... Вы стараетесь удержаться в кресле изо всех сил. Ваше сердце бьется в бешеном темпе. Вы никогда не видели ничего подобного. Это - экран, высотой с восьмиэтажный дом. Экран столь велик, что Вы не только смотрите кинофильм - Вы часть этого фильма...Это - SONY IMAX^® Театр.

Sony IMAX^® (http://www.imax.com/) создал удивительную индустрию двухмерного (2D) и трехмерного (3D) кинопоказа.

Зритель максимально приближен к действию на экране - он "реально" находится внутри фильма.

Формат IMAX, разработанный маленькой группой Канадских ученых был впервые показан на выставке Экспо'70 в Осаке, Япония. Первый кинотеатр "Киносфера" (Cinesphere) был построен в 1971 г. в Торонто, Канада. Сегодня, более 200 постоянных кинотеатров IMAX работают в 20 странах мира, демонстрируя уникальные видовые и образовательные фильмы (общее количество - более 130), включая такие как: "Большой Каньон", "Заповедник Йеллоу Стоун", "Путешествие в Серенгети", "Подводный мир", "Амазонка", "История Земли", фильмы по авиации и др. 60 миллионов зрителей уже видели это удивительное кино.

Все секреты IMAX^® очень просты:

1. Экран IMAX^®

Экран в IMAX^® Театрах может достигать высоты 24 метра и ширины 30 метров. Технология предусматривает использование криволинейного (GIANT SCREEN) или купольного (DOME) экранов.

Экран сделан из перфорированного винила или металлических пластин, которые закреплены на специальном каркасе.

Экран настолько большой, что его вес достигает от 320 кг (для виниловой поверхности) до 1,5 тонн для металлической. Покрытие экрана - латексное (2D) или металлизированное (3D) для увеличения коэффициента отражения, превышающего обычный - в несколько раз. Это важно для высокого качества изображения, которое зрители видят невооруженным глазом при проекции в формате 2D или через линзы очков при проекции 3D.

2. IMAX^® кинопленка.

Формат IMAX^® - это фактически 70mm пленка, на которой кадр расположен в продольном направлении. В то время как у нормальной 70mm пленки - 5 перфораций по ширине, у IMAX^® - 15. Часто формат IMAX^® называют 15/70mm.

Известно, что чем больше физический размер (площадь) кадра на кинопленке, тем лучше качество изображения. Технология IMAX^® использует самый большой размер кадра за всю историю коммерческого кино. Площадь кадра в 20 раз больше, чем в технологии 16mm, в десять раз превышает 35mm (cinemascope) и в три раза больше чем стандартный формат 70mm. При этих размерах кадра, изображение может проецироваться на гигантский экран, и при этом поддерживать исключительное разрешение, яркость и контрастность изображения.

Размеры экрана намного превышают возможности периферийного зрения человека. Зритель забывает о том, что экран имеет границы - изображение заполняет всю зону видимости.

3. Кинопроектор IMAX^®

Проектор IMAX^® является наиболее современным, точным и мощным проектором за всю историю индустрии.

В проекторе используется ксеноновая газоразрядная лампа мощностью до 15,000 Ватт. Проектор имеет водяное охлаждение. При проекции в формате 3D (два проектора), общая мощность ламп достигает 30,000 Ватт.

Тепло, выделяемое лампами, требует специальной системы охлаждения. Производительность системы циркуляции - 1,600 кубические метров воздуха и 36 литров дистиллированной воды в минуту.

Пленка в проекторе движется горизонтально. Фильмотранспортный механизм сконструирован по принципу "вращающейся петли". Пленка проходит через проектор плавным волнообразным движением. Точность и качество фильмотранспортного механизма в проекторе IMAX являются критичными. На таком гигантском экране зритель видит малейшие колебания кадра, и четкость изображения теряется. Перфорация в IMAX удерживается специальными штифтами, и кадр жестко фиксируется напротив кадрового окна с помощью вакуумной системы.

Точное позиционирование пленки перед линзой зависит от набора штифтов и механизма плавного регулирования скоростью, управляемого рычагом, имеющим тензометрические датчики натяжения пленки. Рычаг направляет штифты в двухстороннюю перфорацию, регулируя скорость движения кадра в апертуре. Средняя скорость движения пленки - 48 кадров/сек.

В результате, стабильность, фокус и качество цветопередачи изображения намного превышают стандарты для 35 и 70 мм. При этом ресурс кино копии существенно увеличен. Патентованный механизм прерывателя в проекторе в IMAX обеспечивает светопередачу на 30% больше, чем стандартный мальтийский механизм.

Длина фильмокопии продолжительностью 35 минут - 3,600 метров. После зарядки киноаппарат поднимается в центральную часть зала, откуда идет проекция.

