автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.18, диссертация на тему:Разработка методов и средств повышения функциональной и технологической точности кинообъективов

ь

»8 0 6 9 2

1ШШКОШТЕГ РОССИИ ИНСТИТУТ КИНОШ1ЖЕНЕРОВ

На правах рукописи

НЕСТЕРОВА Елена Ивановна

УДК 778.5: 'бб1.7X167.2*535.317.25

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ КИНООБЪЕКТИВОВ

05.II.1В - Приборы и техника кинематографии

Ав*-анефара*г

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С-Иетербург 1992

1'Рбзта- ишилиена п Институте кшюпнженерои.

Научные консультанта -кандидат технических наук,доцент • . СЛ'.ВЛЕУыКИН,

кандидат технических наук,доцент

н.и.килимьнсшШ.

Официал;.оппонснти-догтор технических наук,профессор

B. А.ИВАНОВ,

кандидат технических наукпрофессор

C.М.ИРОВОРШВ.

Ведущее предприятии - Ленинградское оптико-механическое объединение.

За лита диссертации состоится " " квня' Ш2г. б " 16 "ч 1а НШ1 на заседании специализированного совета К СШ.Ш.Ш в Институте киноин* енороя (1УII26,С-Петербург,ул.Правды,13).

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат диссертации просьба присылать в двух экземппярпх по адресу : 1911Й6,г.С—Петербург,ул.Правды,13.

Автореферат разослан " 17 " мая 1^2г

Учснь'й секретарь специализированного совета . кандидат технических наук, доцент

- 3 -

! ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

•••Я | .

Актуальность проблемы.Наиболее важным и критичным с точки зрения обеспечения качества экранного изображения среди элементов киноаппарат,уры,очевидно,является объектив.

Теоретическими вопросами достижения требуемого уровня выходных показателей качества кинообъектипов занимались многие ученые: Г.Г.'Слюсарев,Ь1.М.Русинов,А.И.Турыгин,Д.С.Волосов и др. В работах Комара В.Г..Раковского В.В.,Гребенникова О.Ф.,Голода И.С..Новика Ф.С..Ольвовской М.Б.«Устинова И.К. (оптические покрытия) и др. сформулированы количественные требования к параметрам кинообъективов для достижения определенного уровня качества экранного изображения,соответствующего той или иной ква-лиметрической оценке качества.Вопросами повышения качественных Показателей кинообъективов занимаются НШЙИ и НПО "Экран",их исследования^ основном,направлены на повышение светосилы,коррекцию аберраций,снижение неравномерности разрешающей способности по полю изображения и т.д.

Однако гарантированное обеспечение качестьа воспроизводимого киноизображения,очевидно,зависит не только от расчетных (номинальных) значений параметров,но и,в значительной мере, определяется технологическими погрешностями изготовления,сборни,юстировки,а также погрешностями,возникающими в процессе эксплуатации (при установке объектива в киноаппарат).

Таким образом,в работе поставлена и решена задача научно-обоснованного нормирования требований к функциональной и технологической точности выходных параметров кинообъективов,а также методов и средств их квалиметрической оценки и реализации с использованием методов психофизики,что,в конечном счете, обеспечит управление качеством киноизображения.

Цель работы.Целью настоящей работы является разработка методов и средств повышения функциональной и технологической точности кинообънктивов.что может быть решено при использовании системного подхода к оценке взаимосвязи технологических погрешностей,возникающих при производстве,сборке и эксплуатации кинообъективов в киноаппаратах с качественными характеристиками экранного изображения.

Для достижения этой цели в работе:

1. Проведено исследование требований и уровней технологической точности кинообъективов методами конструктивно-технологического анализа.

2. Решены вопросы обоснования требований к функциональной точности кинопроекционного объектива, исходя из сенсорных зависимостей зрительного анализатора от информационных критериев, пороговой контрастной чувствительности зрительного анализатора и наиболее высокого на сегодняшний день уровня качества фильмокопии.

3. Проведен анализ требований к технологическим погрешностям, возникающим при установке кинообъектива в аппарате, а также исследование реальных уровней этих погрешностей в процессе эксплуатации.

4. Исследовано влияние технологических погрешностей сборки объективов в киноаппарате (величина неперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кадра и величина децентри-рования кинопроекционного объектива в осветительно-пройщшон-no!i системе кинопроектора), динамических погрешностей, вносимых процессом реальной эксплуатации на качественные параметры киноизображения.

0. Определены допустимые погрешности вышеуказанных параметров на основании проведенных психофизических экспериментов.

Научная новизна.

