сдвинуты ровно на 15°.
Внутри каждого пояса разница между местным временем, которое связано с видимым движением солнца, и поясным не превосходит */2 ч (разница ровно в 30 мин будет на самой границе пояса).
Основной меридиан, от которого идет счет поясного времени, — гринвичский. В поясе, охватывающем территорию на 7 1/2° к востоку и западу от этого меридиана, применяется так называемое западноевропейское время.
Среднеевропейское время, идущее на 1 ч вперед, используется в первом поясе, расположенном между долготами 7 V2 и 22 V2 ° к востоку от Гринвича.
Во втором поясе, между долготами 22 х/2 и 37 1/2° к востоку от Гринвича, время на 2 ч впереди; его называют восточноевропейским. В этом поясе лежит большая часть западной части СССР, в том числе и Москва.
В третьем поясе, в котором время идет на 3 ч впереди гринвичского, лежит восточная половина Европейской части СССР.
Крайний восток СССР — Чукотский полуостров — находится в двенадцатом поясе и время там на 12 ч впереди гринвичского.
Границы часовых поясов во многих случаях идут не точно по меридианам: из практических соображений их часто проводят по политическим и административным границам, а иногда по линиям железных дорог, большим рекам и другим естественным рубежам.
В СССР для более рационального использования светлой части суток с 1930 г. часы повсеместно переведены на 1 ч вперед. Это время называется декретным.
В табл. V1I-23 приведены географические широта и долгота ряда городов СССР и указаны величины поправки для перехода от декретного времени данного пояса к среднему местному, необходимого для пользования графиками на рис. VII-5 (см. стр. 289 — 292) и астрономическими таблицами.
ВЫСОТА СОЛНЦА И ПЕРИОДЫ СЪЕМОЧНОГО ДНЯ
В течение дня в зависимости от угловой высоты солнца над горизонтом условия киносъемочного освещения значительно меняются. Помимо изменения величины прямой солнечной освещенности, определяемого длиной пути хода солнечных лучей в поглощающей и рассеивающей свет атмосфере и углами падения света на неподвижные плоские поверхности, происходит изменение спектрального состава
освещения и его характера с точки зрения формы и направления теней, отбрасываемых освещаемыми объектами и их элементами.
Съемочный день в зависимости от угловой высоты солнца принято условно делить на периоды.
1. Период сумеречного, или, как его часто называют, «режимного», освещения, ограничиваемый временем между моментом захода или восхода солнца и моментом, когда глубина погружения солнца под горизонт составляет 6 °. В это время киносъемка обычно производится с использованием дополнительного искусственного освещения, дозировка которого должна время от времени изменяться для получения неизменного соотношения искусственной и естественной освещенности; последняя определяется изменяющейся яркостью неба.
Продолжительность периода сумеречного освещения летом на севере значительно длительнее («белые ночи»), чем на юге.
2. Период эффектного утреннего или вечернего освещения, ограничиваемый временем между моментом восхода или захода солнца и моментом, когда солнце достигает высоты порядка 15°. В это время наблюдается довольно резкое изменение спектрального состава солнечного света, которое должно при цветных съемках приниматься оператором во внимание. Освещенности вертикальных поверхностей значительно превышают освещенности горизонтальных поверхностей, контраст освещения повышенный; горизонтальные тени имеют вытянутую форму.
3. Период нормального дневного освещения, ограничиваемый временем, в течение которого солнце находится на высоте между 15 и 60
В это время спектральный состав прямого солнечного света изменяется незначительно. Освещенности горизонтальных и вертикальных поверхностей близки друг к другу; контраст освещения несколько снижается. Расположение и форма теней соответствуют общепринятому представлению об естественном освещении в природе.
4. Период «зенитного» освещения, характеризующийся временем, в течение которого высота солнца превышает 60°. В это время спектральный состав солнечного освещения остается практически неизменным. Освещенности горизонтальных поверхностей значительно выше, чем освещенности вертикальных поверхностей; контраст освещения снова увеличивается. Горизонтальные тени очень коротки, а вертикальные — удлиняются и направлены вниз. Зенитное освещение неблагоприятно для киносъемки из-за непривычного распределения и формы теней и из-за повышенного контраста.
На графиках рис. VI1-5 приведены данные о времени начала и конца четырех основных периодов съемочного освещения на каждый час местного среднего времени для различных географических широт от 35 до 70 ° через каждые 5 °.