Линза проектора сконструирована по принципу "рыбий глаз" - обеспечивает сфокусированное изображение более чем на 70 % поверхности экрана. Этот тип широкоугольной линзы разработан для IMAX компанией Hughes Leitz Optical Technologies Ltd.

Контроль за работой системы осуществляется с пульта дистанционного управления кинотеатром.

Общий вид проекционной комнаты показан на фотографии слева.

Из-за большого формата, кинопленка находится на специальных жестких дисках размоточного устройства (платтера). Диаметр дисков более 2.2 метра. Объем диска рассчитан на четыре часа фильма, или более чем 24,000 метров кинопленки.

Для трехмерных фильмов (3D) используются две копии, которые демонстрируются синхронно: одна для левого экрана очков, другая - для правого.

4. IMAX^® Кресла.

Кресла в театрах IMAX^® имеют большой наклон (25-30%) для удобного обзора всего купола.

5. IMAX^® Звук.

Звуковая система Sony IMAX^® - шестиканальная. Общая мощность широкополосных громкоговорителей достигает 18,000 Ватт. Кластеры громкоговорителей расположены в передней и задней части кинозала. Отдельно расположены громкоговорители канала сверхнизких частот.

Фирма SONIC (http://www.sonics.com/) разработала специально для геометрии залов IMAX DOME акустическую систему сбалансированных точечных громкоговорителей (Proportional Pint Source). Для выравнивания амплитудно-частотной характеристики и увеличения динамического диапазона по всему пространству зала, в системе используются громкоговорители, управляемые электроникой.

Цифровая фонограмма записана на жестких дисках, DAT - кассете или CD дисках.

В качестве дублирующей системы используется 6 канальная магнитная лента, движение которой синхронизировано по тайм-коду.

В последних технологических системах IMAX применяется цифровой дисковый плеер "Соник", способный воспроизводить до 16 каналов звука. Патентованная технология SampleLock^® поддерживает синхронизацию между всеми каналами с допуском 44/1000 секунды. Результат - совершенное воспроизведение оригинальной фонограммы кинофильма.

В театрах IMAX^® впервые была продемонстрирована 3D персональная звуковая система, в которой 6 каналов воспроизводятся через 3 пары громкоговорителей, установленных в головные телефоны. При этом "эффект присутствия" значительно усиливается.

6. Трехмерные очки SONY IMAX^®

SONY IMAX^® разработал трехмерные очки, используя технологию на жидких кристаллах, максимально приближая зрителя к реальности происходящего на экране.

Инфракрасные сигналы управляют жидкокристаллическими линзами очков, обеспечивая чередование открытия и закрытия поляризационных линз, создающих трехмерный эффект.

 

• Сначала появляется изображение в левом окне очков - в это время правый глаз "заблокирован" для изображения.
• Затем, изображение переходит на правую линзу - "блокируется" левая линза.

Поскольку эта процедура повторяется очень быстро, мозг человека "совмещает" эти образы и формирует одно трехмерное изображение.

Кинозал рассчитан на 250 зрителей. В фойе кинотеатра установлена автоматизированная кассовая система. Билеты также можно заказать через сеть Интернет.

Бар фойе рассчитан на 50-70 человек. Есть небольшое кафе, в котором на видео экране демонстрируется технология съемок фильмов в формате IMAX^® и рекламные материалы - анонсы фильмов.

Кинотеатр OMNIVERSUM был открыт в августе 2000 года и уже вошел в перечень достопримечательных мест Нидерландов, посещаемых туристами из всех стран. Расположенный недалеко от моря в уютной парковой зоне, рядом с музеем натуральной истории, кинотеатр, помимо коммерческого предприятия, является гигантским учебным классом, где для школьников и студентов демонстрируется большое количество программ по естествознанию, истории и культуре.

Публикация о проблеме сохранности архивных киноматериалов в журнале Image Technology вышла под заголовком «Винный уксус съедает наше наследие». Действительно, судьба ценных архивных киноматериалов на триацетатной кинопленке не может не волновать всех, кому небезразлична наша история.

Когда была разработана целлулоидная триацетатная основа для кинопленок и магнитных лент, считалось, что этот новый материал будет вечным. Однако время показало, что триацетатная основа стареет и разрушается даже быстрее, чем ранее использовавшаяся нитратная основа.