1. На основе разработанных под руководством Коломенско -го H.H. основных положений .технологической квалиметрии определена связь мевду технологическими погрешностями сборки, вотировки, установки объектива в киноаппарате и психофизическими параметрами качества экранного изображения, что позволило установить их влияние на интегральное качество кинематографического изображения.

2. На освове предложенной, разработанной и экспериментально апробированной с участием автора теории и методов оценки случайной динамической фильтрации (в частности, для определения функции передачи модуляции механизмов транспортирования носителя) обеспечена комплексная оценка и нгрмирование технологических погрешностей системы сигналоноситель - механизм -

-

объектив.

3. Таким образом, впервые осуществлен системный подход к заданию требований к функциональной и технологической точности выходных параметров кинообъективов, учитывающий как взаимосвязь предшествующих объективу звеньев сквозного кинематографического процесса, так и влияние реальных технологических погрешностей на результирующее качество экранного изображения.

Практические результаты.

1. Проведена сценка технологической точности кинообъективов с помощью конструктивно-технологического анализа.

2. Исследовано влияние технологических погрешностей сборки компонентов объектива на его качественные параметры, установлены требования к величине децентрирования компонентов по допустимым значениям аберраций и исследовано влияние децентрирования компонентов на функцию передачи модуляции кинопроекционного объектива.

3. Обоснована функциональная точность кинопроекционного объектива с учетом сенсорных зависимостей .зрительного анализатора от информационных критериев, пороговой контрастной чувствительности и существующего на сегодняшний день наиболее высокого уровня качества фильмокопии.

4. Экспериментально и теоретически исследовано влияние .технологических погрешностей сборки,установки и юстировки кинообъектива в аппарат в условиях эксплуатации на качество охранного изображения.

5. Оценено влияние погрешностей динамического процесса транспортирования сигналоносителя на функциональную точность,

6. Даны рекомендации по допустимым значениям таких технологических погрешностей сборки объектива в киноаппарате, как вбличина нэперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кадра и величина его децентрирования в освртитель-но-проенционной системе.

7. Создано котировочное устройство, обеспечивающее требуемую точность центрирования элементов, осветитёльно-проек-ционной системы.

Реализация результатов. Рекомендации по допустимой величине неперпендикулярйости киносъемочного объектива отно -

сительно плоскости кадра использованы на киностудии "Ленфильм" при создании профессиональной киносъемочной аппаратуры.

Рекомендации по допустимой величине децентрирования кинопроекционного объектива и предложенное юстировочное устройство использованы на Ленинградском киномеханическом заводе.

Экспериментальные установки и методика исследования влияния величины неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива относительно плоскости кадра на качество киноизображения используются в учебном процессе по дисциплине "Технология производства киновидеоаппаратуры".

Использование результатов диссертационной работы подтверждено актами внедрения соответствующих организаций.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях института и киноорганизаций Ленинграда в 1982, 1984, 1986 гг., на научных семинарах кафедры технологии киноаппаратостроения в 1982 - 91 гг.

Публикации. По результатам исследований, выполненных в процессе работы, опубликовано 12 работ и получено авторское сви -детельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 177 страниц, включая 60 рисунков, 19 таблиц. Список литературы включает 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, сформулирована цель работы и определены основные задачи.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СТРУКТУРУ СТОИМОСТИ КИНООБЪЕКТИВОВ И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.

В первой главе проводится анализ технологической точности кинообъективов. Технологическая точность кинообъективов коли -чоственно нормируется требованиями стандартов и технических условий. Проанализированы такие качественные характеристики, как разрешающая способность в центре и на краю изображения и неравномерность освещенности по полю изображения. Обнаружена неодназ-начность, широкий диапазон требований. Требования технических

условий на отдельные объективы зачастую с трудом соответствуют стандарту в силу трудностей реальных технологических процессов в условиях предприятия. Найти причину такого положения позволяет конструктивно технологический анализ. Такой анализ был проведен для линейки кинопроекционных объективов типа РО, имеющих однотипное конструктивное исполнение и наибольший удельный вес в общем объеме стоимости объективов (ввиду их значительного объема выпуска). В результате проведенных исследований обнаружена огромная номенклатура типоразмеров аналогичных элементов, различные варианты конструктивных исполнений однотипных элементов. Один из возможных путей повышения технологической точности кинообъективов - сокращение этой номенклатуры типоразмеров, использование однотипных конструктивных вариантов исполнения аналогичных элементов, выполняющих одинаковые функциональные задачи (оправ.линз, переходных оправ, колец, колпачков и т.п.), что очевидно устранит трудности, связанные с процессом переналадки оборудования, сборки, значительно снизит процесс возможного брака.