Кривые являются геометрическим местом точек, соответствующих высотам солнца — 6°, 0°, + 15°и +60°. Высота солнца для любого времени суток может быть определена путем приближенного интерполирования между соответствующими точками смежных кривых. Максимальная высота солнца для данной широты 22 июня обозначена точкой в центре графика, снабженной соответствующей цифрой в градусах.
При пользовании графиками для определения продолжительности съемочного времени следует учитывать, что характер освещения, определяемый соответствующим периодом, в чистом виде имеет место лишь при прямом солнечном освещении; при наличии облаков, закрывающих солнце, характер освещения претерпевает значительные изменения.
2. СПЕНТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЕСТЕСТВЕННОГО СВЕТА
Длина пути лучей солнечного света сквозь атмосферу для данной точки на земле различна в зависимости от высоты солнца; при малых высотах этот путь в десятки раз больше, чем когда солнце в зените. При прохождении света сквозь атмосферу его ослабление происходит для разных участков спектра не одинаково; в наименьшей степени
поглощаются и рассеиваются лучи красной части спектра и в наибольшей — синей части. С изменением высоты солнца происходит изменение спектрального состава света, достигающего земли. С увеличением высоты солнца цветовая температура растет сначала быстро, а затем медленнее.
Рис. VII-4 в сочетании с графиками рис. VI1-5 даст ориентировку для оператора в вопросе предварительной оценки условий цветнрй киносъемки в различное время дня в различных географических условиях. Здесь кривая 1 — цветовая температура на горизонтальной плоскости; 2 — на вертикальной плоскости, обращенной к солнцу; 3 — на плоскости, перпендикулярной к солнечным лучам.
Цветовая температура света в тенях, т. е. света неба, колеблется от 6000 до 12 ООО К, в зависимости от состояния атмосферы и до некоторой степени от высоты солнца.
В пасмурную погоду цветовая температура естественного освещения в течение дня весьма постоянна и составляет 5700—6500 К.
3. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Рис. VII-4. Цнетвая iсмпсраiура суммарного дневною ceeia при безоблачном небе в зависимости от высоты солнца |
Освещенность земной поверхности и расположенных на ней предметов в течение дня непрерывно меняется в зависимости от высоты солнца и погоды. При безоблачном небе эта освещенность слагается из двух частей: прямой освещенности, создаваемой непосредственно
Рис. VII-5a. Периоды киносьемочно! о оснсщсиия для различных географических uinpoi и ра (личного времени су кж и года: широта 35° (Кушка 35,2°)
Часы суток
прямыми лучами солнца, и рассеянной освещенности, создаваемой рассеянным светом неба. Сумма света неба и света солнца дает полную, или суммарную, освещенность. Когда солнце закрыто достаточно плотным облаком, а также в тенях предметов имеется только рассеянная освещенность.
Наличие облачности на небе в тех случаях, когда солнце не закрыто облаками, всегда приводит к повышению суммарной освещенности за счет увеличения рассеянной освещенности, создаваемой светом, вторично отражаемым облаками после его отражения от земной поверхности.
При наличии тонких полупрозрачных облаков, полностью закрывающих солнце, прямой солнечный свет заметно (в среднем в два-три раза) ослабляется, но полностью не устраняется.
В табл. VI1-24 приведены средние значения дневной освещенности на плоскости, перпендикулярной лучам солнца, в зависимости от высоты солнца и состояния неба.
Зависимость величины освещенности от высоты солнца и облачности, без снегового покрова (тыс. лк) (данные ориентировочные)
Здесь и далее — степень покрытия неба облаками.
В этой таблице в графе «солнце» дана суммарная освещенность (солнце + небо), которая имеет место, когда солнце не закрыто облаками. В графе «тень» дана рассеянная горизонтальная освещенность, которая получается, когда солнце закрыто плотным облаком. Четыре графы соответствуют разной степени покрытия неба облаками, которая определяется на глаз и практически безразлично, сконцентрированы ли облака в одной части неба или распределены по нему равномерно.Наличие снегового покрова увеличивает рассеянную и, следовательно, суммарную освещенность; особенно заметно вследствие многократных отражений увеличение освещенности в тени при значительной облачности, достигающее двукратного по сравнению с освещенностью при отсутствии снегового покрова.
Во время сумерек освещенность непрерывно меняется, повышаясь во время утренних сумерек и понижаясь во время вечерних. Скорость изменения освещенности зависит от скорости погружения солнца; поэтому на северных широтах освещение меняется медленнее, чем на южных, и северные сумерки продолжительнее южных (см. графики на рис. VII -5).