Исследования, проведенные компанией Kodak, показали, что когда триацетатная кинопленка начинает стареть, ионы ацетата вступают в реакцию с парами воды, содержащимися в воздухе, в результате чего создается уксусная кислота, имеющая характерный запах винного уксуса. 1000-футовый рулон 35-мм кинопленки или магнитной ленты может «произвести» 250(!) чайных ложек столового уксуса. Старение кинопленки, когда оно уже началось, протекает со все возрастающей скоростью, и полностью остановить его невозможно. Оптимизируя условия хранения, можно лишь слегка замедлить этот процесс. Кислота, воздействуя на основу кинопленки, приводит к ее усадке. Как следствие, уменьшается шаг между перфорациями, кинопленка становится короче, уже и деформируется, и в таком состоянии ее невозможно воспроизвести на обычном оборудовании.

Компания SONDOR в кооперации с CHACE (Калифорния, США), лидером в области сохранения и реставрации фонограмм, тщательно исследовала все аспекты этого процесса повреждения кинопленки, в результате чего был разработан метод воспроизведения фонограмм с качеством исходного оригинала. Пока эмульсия в зоне оптической дорожки и магнитный слой в зоне магнитной дорожки еще не отделяются от основы, идеального воспроизведения можно добиться чисто механическими средствами, с минимальными затратами. Если же время упущено, и произошло отслоение, требуется цифровая реставрация, и стоимость восстановления фонограммы возрастает в 10 и более раз.

Тестирование текущего состояния кинопленки осуществляется достаточно просто. Легкий запах уксусной кислоты говорит о том, что скоро потребуется реставрация. Сильный запах указывает, что необходимо принимать срочные меры, в первую очередь проверить адгезию эмульсии к основе. При удовлетворительном состоянии кинопленки нужно скопировать ее как можно скорее.

Для магнитной и оптической звуковых дорожек компания SONDOR совместно со своим партнером, компанией CHACE разработала специальные инструментальные средства, которые используются во всем мире для решения проблем сильной усадки (до 4%) и коробления кинопленки и магнитной ленты.

Усадка

При уменьшении длины кинопленки для воспроизведения фонограммы требуется устройство с трактом в форме Ω-петли и приводом посредством зубчатого барабана. Этому требованию удовлетворяют модели SONDOR OMA. Устройства с приводом посредством ведущего вала для целей реставрации непригодны, поскольку могут возникнуть проблемы скорости и синхронизации. Последствия усадки корректируются с помощью специального зубчатого барабана CHACE с уменьшенными шагом зубьев и диаметром. Хотя кинопленка становится короче и уменьшается шаг перфорации, число зубьев приводного барабана остается неизменным. Таким образом, синхронизация не нарушается.

Далее, вследствие усадки изменяется ширина кинопленки. При 3% усадке ширина кинопленки уменьшается на 1,05 мм. Принимая во внимание, что одна оптическая стереодорожка имеет ширину всего 0,97 мм, необходимо провести измерения сдвига звуковой дорожки, чтобы скорректировать ее положение относительно считывающей головки.

В новых звуковых оптических головках Sondor используются светодиоды белого и красного свечения (для стерео- и монофонограммы) и обводной ролик для правильного позиционирования кинопленки по опорному краю, независимо от ширины кинопленки. Положение рабочего зазора и наклон (азимут) легко регулируются; маркированные шкалы позволяют быстро находить и сохранять оптимальное положение.

Коробление

Для воспроизведения магнитной фонограммы магнитная дорожка должна быть точно позиционирована относительно зазора воспроизводящей головки по всей длине и ширине. Это означает, что использование обычного воспроизводящего устройства для считывания фонограммы на коробленой магнитной ленте или кинопленке невозможно.

В последней модели установки для реставрации фонограмм Sondor OMA E CHACE используются два метода регулировки натяжения кинопленки:

1. При формировании рулона увеличение и уменьшение натяжения достигается с помощью цифровой электронной системы.
2. Вблизи головок используется независимая механическая система натяжения.

Кроме того, блоки головок Sondor CHACE оснащены прецизионными прижимными роликами, причем для каждой дорожки используется отдельный ролик, установленный в высокоточных часовых подшипниках.

*The Preservation of Tri-Acetate Based Archive Material. Willy Hungerbuehler, Image Technology, April 2005, pp. 40-41.

(Design Improvements for Motion Picture Film Projector. June 2002, Volume 15, No. 2, p. 6-12)

Кристофер Л. Дюмон, Эндрю Ф. Куртиз, Барри Д. Сильверштейн и Дэвид Х. Киркпатрик

В настоящее время в мире существуют сотни тысяч кинотеатров, в которых используются 35 мм кинопроекторы, и такая ситуация сохранится, видимо, еще долгие годы. Современные кинопроекторы претерпели лишь незначительные изменения по сравнению с образцами сорокалетней давности благодаря простоте и высокой надежности механизмов, разработанных в первой половине ХХ века. К сожалению, эта надежность явилась отрицательным фактором, поскольку именно она стала причиной отсутствия заинтересованности в поддержании кинопроекционной аппаратуры на уровне, который может обеспечить современный технический прогресс. Как показали исследования, проведенные Kodak Research Labs, модернизация оптомеханического тракта находящихся в эксплуатации кинопроекторов может значительно продлить их период существования, несмотря на ожидаемое активное внедрение цифрового кинематографа.