Конструктивно-технологический анализ также позволил рас-, считать такую важную характеристику, в основном определяющую качественные характеристики, как величина децентрировки компонентов объектива. Были рассчитаны векторные размерные цепи вероятностным методом. Замыкающим эвеном цепей явилась величина децентрировки, являющаяся также, как и погрешности составляющих звеньев (эксцентриситет линзы в оправе, торцевое биение линзы в оправе, зазор менаду линзой в оправе и оправой объектива) случайной величиной, подчиняющейся закону распределения Релея. Анализ показал, что возникающая децентрировка значительно (иногда на порядок) превышает допустимую техническими условиями величину, тем самым вызывает необходимость окончательной дополнительной юстировки.

Один из возможных путей повышения технологической точности с точки зрения точности взаимного центрирования компонентов -использование конструктивного исполнения объектива, значительно упрощающего размерные цепи, например, варианта, в котором предварительно отцентрированные линзы устанавливаются без оправ с натягом в тубус объектива.

- 3 -

Такой вариант был разработан для кинопроекционного объектива (на него было получено авторское свидетельство). Проведенное рассчеты показали, что за счет сокращения размерных цепей величина возможной возникающей децентрировки лежит в пределах допуска, что исключает необходимость традиционной, окончательной ппгоколлимационной юстировки.

При анализе требований технических условий на точность центрирования компонентов оказалось, что зачастую (особенно для кинопроекционных объективов) на различные компоненты объектна устанавливается один и тот жо допуск на точность центрирования (чаще 0,01 мм). Исследованию влияния децентрирования компонентов оптических систем на дополнительно возникающие аберрации посвящено большое число работ.

Тем не менее в настоящее время отсутствуют программы для определения допусков на конструктивные параметры и децентрировку, допуски устанавливаются конструктором на основе изучения таблиц, с которых указывается влияние изменения параметров и децентрировки на аберрации. Создание программ для ре-пения этих задач связано с серьезными трудностями, так как равномерное распределение допустимых изменений аберраций между первичными ошибками приводит к весьма неравномерному распределению допусков: для одних параметров они технологически неприемлемы, для других - чрезмерно широки. То есть даже специалисты оптики, имеющие в своем распоряжении полнейшее теоретическое и программное обеспечение не имеют возможности установить в явной форме зависимости значений допусков на конструктивные элементы и децентрировку от аберраций.

В связи с вышеуказанным в работе решается задача обоснован ния требуемой точности центрирования компонентов, (это решено для кинопроекционных объективов) и исследуется влияние децентрирования на ШМ объектива. Предложенная автором методика позволяет даже инженеру-технологу, занимающемуся производством объективов, определить наиболее критичнве к децент-рировке поверхности, назначить в первом приближении допуск на децентрировку и установить влияние децентрирования на ФПМ. Данная методика основывается на результатах исследований

- У

Слюсарева Г.Г.,которым било доказано,что для таких ш1зуилышх систем как кинопроекционные объективы,несмотря на множество возникающих аберраций.решающее значение для восприятия имеет кома.постоянная по полю.За критерий допустимой децонтрировки взято значение комы,равное ди&метру первого дифракционного кольца,т.е. соответствующее критерию Релея.Определение требуемой точности центрирования компонентов объектива является одним из аспектов обоснования требований к его технологической точности.

Рассмотренные выше направления и результаты исследований является исходными для формулирования точностных параметров, определяющих точность,достижимую при производстве объективов ~ технологическую точность.

Однако.воспроизводимость качества изображения,обеспечиваемого объективами,зависит от условий их Использования в реальных условиях эксплуатации.Говорить только о технологической точности кинообъективов совершенно неправомочно.необходимо имей в виду функциональную точность.

В данной глава сформулированы требования к функциональной точности кинопроекционного объектива с учетом того,что кинопроекционный объектив является одним из многочисленных звеньев сквозной кинематографической системы.С этой целью использованы полученные ранее различными авторами сенсорные зависимости от информационных критериев и пороговая кривая контрастной чувствительности. Рассчитана ФЦМ экранного изображения,соответствующая отличной оценке киноизображения.

Ф11М киноизображения .рассчитанная в работе, является многомерной характеристической функцией,предложенной Коломенским H.H. для комплексной оценки технологических и функциональных погрешностей киноаппаратуры ( в данном случае - возможных погрешностей положения кадра:его прогиб при нагреве,сдвиг,а также различных технологических погрешностей сборки объектииодержателя .

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КШЮПРОШЦИОНПЫХ ОБЪЕКТИВОВ

и фильмового канала и т.д.):

¿/и>,Х,+ЩХг t. Ul'„2n)

где х. - случайные независимые параметры.