На сумеречную освещенность (табл. VI1-25) влияет состояние неба. Облачность, закрывая яркий сегмент зари, обычно ведет к снижению освещенности, однако иногда облачность, особенно при наличии снегового покрова, может вызвать увеличение сумеречной освещенности.
РАЗДЕЛ VIII
КЛАССИФИКАЦИЯ КИНООСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
По операторскому применению киноосветительные приборы подразделяются на приборы направленного света (с регулируемым и нерегулируемым лучом); приборы направленно рассеянного света; приборы рассеянного (и бестеневого) света.
Отдельную группу составляют осветительные приборы специального операторского применения: с автономным аккумуляторным питанием; для подводных съемок; для работы в взрывоопасной атмосфере; для макетной и макросъемки; приборы с отфильтрованным ультрафиолетовым или инфракрасным излучением и т. п.
По светотехническим показателям киноосветительные приборы подразделяются на приборы ближнего действия — светильники, как правило, с нерегулируемым светораспределением в пределах относительно большого угла; приборы дальнего действия — прожекторы с относительно малым регулированием светораепределения в пределах относительно малых углов и универсальные прожекторы с значительным регулированием светораспрсделения, встречающиеся только в технике киносъемочного, телевизионного и театрального освещения и используемые для освещения как близких, так и удаленных объектов.
По используемому источнику света они подразделяются на приборы с лампами накаливания; с угольными дугами высокой интенсивности; с газоразрядными лампами.
По оптической схеме приборы подразделяются на светильники с зеркальными отражателями (и часто с дополнительными передними рассеивателями); с направленно-рассеивающими отражателями; с рассеивающими (диффузно отражающими) отражателями; бестеневые — с рассеивающими отражателями и затенителями. Прожекторы подразделяются на отражательные, с преломляющей оптикой и со смешанной оптикой, т. е. с отражателем и линзой.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИНООСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Кривая светораспределения — показывает значения величин силы света осветительного прибора в различных угловых направлениях. Обычно для киноосветительных приборов приводится одна продольная кривая — для горизонтальной плоскости, и только для светильников с резко выраженным несимметричным относительно оси светораспреде- лением приводятся две кривые — для горизонтальной и вертикальной плоскостей. Для приборов с регулируемым светораспределением, в частности для кинопрожекторов, приводятся, как правило, две кривые — для так называемых «узкого» (источник света в фокусе оптической системы) и «широкого» (максимальная расфокусировка) лучей. Кривые светораспределения киноосветительных приборов, в отличие от кривых источников света, строятся обычно в прямоугольных координатах.
Максимальная сила света /макс осветительного прибора чаще всего совпадает с осевой силой света /ос. Исключение составляют светильники с асимметричным светораспределением типа, например, «Кососвет», у которых эти силы света не совпадают. При значительной расфокусировке кинопрожекторов на широком луче сила света по оси может быть несколько меньше максимальной. При этом в центре светового пятна наблюдается снижение освещенности по сравнению с соседними участками, которое, однако, не должно превышать величины 10—15%, являющейся критерием допустимой степени расфокусировки луча прожектора.Угол рассеяния осветительного прибора 2 а представляет собой плоский угол, в пределах которого сила света снижается до определенной доли от максимального значения. Различают два угла рассеяния — определяемый по снижению силы света до половины максимального значения (0,5 /Макс) и до одной десятой максимального значения (0,1 /макс )• Знание первого существенно важно при групповом, т. е. наиболее частом использовании осветительных приборов; второй необходимо учитывать при одиночном применении осветительных приборов, в особенности имеющих большие углы рассеяния. Во всех приводимых таблицах характеристик киноосветительных приборов всюду нами указан угол рассеяния 2 а по 0,5 /макс.
Коэффициент полезного действия (к.п.д.) осветительного прибора представляет собой отношение светового потока осветительного прибора в пределах полезного угла рассеяния к световому потоку источника света. К.п.д. прибора имеет особенно существенное значение при выборе кинооператором осветительных приборов для освещения при съемке в условиях недостатка электрической мощности, например, при выездных съемках.
У осветительйых приборов с регулируемым лучом при изменении фокусировки к.п.д. изменяется, при расфокусировке он увеличивается. Применение любых насадок —рассеивателей, светофильтров, шторок, тубусов и др. — всегда снижает к.п.д. прибора.