В данной статье описаны новые конструктивные решения для кинопроекторов, которые обеспечивают общее улучшение качества экранного изображения. В частности, описана, новая конструкция механизма прерывистого движения с мальтийским крестом и "универсального" фонаря "Universal". Данные улучшения, которые могут быть достаточно легко реализованы в существующих моделях кинопроекторов, приводят к повышению эффективности световой системы, в результате чего заметно увеличивается яркость изображения, и улучшается равномерность яркости по площади экрана.

Кинопроекторы с успехом работают в кинотеатрах в течение многих десятилетий. Они создают изображения высокого качества, которые до сих пор вполне удовлетворяли широкую зрительскую аудиторию. Действительно, по таким качественным параметрам, как разрешающая способность, воспроизведение цветов, диапазон контраста, а также благодаря трудно объяснимому шарму "киноизображения (film look)" уровень кинопленки в целом пока еще недостижим для систем электронной проекции. С другой стороны, потенциальные преимущества кинопленки часто теряются из-за наличия целого ряда отрицательных факторов, включая процесс тиражирования фильмокопий, динамическую неустойчивость изображений, коробление и вибрацию пленки, выцветание красок и физический износ фильмокопии, а также такие артефакты, как царапины и грязь. Кроме разработки и популяризации форматов кинопленок для очень больших экранов (например, 70 мм) и соответствующего проекционного оборудования (проекторы IMAX, Megasystems и др.), промышленность ввела в кинопроекторы крайне мало конструктивных изменений, которые привели к действительному улучшению качества экранного изображения. Современный кинопроектор практически мало отличается от своих собратьев, созданных в 1950-х годах, когда получили распространение надежные цветные кинопленки и ксеноновые дуговые лампы. Безусловно, качество проекционного изображения с годами значительно улучшилось благодаря регулярно вводимым конструктивным изменениям и технологическим улучшениям при производстве проекционных объективов. Однако многие из основных механических узлов кинопроекторов, включая механизм прерывистого движения, затвор и фонарь, оставались практически без изменения с начала 1930-х годов. Поэтому еще не исчерпаны все возможности для конструктивных улучшений классического оптомеханического кинопроектора, которые могут существенно продлить его жизнь и обеспечить заметное улучшение качества изображения.

Как известно, большая часть коммерческих кинотеатров не удовлетворяет стандарту SMPTE 196M, который определяет, что кинопроекция с использованием 35 мм кинопленки должна обеспечивать яркость изображения в центре экрана 16 (±2) фут-ламберт при номинальном спаде в углах на 20%. В действительности, в большинстве коммерческих кинотеатров яркость в центре экрана составляет лишь 6-10 фут-ламберт, а спад в углах доходит до 30-50%. Хотя эти различия в качестве напрямую связаны с экономией затрат со стороны владельцев кинотеатров, недостатки конструкций проекторов — в частности, малая эффективность формирования светового потока и сложность настройки — также влияют на результирующее качество изображения. Конструктивная модернизация светового тракта кинопроектора может дать как прямые выгоды (более высокая яркость и лучшая равномерность). При этом повышается точность настройки и надежность работы проектора, обеспечивается простота эксплуатации кинопроектора и существенно улучшается качество изображения. Поскольку эффективность формирования светового потока в традиционном кинопроекторе в значительной степени определяется работой механизма прерывистого движения кинопленки и конструкцией фонаря, конструктивные изменения этих узлов имеют большой потенциал для повышения экономичности и качества.