- ю -

В силу независимости случайных величин характеристическая функция многомерной случайной величины равна произведению ха -рактеристических функций отдельных величин;

где и)*

Таким образом введение характеристической функции позволяет выделить искажения, вносимые случайными погрешностями расположения кадра и представить их в виде отдельного линейного звена, имеющего функцию распределения плотности вероятности 5Р(х) .

В настоящее время наиболее часто используемой характерис -тикой для оценки качества Киноизображения является ФГ1М, однако анализ показывает, что при исследовании влияния технологических погрешностей сборки объектива в киноаппарате необходим учет и фазовых искажений, количественно оцениваемых функцией передачи фазы (ФИФ). Фазовые искажения приводят к смещению координат контрастных протяженных объектов. Например, при децент-рировке оптических элементов кинопроекционного объектива в пределах 0,01 мм ( а такая точность обуславливается ТУ), величина фозового сдвига достигает 0,002 мм в плоскости фильмокопии, что на.порядок ниже разрешающей способности зрительного анализатора в условиях рассматривания экранного изображения, кроме того, такие маскирующие факторы /«гранулярность и неустойчивость полностью исключают возможность непосредственного восприятия фазовых искажений.

Учитывая вышеизложенное и используя общепринятые в теории кинематографических систем обозначения можно представить ФПМ экранного изображения как произведение СПМ звеньев кинематографической системы ^ (£) и найти требуемую ФПМ кинопроекционного объектива И по (из выражения:

Кф* (£) " о)

где К).(^) - ФПМ экранного изображения, соответствующая отличной оценке;

- Ф11М фильмокопии, являющаяся результатом кинематографического процесса, звенья которого имеют наи -лучшие в настоящее время пространственно-частотные характеристики.

Полученные кривые требуемых Ф11М кинопроекционных объективов .Ипо ({с) Для цветного и черно-белого изображения приведены на рис. I и определяют именно функциональную точность кинопроекционного объектива.

ю го а/ чо б

Рис. I. Требуемая функциональная точность кинопроекционного объектива: а - цветное изображение; б - черно-болое изображение.

Разность между определенной функциональной точностью и технологической определяют различные погрешности реального процесса кинопроекции. Корректный учет взаимного влидния погрешностей возможен путем решения дифференциальных уравнений. Г'азличншц авторами было исследовано влияние отдельных погрешностей поло-нения кадра (прогиб, сдвиг, дефокусировка) на качество киноизображения. Методы экспериментальной и теоретической оценки интегрального вклада динамических погрешностей вносимых механизмом транспортирования сигналоносителя в снижение ФПМ результирующего качества киноизображения были разработаны с участием автора.

При обзоре и анализе исследований, посвященных погрешностям положения сигналоносителя при киносъемке, кинопроекции

оказалось, что совершенно отсутствует исследование влияния технологических погрешностей сборки, установки, юстировки кинообъективов в аппарате на качество киноизображения (особенно таких погрешностей, как величина неперпендикулярности оптической оси, объектива плоскости кинокадра и величина децентрирования объектива в ШС киноаппарата). Решению этих вопросов посвящены остальные главы данной работы. . -

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СУ1ДЕСГВУЩЕГ0 УРОВНЯ ТРЕБОВАНИЙ К ТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ КИНОСЪЕМОЧНЫХ И КИНОПРОЕКЦИОННЫХ ОБЪЕКТИВОВ В КИНОАППАРАТЕ И ШТИМИЗАЦШ ТОЧНОСТИ ■ УСТАНОВКИ КИНОСЪЕМОЧНОГО ОБЪЕКТИВА ОТНОСИТЕЛЬНО ПЛОСКОСТИ КАДРОВОГО ОКНА

В таблице I приведены результаты анализа требований к точности установки объектива в киноаппарате. Кроме того, ввиду отсутствия контрольно-юстировочных приборов в условиях эксплуатации были измерены ошибки установки объективов для реальных модалей киносъемочных аппаратов и в кинотеатрах. Для измерения величины нсперпендикуляркости оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кадра в условиях эксплуатации было'создано устройство оперативного контроля и, в соответствии с разработанной методикой^ были проведены измерения фактической величины неперпендикулярнос.ти оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кадрового окна в нескольких кинотеатрах г.Ленинграда. Измеренные величины составили ¿20 - 50*. Погрешности установки (величина неперпендикулярности оптической оси плоскости кадрового окна) для киносъемочных объективов были проверены на специально разработанной установке и составили - 10-15*.

Проведенный обзор и анализ теоретических исследований, посвященных влиянию погрешностей установки объектива в киноаппарате на качество экранного изображения, требований тех -ничаских условий, фактических погрешностей в реальных аппаратах показал неоднозначность, значительное различие уровней еребований к точности установки объектива в киноаппарате.