Фотометрическое расстояние представляет собой расстояние от осветительного прибора, начиная с которого можно считать допустимым определение освещенности освещаемой поверхности по закону обратных квадратов (стр. 228), вообще справедливому только для точечных источников света. Величина фотометрическогб расстояния у светильников зависит от их размеров и характера светораспределения отражающих или рассеянно пропускающих свет оптических элементов, а у прожекторов — от фокусного расстояния и размеров оптических элементов и источника света, определяющих собой так называемую дистанцию оформления луча. Практическим фотометрическим расстоянием для, киноосветительных приборов принято считать такое, начиная с которого и далее от осветительного прибора освещенность, рассчитанная по закону обратных квадратов, отличается от действительно измеренной не более чем на 5—10%.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
К этим характеристикам относятся: род тока, мощность или сила тока, напряжение, габариты, масса, характеристика узлов сочленения с опорами или подвесами, максимальная допускаемая продолжительность непрерывной работы, ресурс, степень защищенности от окружающей среды, температура рабочей поверхности и т. п.
Необходимо указать, что обычно приводятся характеристики исправных, чистых осветительных приборов с оптическими элементами и источниками света, имеющими номинальные (по ГОСТ или ТУ) характеристики при номинальном (по напряжению илй силе тока) режиме питания.
Практические светотехнические параметры при выпуске с завода могут отличаться от номинальных для: ламп накаливания — на 20%, киносъемочных углей — на 15—20%, газоразрядных ламп — на 20%, линз Френеля — на 10—12%,
металлических зеркальных отражателей — на 5—6%.
В процессе эксплуатации в пределах установленного срока службы ухудшение характеристик (старение) может составлять для: ♦ ламп накаливания (не галогенных) — 25%, газоразрядных ламп — 25%,
металлических зеркальных отражателей — 10—15%. Загрязнение (устраняемое очисткой) оптических элементов осветительных приборов и колб источников света может вести к ухудшению характеристик осветительных приборов на 50% и даже более. Неправильная юстировка ламп и контротражателей в прожекторах с линзами Френеля, снижая силу света на 30—40%, может значительно повлиять на характер светораспределения прожектора и исказить форму светового пятна.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ КИНООСВЕТИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ
1. КИНОПРОЖЕКТОРЫ С ЛИНЗАМИ ФРЕНЕЛЯ И ЛАМПАМИ НАКАЛИВАНИЯ (ТАБЛ. VIII-1 И VIII-2)
2.
Кинопрожекторная лампа накаливания (рис. VIII-1), установленная в центре кривизны зеркального сферического контротражателя, может перемещаться вместе с ним относительно линзы Френеля вдоль ее оптической оси. При этом изменяются угол рассеяния и сила света прожектора.
Общая характеристика. Прожекторы отличаются большими пределами изменения силы света (до 1:10) и угла рассеяния (до 1:4) при сохранении хорошего качества светового пятна.
Коэффициент полезного действия. Имеют невысокий коэффициент полезного действия: от 12—15% на узком луче и до 20—30% на широком луче.
Те необразование. Образуют тени средней резкости; при расфокусировке тени становятся более резкими.
Рекомендуются для всех основных элементов направленного (преимущественно светотеневого) освещения в павильонах, естественных интерьерах и при ночной натурной съемке.
Не рекомендуются для применения с рассеивателями как с индивидуальными, так и общими для группы прожекторов, вследствие низкого коэффициента полезного действия.
Для рассеянного освещения более выгодно использовать специальные приборы направленно рассеянного (с возможным применением рассеивателей), рассеянного и бестеневого света.
Выпускаются кинопрожекторы типа «Заря» с лампами типа КПЖ и КГК для напряжений 110 и 220 В, с штырковыми
цоколями типа G или ЦОКОЛЯМИ М60.
2. НИНОПРОЖЕКТОРЫ. С ЛИНЗАМИ ФРЕНЕЛЯ И ДУГОВЫМИ ЛАМПАМИ (ТАБЛ. VIII-3 И VIII-4)
Угольная дуговая лампа (рис. VIII-3) с горизонтально расположенным положительным углем может перемещаться относительно линзы Френеля вдоль ее оптической оси. При этом изменяются угол рассеяния и сила света прожектора.
Общая характеристика. Прожекторы отличаются большими пределами изменения силы света (до 1:10) и угла рассеяния (до 1:4) при сохранении хорошего качества светового пятна.