Рис. 1. Стандартный механизм прерывистого движения

Механизм прерывистого движения

Механизмы прерывистого движения с мальтийским крестом широко используются в кинопроекторах для прерывистого перемещения кинопленки в фильмопротяжном тракте. Кинопленка транспортируется механизмом с мальтийским крестом до момента совмещения изображения с окном. Затем кинопленка останавливается на определенное время, в течение которого свет проходит через окно, кадровую рамку, проекционный объектив и направляется на экран. Такое покадровое движение кинопленки обеспечивается "женевским" механизмом с мальтийским крестом, который состоит из непрерывно вращающегося привода и прерывисто вращающегося мальтийского креста. На центральной оси мальтийского креста располагается звездочка, зубцы которой входят в перфорации кинопленки. Поэтому когда приводной механизм вращает мальтийский крест, прерывистое движение от креста передается пленке. Транспортирование кинопленки в проекторах обычно осуществляется со скоростью 24 кадра в секунду, таким образом, что новый кадр устанавливается в кадровое окно с интервалом 1/24 секунды (около 42 мс). Стандартный механизм с мальтийским крестом осуществляет транспортирование кинопленки в течение 1/4 периода смены кадров (около 10,5 мс). Как показано на рис. 2а, вначале крест движется с небольшим ускорением, после чего следует его резкое увеличение до максимального значения. Затем происходит обратный процесс спада. В результате, крест, звездочка и кинопленка вначале движутся с малой скоростью (при повороте привода примерно на 15° сдвиг кинопленки минимален), и только постепенно достигается максимальная скорость, после чего начинается обратное изменение во время фазы замедления. Временные соотношения для движения креста и работы затвора приведены на рис. 2b и 2с. В течение всего этого интервала транспортирования кинопленки обтюратор блокирует свет, падающий на кинопленку, и исключает "смаз" за счет ее движения. Время проекции кадра, которое теоретически должно составлять 3/4 периода, уменьшается до 1/2 периода, поскольку в типовом проекторе используется двухлопастной обтюратор, чтобы получить двойное перекрытие светового потока за период смены кадров с целью увеличения кажущейся частоты кадров до 48 кадр/с (при этом кадровые мелькания становятся незаметными глазу). Далее, для лучшего маскирования мельканий эти два интервала работы обтюратора должны иметь одинаковую длительность.

Рис. 2. Временная диаграмма работы стандартного механизма прерывистого движения

Мальтийский крест является ключевым элементом для преобразования равномерного вращательного движения в прерывистое. Крест традиционной конструкции имеет четыре радиально вытянутых прямых щели, расположенных с одинаковым смещением по периферии креста. Между этими щелями имеются вогнутые направляющие поверхности для кулачка, которые, как и щели, расположены с одинаковым сдвигом. Приводной механизм, состоящий из ограничительного кулачка, приводного рычага и приводного штырька, располагаемого на дальнем конце приводного рычага, используется для формирования прерывистого движения кинопленки. Ограничительный кулачок имеет выпуклую боковую поверхность, форма которой обеспечивает сопряжение с вогнутыми направляющими поверхностями для кулачка мальтийского креста. Плотный контакт поверхности кулачка с направляющими обеспечивает требуемое прерывистое вращение креста: оно осуществляется только в моменты, когда крест приводится во вращение приводным штырьком. Таким образом, вращение креста становится прерывистым за счет последовательного вхождения приводного штырька в зацепление с прямыми щелями. В обычном проекторе в течение каждого поворота приводного механизма на 360° мальтийский крест и связанная с ним звездочка скачкового барабана, входящая в зацепление с кинопленкой, поворачиваются на 90°. Соответственно, в стандартном двухлопастном обтюраторе используется пара лопастей, расположенных друг напротив друга, каждая из которых, вращаясь, блокирует световой луч на 90°.

Отсюда следует, что если удалось бы уменьшить время транспортирования кинопленки механизмом прерывистого движения, период блокирования светового потока обтюратором в результате также уменьшится, что приведет к увеличению яркости экранного изображения. Наиболее просто эта задача решается путем использования в механизме прерывистого движения только трех прямых щелей. В этом случае зацепление происходит в пределах угла 60° за один оборот (360°) приводного механизма. Вследствие этого уменьшится время транспортирования до 7 мс. В то время как трехщелевая конструкция позволяет значительно уменьшить время транспортирования кинопленки (и соответственно увеличить эффективное время проекции) силы, воздействующие при ускорении на приводной штырек, щели и кинопленку в местах перфораций, резко возрастают по сравнению с четырехщелевым механизмом, что делает практическое применение в кинопроекторах трехщелевого механизма нежелательным. Далее, приводному штырьку можно придать соответствующую форму, чтобы оптимизировать форму ускорения и уменьшить усилия, прикладываемые к штырьку, но это приводит к снижению эксплуатационной надежности трехщелевого механизма.

Анализ альтернативных конструкций приводных механизмов прерывистого движения показал, что наиболее удачной является система "Powers". В этой системе используются четыре круглых штырька, которые входят в зацепление с кулачком, приводимым в движение одним большим ромбовидным приводом. Такой механизм позволяет уменьшить время транспортирования кинопленки примерно до 1/5 от полного оборота за счет увеличения времени "равномерно управляемого" быстрого ускорения. Однако высокая скорость скольжения кинопленки может привести к неравномерности ее движения и постепенному износу штырьков. Данный недостаток стал причиной того, что такой механизм не получил широкого распространения.