Анализ требований к точности установки объективов в киноаппаратах

Таблица I

Кинопроекционный объектив ■Киносъемочный .объектив

Параметр,определяющий точность установки Величина децентрирования-объектива в осветительно-пгюекпионной системе Параметр,определяющий точность установки

Эксперименталь-но-теоретичес -кие исследова -ния -предельный угол наклона -исследована точность продольной установки • ( - 0,35 мм) ± 0,1 км -исследована точность установки вдоль оси 1 - 0,02 ш)

Технические условия на аппараты допустимая неперпендикулярность оптической оси объектива плоскости кадра 5 10-15» 23 КПК: Элементы долены быть соосны, отклонение не должно превышать 1ым. ■ 23КПК-3: Обеспечить совмещение оси осветителя с оптической осью объектива и прохождение ее через центр. Отклонение не должно быть более 2.т точность продольной установки - 0,03 мм

Условия реальной эксплуатации величина неперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кинокадра i 20-50' юст-ировочный конус не фиксирует погрешности менее 7 ш величина неперпендикулярности оптической оси объектива плоское-^и казового окна

Конструктивно-технологические расчеты разыграй цепей ± 0, 21 мм -

' Войду неоднозначности требований была поставлена задача -исследовать влияние погрешностей установки объектива в киноаппарате на качество киноизображения и определить допустимые погрешности установки.

С этой целью для исследования влияния точности установки киносъемочного объектива на качество киноизображения была разработана экспериментальная установка, позволяющая моделировать величину неперпсндикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна и одновременно исследовать влияние этой погрешности на качество изображения (на этой же установке были измерены величины неперпендикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна для_ нескольких камер). Схема установки приведена на рис. 2.

При измерении величины неперпендикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости, кадрового окна для отдельна камер киносъемочная камера I устанавливалась на станину, оптическая ось совмещалась с оптической осью зрительной трубы гониометра'4. Для того, чтобы установить плоскость кадрового окна перпендикулярно оптической оси зрительной трубы гониометра киносъемочный объектив снимался, в ({ильмовой канал устанавливалась зеркальная пластина 2 и по коллимационному блику добивались нужного положения кадрового окна. Затем устанавливался киносъемочный объектив 3 и так же с помощью зрительной трубы гониометра по автоколлимационному блику добивались совпадения его оптической оси с осью зрительной трубы, при этом по отсчетному устройству гониометра определялась величина неперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кадрового окна. Каяздая серия измерений включала 20 измерений (рис. 2а).

На рис. 2 б показан принцип юстировки. Цель юстировки -добиться перпендикулярности оптической оси объектива плоскости кадрового окна. Сначала устанавливается плоскость кадрового окна перпендикулярно оптической оси зрительной трубы и гониометра при снятом объективе 7, затем совмещается оптическая ось объектива 7 с оптической осью зрительной трубы 4 гониометра..

Принцип экспериментальной оценки влияния перпендикуляр-

Рис.2. Схема экспериментальной установки: а-измерение величины неперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кадра; 1-испытуемая камера; 2-зеркаль-нь'й вкладыш в фильмовой канал; 3-ооъектив испытуемой камеры; 4-эрительная труба гониометра; б-гостировка; Б-киносъемоедая камера ".".'осква ; б-светонепроницаемый кожух; 7-киносъеиоч-№¡1 объектив; 8-поБоротный столик гониометра р-исследование влияния неперпекдикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадра на качество киноизображения; 9- алидада . гониометра; Ю- тест-объект.

ности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна показан на рис. 2в. Для проведения такой оценки зритель ная трубе 4 отводилась Ь сторону и киносъемочный аппарат 5 осуществлял съемку тест-объекта 10 при различных величинах непер -пендикулярности оптической оси объектива плоскости кадрового окна. Тест-объект включал в, себя различные сметы и изображения П-образных ыир, расположенных в центре и на краю поля тест-объекте. Величины неперпевдикулярности задавались поворотом столика ¡В гониометра с шагом I*.

После химико-фотограф}1че ской обработки негатива по стандартным методикам измерялась ФПМ на микрофотометре МФ-4. После измерений значения контраста, измеренные по П-образной мире, пере-считывались на гармонический закон распределения по формуле Кольтмана.

Полученные акачения ФПМ негатива при различных величинах неперпендикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна показаны на рис.3. Указанные кривые характеризуют функциональную связь в системе объектив-фильмовой канал пр неперпендикулярности.