Коэффициент полезного
действия. Имеют невысокий коэффициент полезного действия: от 12—15% на узком луче и до 20—30% на широком луче.
Те необразование. Образуют тени средней резкости, становящиеся более рез- vi м-з кими при расфокусировкеРекомендуются для выравнивающего «света при дневной натурной цветной съемке. В отдельных случаях — для эффектного света в павильонах.
Не рекомендуется для постоянного использования в павильонах из-за больших потерь, связанных с необходимостью применения компенсационных светофильтров типа ДБ-ЛН при совместной работе с лампами накаливания, и вследствие эксплуатационных недостатков — шумы, невысокая стабильность, выделение газов, пожарная опасность, необходимость индивидуального обслуживания.
Выпускаются кинопрожекторы типа «Пламя» и КПД для использования с белопламенными углями высокой интенсивности типа КСБ и желтогтаменными типа КСЖ. В обычных условиях для получения мринилч-оп цветопередачи должны применяться со светофильтрами 1 и; С (при углях КСБ) или типа ДЖ-ЛН (при углях КСЖ).
К прожекторам выпускаются дополнительные приспособления: шторки, рамки для пленочных светофильтров, рамки для поглотителей, тубусы, коленчатые рычаги для выносных затенителей.
3. НИНООСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ С ЗЕРКАЛЬНЫМИ ЛАМПАМИ НАКАЛИВАНИЯ (ТАБЛ. VIII-5 И VIII-6)
В киноосветительных приборах (рис. VIII-5) типа «Накал» и ОПЗ используются установленные по одной в легких защитных корпусах зеркальные лампы накаливания в выдувных колбах типа ЗК. В приборах типа «Фара» применяются лампы-фары типа ЛФКГ или ЛФКГИ, установленные по три в вертикальных коробах, которые в свою очередь монтируются по два («Фара-6») или по три («Фара-9»).
Общая характеристика. Приборы отличаются большими значениями силы света и средними значениями углов рассеяния при относительно малых габаритах и массе; качество светового пятна хорошее.
Коэффициент полезного действия. Имеют высокий коэффициент полезного действия — около 60% для приборов типа «Накал» и ОПЗ и около 25% для приборов типа «Фара» с лампами без интерференционного покрытия.
Те необразование. Приборы с одиночными лампами образуют резкие тени. Приборы с несколькими лампами образуют тени средней резкости; при малых удалениях объектов от поверхностей, на которые отбрасываются тени, наблюдается дробление краев этих теней.
Рекомендуются для всех основных элементов направленного (преимущественно светотеневого) освещения при выездных съемках в помещениях и на ночной натуре и при небольших по масштабу съемках на натуре в дневное и особенно режимное время (с применением компенсационных светофильтров типа ЛН-ДС). Группы приборов типа «Накал» выгодно применять в павильонах, как приборы верхнего света.
Не рекомендуются для использования в павильонах для основных элементов освещения ввиду отсутствия возможности регулирования силы света и угла рассеяния, а также вследствие относительно небольших световых мощностей в единице оборудования.
Выпускаются осветительные приборы типа «Нака)1» с необходимыми насадками, включающими рамки для установки цветных пленочных и стеклянных интерференционных светофильтров, шторки, коленчатые рычаги, струбцины для прикрепления приборов к местным предметам на съемочной площадке. Приборы типа «Накал» можно применять лля работы с рук, что особенно важно при использовании приборов в условиях выездной и, в частности, хроникальной и документальной съемки.
Приборы типа «Накал» выпускаются в чемоданах, приборы типа «Фара» — в специальных контейнерах.
4 КИНООСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НАПРАВЛЕННО-РАССЕЯННОГО СВЕТА С ГАЛОГЕННЫМИ ЛАМПАМИ НАНАЛИВАНИЯ (ТАБЛ. VIII-7 И VIII-8)
В киноосветительных приборах (рис. VI11-7) типа «Свет» и «Марс» в фокусе параболоидного корытообразного отражателя с направленно рассеивающей альзакированнои поверхностью неподвижно установлена линейная трубчатая галогенная лампа накаливания типа КГ. У приборов типа «Марс» жестко соединены две или три секции. У прибора «Свет-8000» — четыре секции.
Общая характеристика. Приборы отличаются относительно высокими значениями световой мощности при небольших габаритах и массе. Световое пятно имеет вытянутую по горизонту почтиМеханические