Новый механизм прерывистого движения

Была разработана и успешно продемонстрирована новая конструкция механизма прерывистого движения. В отличие от традиционного механизма, в котором используется мальтийский крест с прямыми щелями, в новом механизме используются щели искривленного профиля. Было обнаружено, что при соответствующем выборе формы контура щели можно изменить профиль скорости креста, обеспечивая при этом оптимальное управление ускорением и нагрузками, прикладываемыми к кинопленке и к самому приводному механизму. Как показано на рис. 3, стенки щели креста ближе к периферии имеют вогнутую часть, за которой (вблизи середины щели) располагается слегка выпуклая часть, а в самой глубине щель становится прямой. Форму щели можно подобрать таким образом, чтобы оптимально управлять крутизной и профилями ускорения, которое вначале возрастает до достижения максимального значения, а затем происходит его спад. Между двумя крайними значениями ускорения достигается средняя величина скорости (в точке с нулевым ускорением). В цикле прерывистого транспортирования кинопленки приводной штырек входит в щель, движется вдоль вогнутой, выпуклой и прямой частей первой стенки щели, после чего выходит из щели, двигаясь в обратном направлении вдоль поверхностей противоположной стенки. В отличие от проектора с механизмом прерывистого движения традиционной конструкции, приводной штырек неплотно входит в щели креста, за исключением прямолинейного участка в глубине щели. В результате, на самых низких скоростях в новом механизме может возникать некоторая вибрация, когда штырек отходит от стенки. Однако при нормальных рабочих скоростях, когда момент инерции во много раз превышает момент протяжки кинопленки, приводной штырек будет сохранять контакт с соответствующей стенкой щели, и механизм будет функционировать, не теряя управление приводной нагрузкой.

Рис. 3. Новый механизм прерывистого движения

Для более полной иллюстрации предложенной конструкции на временной диаграмме (рис. 4) приведена зависимость между ускорением, скоростью мальтийского креста и нагрузкой на штырек, а также работой обтюратора в течение первой половины периода смены кадров. Искривленная форма щелей подобрана таким образом, чтобы увеличить интервал быстрого ускорения перед переходом к среднему значению и, аналогично, после среднего "отрицательного ускорения" увеличить интервал быстрого замедления до нуля. Сравнение временной диаграммы стандартного механизма прерывистого движения (рис. 2) и разработанного механизма (рис. 4) показывает, что профили ускорения и скорости движения в последнем случае получаются более короткими, с более резкими изменениями в начале и в конце. В то время как в обычном механизме приводной штырек входит в зацепление со щелью в пределах угла вращения 90°, в разработанном механизме он входит в профилированную щель позднее и выходит из нее раньше, в результате чего значительно уменьшается угол зацепления. Достигается большая плавность и непрерывность вращения креста в области средних значений, обеспечивается стабильное управление нагрузкой (рис. 4с), снижаются до минимума прилагаемые усилия и износ механизма и кинопленки. Поскольку концепция новой конструкции состоит в определенном изменении формы стенок щели с обеспечением сравнительно большой площади поверхности, износ механизма, по сравнению с альтернативными подходами, в которых используется изменение формы приводных штырьков или увеличение нагрузки на них, сводится к минимуму.

Рис. 4. Временная диаграмма работы нового механизма прерывистого движения

В определенных пределах работу нового механизма прерывистого движения, получившего название "Quickermittent", можно эффективно корректировать в соответствии с конкретными конструктивными требованиями, используя различные профили щели для получения разных пиковых ускорений, нагрузок на штырек и времени транспортирования (как части периода смены кадров). Было проведено моделирование различных конструкций механизмов с последующими их испытаниями, включая устройство, имеющее почти такое же время транспортирования кинопленки, что и в обычном механизме, но с уменьшенным максимальным ускорением и меньшей максимальной нагрузкой на штырек (соответственно 50% и 55%) с целью снижения нагрузок и износа механизма и кинопленки. Другой вариант — увеличенные максимальное ускорение и максимальная нагрузка на штырек при одновременном уменьшении времени транспортирования. В одной из испытанных конструкций со щелями специальной формы удалось достичь существенного уменьшения времени транспортирования (до 64% или 6,7 мс) при увеличении максимального ускорения и нагрузки на штырек (соответственно 142% и 106%) по сравнению с традиционным механизмом прерывистого движения. Данный вариант механизма "Quickermittent" завершает транспортирование кинопленки в пределах небольшого угла вращения (всего 56°) приводного кулачка, по сравнению с 90° в традиционном механизме, что обеспечивает увеличение яркости изображения на экране более чем на 36%. Третья, менее радикальная конструкция, которая также была испытана, имела следующие параметры: уменьшение времени транспортирования до 73 % (7,7 мс или угол вращения 66°), увеличение яркости изображения на экране примерно на 27% и максимальные значения ускорения и нагрузки на штырек, сравнимые с традиционным механизмом прерывистого движения (соответственно 100,6% и 91%). Как показано на временной диаграмме (рис. 4d), каждая из лопастей обтюратора перекрывает световой поток в течение меньшего времени, чем в традиционном проекторе, в результате чего воспринимаемая глазом яркость экранного изображения для каждого кадра пропорционально увеличивается. Естественно, фактическое усиление света, достигаемое для экранного изображения, оказывается несколько меньшим по сравнению с идеальной конструкций вследствие необходимости настройки обтюратора для получения минимального смаза (смаз является следствием визуальной регистрации движения кинопленки).