Для обоснования допустимой величины неперпендикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадра проводилась субъективная оценка резкости отснятых материалов в условиях проекции. Для проекции отснятых сюжетов (печать осуществлялась на аппарате контактной печати 23КГК) использовалась специально разработанная установка, которая будет описана ниже. Система контроля установки позволяла практически исключить влияние по -грсвностей установки кинопроекционного объектива на исследуемый параметр, все изменения, резкости моделировались только киносъемочным объективом.

Проекция тест-фильма, снятого с различными значениями неперпендикулярности оптической:оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна позволила выделить интервал, в котором располагаются значения ФПМ, соответствующие пороговому значению возникновения заметного зрителю изменения резкости по полю изображения. •

. Допустимое значение неперпендикулярности найдено цля наиболее критичного случая (отличная по резкости фильмокопия, отсут-

ствие маскирующей нерезкости при копировании и кинопроекции, относительное отверстие киносъемочного объектива 1:8) и составило ± 5'.

Рис. 3. ФПМ негатива (для точки на краю изображения) при различных величинах неперпендикулярности оптической оси киносъемочного объектива плоскости кадрового окна. .

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ВЕЛИЧИНУ НЕПЕРЛЕВДИКУЛЯРНОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ КИНОПРОЕКЦИОННОГО ОБЪЕКТИВА ОТНОСИТЕЛЬНО ПЛОСКОСТИ КАДРОВОГО ОК!1А

Для исследования влияния величины неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива относительно плоскости кадрового окна на качество экранного изображения .для экспериментального определения допустимой величины указанного параметра было разработано и изготовлено проекционное устройство.

- re -

Принципиальная схема устройства приведена на рис.4.

fKc.l, Принципиальная, схема установки для измерения величины неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кадрового окна и для исследования влияния этой величины на качество изображения: 1-объективодер*атель; 2-коллиматор гониометра; 3-фильмовый канал; 4-ПОворртный столик гониометра; 5-станина кинопроектора; 6-кинолента; 7-осветительная система; 8-кадр; 9-кино-экран; 10-отсчвтнов устройство гониометра.

Установка позволяла демонстрировать кинофильм с одновременной

возможностью моделирования и измерения неперпендикулярности оп-

тической оси кинопроекционного объектива плоскости проецируемого кинокадра.

В качестве основного блока, позволяющего моделировать и измерять неперпендикулярность оптической оси, использовался гониометр ГС-5. Кинопроекционный объектив устанавливался в объективо-держатель, являющийся частью обычного объективодержателя кинопроектора, закрепленный с помощью специального хомута на коллиматоре 2 гониометра. Фильмовой канал 3 кинопроектора устанавливался на поворотном столике 4 гониометра.

Моделирующий блок устанавливался на станину 5 кинопроектора и совмещался с элементами механизма транспортирования киноленты и осветительной системой 7. Проецируемая фильмокопия 8 изображалась объективом в плоскости киноэкрана 9. Огсчетное устройство 10 гониометра имело цену деления I". Поскольку ось симметрии поля изображения на кадре совмещена с осью поворота алидады, а оптическая ось объектива 7 совмещена с осью зрительной трубы 2, соответствующий поворот алидады моделировал неперпендикулярность оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кадрового окна.

Для получения на установке достоверных результатов была разработана специальная методика юстировки. Цель юстировки - добиться строгого соответствия угла поворота, (неперпендикулярности) кинопроекционного объектива, установленного над зрительной трубой гониометра, отсчетному значению по окулярному микрометру, что возможно лишь при строгой параллельности отсчетной оси гониометра и оптической оси осветительно-проекционной системы.

Экспериментальное обоснование значения функциональной точности - допустимые значения неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива может быть получено на основании способности зрительного анализатора кинозрителя замечать изменение резкости по полю кинокадра. Т.е. при применении метода моделирования совокупности маскирующих факторов на уровне, существующем при реальном кинопоказе с возможностью изменения и измерения исследуемого фактора (неперпендикулярности оптической оси) и определения его допустимого уровня психофизическими пороговыми методами.

Цель проведения эксперимента - установление зависимости

- 2U -

между оценкой качества экранного изображения по резкости и величиной неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива плоскости проецируемого кадра. Оценка зависимости ухудшения резкости экранного изображения проводилась при помощи оценки заметного изменения резкости. В эксперименте использовались фильмокопии, прошедшие ОТК по качеству с сюжетами, характерными для кинематографа. Интегральная квалиметрическая оценка резкости выбранных сюжетов составляла 4,2 - 4,5 баллов.Яркость экранного изображения составляла 40+^ кд/м^. Испытуемые располагались на расстоянии 2,5 - 3,5 ширинц экрана. Значения неперпендикулярности задавались дискретно с шагом 1^5*. Для определения связи между интенсивностью раздражителя (величинойнеперпендикулярности) и вызванным им допустимым ощущением использовались шкалы качества и ухудшений, позволяющие получить квалиметрические оценки вне зависимости. от характера возникающей нерезкости экранного изображения. В эксперимента принимало участие 15-20 наблюдателей, имеющих нормальную остроту, зрения.