Прототипы новых механизмов прерывистого движения "Quickermittent" были успешно испытаны в проекторах Christie, Somplex и Century, механизм которых был соответствующим образом адаптирован к каждой системе. На рис. 5 показан внешний вид мальтийского креста "Quickermittent", у которого хорошо видны искривленные щели. Рядом представлены стандартный мальтийский крест и кулачок. Если новый мальтийский крест использовать совместно со старым кулачковым приводом, он оказывается несколько меньшим по размерам. "Quickermittent" можно устанавливать в существующие проекторы, используя вариант с измененным мальтийским крестом и обычным или слегка измененным кулачковым приводом. Остальная часть проекционной головки подвергается лишь незначительным изменениям (но можно даже обойтись и без них). Натяжение кинопленки в фильмовом канале можно слегка увеличить, чтобы сохранить надежность управления кинопленкой при протяжке и исключить повреждение самой пленки или механизма. Предварительные испытания также показали, что механизм "Quickermittent" создает несколько больший уровень шума, но это можно считать допустимым. Кроме того, при оптимизации конструкции и правильной регулировке механизма увеличение шума можно свести к минимуму.

Рис. 5. Стандартный мальтийский крест, приводной кулачок и мальтийский крест новой конструкции

Перед широким внедрением нового механизма прерывистого движения "Quickermittent"необходимо проведение всесторонних полевых испытаний с целью подтверждения улучшения качественных параметров и, возможно, их оптимизации.

Проекционный фонарь

Разработка удачной конструкции фонаря для кинопроекции оказалась одной из первых серьезных проблем, с которыми столкнулось человечество в век бурного развития киноиндустрии. Для проекции киноизображений пытались приспособить многие из классических оптических конструкций, от системы Келера до фасеточной осветительной системы и эллиптического рефлектора. Обычный фонарь, используемый в кинопроекторах, состоит из ксеноновой коротко дуговой лампы и эллиптического зеркала. По сравнению с многочисленными альтернативными решениями, многие из которых представляют собой комбинацию рефлекторов и линз, стандартный фонарь с пространственно симметричным эллиптическим рефлектором получил самое широкое распространение благодаря своей простоте и малой стоимости. Однако поскольку типовой фонарь создает большой световой пучок круглого сечения, который заполняет светом прямоугольное кадровое окно, такая оптическая система, очевидно, неэффективна. Кроме того, требуется точная регулировка фонарей — дуги относительно первого фокуса эллипса или рефлектора и лампы относительно кадрового окна и объектива, которая является достаточно трудоемкой, и в большинстве кинотеатров на это уходит много времени. Хотя за долгие годы существования такого фонаря в его конструкцию были внесены различные улучшения, до сих пор все усилия в основном были направлены лишь на небольшие конструктивные изменения эллиптических рефлекторов и покрытий, а также на споры, какое расположение ксеноновых дуговых ламп лучше — горизонтальное или вертикальное.

Фонарь "Universal"

Для улучшения эффективности создаваемого лампой светового потока и равномерности пучка был разработан фонарь, отличающийся более высокой надежностью и простотой регулировки. В частности применена фасеточная оптическая система, напоминающая глаз мухи, которая работает в комбинации с современными модулями ксеноновых дуговых ламп.

Фасеточная оптическая система, состоящая из множества небольших линз, формирует и гомогенизирует оптический луч. Эта идея была практически реализована в 1940-х годах. Данная конструкция, которая позднее была адаптирована для работы с ксеноновой лампой с короткой дугой, до сих пор считалась cложной в применении вследствие проблем с регулировкой по отношению к объективу. Широкому распространению фасеточных оптических систем в кинопроекции также препятствовала их большая стоимость и сложность производства. Однако за последние десятилетия были достигнуты значительные успехи в разработке систем гомогенизации светового потока посредством использования фасеточной или калейдоскопной оптики, которые предназначались для применения в фотолитографии. Недавно подобные конструкции также были применены в системах электронной проекции с ксеноновыми, металлогалидными и другими дуговыми источниками. При правильной разработке конструкции новых систем их оптическая регулировка оказывается менее чувствительной к сдвигу, чем в традиционных проекционных системах.