За допустимую величину неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кинокадра принимались значения, соответствующие экспертным оценкам "едва заметно", они соответствовали порогу ощущения появления дополнительной нэрез-крстй экранного изображения, вызванной неперпендикулярностью оптической оси объектива плоскости кинокадра. Измерения были проведены для различных сюжетов и моделей кинопроекционных объективов. На рие.5 показана зависимость субъективного восприятия дополнительно возникающей нерезкости экранного изображения за счет величины неперпендикулярности оптической оси объектива.

Полученные результаты показали, что допустимая величина не-пврпендикулярности при максимальном на сегодняшний день интегральном уровне резкости фильмокопии (4,2 балла) для самого критического случая может быть принята ~ 18'. Такое значение функциональной точности положения оптической оси кинопроекционного объектива относительно плоскости кинокадра заведомо не будет приводить к заметному наблюдателю ухудшению резкости при любых условиях, например, при уменьшении интегрального уровня резкости фильмокопии, яркости экрана.

- ZI -

y*<Jt?w£<-ние не Заметно

fowM

исйе

Meuiaej

iaMtnp

Нешпе/

iic6cpcl ЬТН/ХиТ

bvjcfvoü трсиы

пасуй

rfcfcpcr ilHCCt/r liChrpO

Kiffpa

Рис. 5.' Сенсорная характеристика по дополнительно возникающей нерезкости за счет неперпендикулярности оси кинопроекционного объектива относительно плоскости кинокадра.

Теоретические исследования влияния неперпендикулярности оптической оси кинопроекционного объектива относительно плоскости кадрового окна посвящены расчету влияния указанного пора-метра на ФПМ и количественные информационные критерии изображения. При повороте кадра имеет место дефокусировка изображения, при развороте объектива меняется форма входного зрачка. Сравнительная оценка влияния неперпендикулярностн оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кинокадра за счет поворота ■ кадра и поворота объектива показала, что для элементов системы объектив - фильмовый канал с точки зрения обеспечения резкости киноизображения наиболее критичнъм оказалось положение кадрового окна.

Полученные экспериментальные зависимости были проверена расчетно-англитически по интегральному критерии -х ар акт ср:~Сп«» ческому функционалу (Коломенский H.H.).

ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТОЧНОСТИ ЦЕНГРИРОВАКИ КИНОПРОЕЩЮН-НОГО ОБЪЕКТИВА В ХВШТЬШЬНО-ПРОЕКЦИОННОЙ СИСТЕМЕ КИНОПРОЕКТОРА

В таблице I такхе приведены результаты анализа требова.-

2 2 -

ний к точности центрирования кинопроекционного объектива в осве-тительно-проекционной системе кинопроектора по теоретическим исследованиям, техническим условиям, по реальным погрешностям из ■ конструктивно-технологических расчетов.Анализ показал,что реальные погрешности,возникающие за счет размерных цепей системы объектив - объективодержатель - фильмовый канал,требования технических условий и допустимые погрешности,определенные по результатам теоретических и экспериментальных исследований различными авторами,отличаются почти на порядок.

Научное обоснование допустимой величины децентрирования кинопроекционного объектива'может быть дано методами психофизических исследований,изучающих влияние величины децентрирования на качественные характеристики киноизображения (возникающую дополни^ тельную неравномерность освещенности экранного изображения).Для проведение экспериментальных исследований была разработана установка, принципиальная с^ема которой приведена на рис.6.

Методика оценки сенсорной чувствительности зрительного анализатора к величине децентрирования кинопроекционного объектива была такой же,'как и при определении сенсорной чувствительности зрительного анализатора в величине неперпендикулярности оптической оси объектива плоскости кинокадра.На рис.7 приведена экспериментально полученная сенсорная характеристика зрительного анализатора по дополнительно возникающей неравномерности освещенности экранного изображения за счет децентрирования кинопроекционного объектива.

Допустимая величина децентрирования,соответствующая критерию "едва заметно",составила +2,5 мм*

При исследовании влияния точности расположения кинопроекционного объектива в осветительно-проекционной системе кинопроектора на качественные характеристики экранного;изображения был проведен расчет точности используемых в условиях эксплуатации сстировочных устройств.Анализ показал невозможность выполнения требуемой точности расположения элементов с применением используемого в условиях эксплуатации котировочного конуса.Предложено котировочное устройство,обеспеиивающее требуемую техническими условиями точность расположения элементов осветительно-проекционной системы.

Рис.6. Схема проекционного устройства для оценки влияния величины децентрирования кинопроекционного объектива на качество изображения: I - кинопроекционный объектив 2 - направляющие для перемещения объектива; 3 - фильмовый канал; 4 - направляющие контротражателя, 5 - контротражатель; 6 - отражатель; 7 - направляющие для отражателя; 8,9,10 - индикаторы.

Рис.7. Сенсорная характеристик« зрительного анализатора по дополнительно возникающей неравномерности освещенности изображения за счет децентрирования кинопроекционного объективе: I - точная юстировка остальных елеиентов осве-титсльно-проекциошюй системы; 2 - элементы системы имб-юг смещения в пределах допуска по техническим условиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе поставлены и решены вопросы научного обоснования фуекциональной точности выходных показателей кинообъективов, разработаны методы системного подхода в оценке как технологических погрешностей,возникающих в процессе производства кинообъективов,так и (функциональных погрешностей,связанных со сбойкой.юстировкой и эксплуатацией объективов в киноаппаратах.

системный подход к обоснованию функциональной точности включает в себя учет взаимного влияния предшествующих объективу звеньев сквозного кинематографического процесса, влияния реальных технологических погрешностей производства, сборки, установки, юстировки, а так же случайных динамических погрешностей, вносит« механизмом транспортирования сигналоносителя.

Такой подход позволил научно обосновать, нормировать и комплексно оценить технологические отклонения системы сигналоноситель-механизм - объектив за счет использования психофизических мето -дов, исходя из сенсорных зависимостей зрительного анализатора.

Разработанные методы анализа и проведенные в соптретствии с ними расчеты технологической точности выходных показателей кинообъективов позволили определить возможные пути повышения уровня технологической точности, обеспечиваемой производственным процессом изготовления объектива.

Обоснование требуемой функциональной точности, выходных показателей кинопроекционного объектива или того предельного состояния выходных показателей, которое может иметь место в условиях реальной эксплуатации с учетом возникновения различных погрешностей проведено на основании использования сенсорных зависимостей зрительного анализатора от информационных критериев киноизображения (информационной плотности записи),а также рдсчетно-аналитически по интегральному критерию -характеристическому функционалу.

Несоответствие технологической и ^-нкциональной точности* выходных показателей кинообъектива объясняется погрешностями его сборки, установки, юстировки в киноаппарате, случайными динамическими погрешностями процесса транспортирования.

В работе исследовано влияние таких технологических погрешностей, как величина неперпендикулярности оптической оси объек-

тива относительно плоскости кадрового окна и децентр!фование кинопроекционного объектива в осветительно-проекционной системе кинопроектора на качественные характеристики киноизображения.

Определены допустимые значения вышеуказанных параметров на основании проведенных психофизических экспериментов.

Указанное нормирование позволит целенапраленно управлять результирующим качеством, является критерием для оптимального выбора схемно-конструкторских решений и технологических методов Является одним из многочисленных и неоднозначных вопросов технологической квалиыетрии.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бабушкин С.Г., Нестерова Е.И. Анализ структуры трудоемкости и себестоимости отечественных обьективов. - В сб.:Тенденции и перспективы'развития отечественной кинотехники. Труды ЛИКИ. Л., 1985, с.I07-II2.

2. Бабушкин С.Г., Кулаков А.К., Нестерова Е.И. Установка для осветительно-проекционных систем.-Информационный листок

ДО168-86.Ленинградский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1506, 3 с.

3. Бабушкин С.Г., Кулаков А.К., Нестерова Е.И. О допустимой значении неперпевдикулярности оптической оси кинопроекционного объектива плоскости кинокадра,- В сб.: Техника фильмо -производства. Труды ЛИКИ. Л., 1986, с.122-126,

4. Бабушкин С.Г..Нестерова Е.И. Объектив оптической системы, Авторское свидетельство №1363112, заявка №3985002, 1987.

5. Бабушкин С.Г.,Кулаков А.К., Нестерова Е.И. Оценка «требуемой функции передачи модуляции кинопроекционного объективе, - Дел.ста«ья в ОНТИ НИКФИ, 103 КТ-Д-87 от 13.04.67. •

6. Бабушкин С.Г., Кулаков А.К., Нестерова Ii.ll., 0 точности ротировки элементов осватительно- проекционной системы кино -проектора. - В сб.: Разработка и производство киноаппаратуры'

И носителей кинематографической информации. Труди ЛИКИ,-Л., 1987, с.55-61.