В новом фонаре (рис. 6) используется ряд конденсорных линзовых элементов и две линзовые матрицы, которые образуют классическую фасеточную оптическую систему и помещаются между лампой и кадровым окном. Первая собирающая линза, установленная после лампы, используется для эффективного заполнения светом первой линзовой матрицы. Первая линзовая матрица, которая состоит из сферических линз с прямоугольной апертурой, разбивает световой луч на ряд отдельных пучков, направляемых на соответствующие линзы второй матрицы. Эта матрица, работающая совместно с объективом переноса, отображает линзы первой матрицы в кадровом окне с наложением, в результате чего формируется пятно прямоугольной формы, причем оно отличается высокой равномерностью. Полевая линза, расположенная вблизи кадрового окна, используется для отображения второй матрицы во входном зрачке проекционного объектива. По сравнению с более ранними конструкциями фасеточных оптических систем, в данной системе не только реализованы современные методы производства линзовых матриц, но также используются современные световые источники. В частности, прототип фонаря "Universal" предполагает использование ксеноновых ламп с короткой дугой Cermax™ EX-1500-F и EX-2400-F, а также осветительных моделей MVDR 1,5 кВт, MVDR 1,9 кВт и MVDR 3,0 кВт. Эти ламповые источники, которые создают более яркий световой луч, чем традиционные ксеноновые лампы с короткой дугой в комбинации с эллиптически рефлектором, выпускаются компанией Perkin-Elmer Inc. Лампы Cermax™ изготавливаются в виде интегрированного лампового узла, в котором электроды, редкие газы и дуга образуют единую конструкцию с заданными параметрами. Они работают с меньшими дуговыми промежутками, чем обычные лампы той же мощности. Дуговая плазма в них меньше, а достигаемая световая эффективность больше. Конструкция модуля MVDR объединяет в себе ксеноновую лампу с короткой дугой и составным рефлектором для образования более яркого, эффективного источника благодаря захвату части света вторичным рефлектором. Этот свет затем направляется обратно в лампу, на первичный рефлектор. Такие модульные ламповые источники, которые используются, например, в электронных проекторах серии Readie™, выпускаемых компанией Christie Digital Inc., достаточно надежны и отличаются высокими внешними параметрами, обеспечивающими повторяемость результатов настройки. В этих модулях осуществляется предварительная юстировка ксеноновых дуговых ламп относительно составных рефлекторов, до их установки в проектор. Ushio Inc. выпускает свой вариант модульного лампового источника с составным рефлектором. В модулях используются ксеноновые источники повышенной яркости и фасеточная оптическая система, в которой свет проходит через прямоугольную апертуру, что обеспечивает значительно большую яркость по сравнению с традиционной системой. Например, прототип фонаря описанной конструкции обеспечивает усиление по свету около 35% и световой поток 30 фут-ламберт в центре 9-метрового экрана при расстоянии проекции 34 метра и мощности лампы 1500 Вт. В ближайшее время предполагается достичь экранной яркости фонаря "Universal" с ламповыми источниками мощностью 2400 Вт и 3000 Вт.

Рис. 6. Оптическая конструкция фонаря "Universal"

Система лампового фонаря, конструкция которого представлена на рис. 6, обеспечивает также ряд дополнительных преимуществ. Кроме повышенной световой эффективности, достигается лучшая равномерность яркости по полю, со спадом в углах всего 10-15%. На практике улучшение эффективности и равномерности яркости экранного изображения, обеспечиваемое фонарем "Universal", зависит от выбора проекционного объектива, который используется в конкретной системе. Процесс гомогенизации света также дает дополнительное преимущество, заключающееся в снижении чувствительности к пульсациям светового потока (мельканиям), вызываемым дугой и турбулентностью газа внутри лампы. Далее, фасеточная конструкция снижает зависимость светового потока к горизонтальному или вертикальному сдвигу ламп: сдвиг на 1 мм приводит к минимальному изменению равномерности светового пучка. Такие допуски позволяют легко обеспечить повторяемость настройки ламповых источников типа Cermax™ или модульных, что упрощает юстировку ламп и делает работу фонаря надежной, с высокой степенью повторяемости параметров при настройке. В прототипе системы был применен инфракрасный фильтр Calflex™ компании Unaxis Optics Inc., который обеспечил эффективное подавление инфракрасной части спектра и получение естественной цветовой температуры 5500 К.

И последнее: осветительную систему можно дополнительно конфигурировать так, чтобы делать незаметными царапины и пыль на кинопленке посредством введения голографического диффузера (рассеивателя) или диффузера специальной конструкции, располагаемого в фильмовом канале перед кинопленкой.

Была разработана механическая конструкция фонаря с улучшенной оптикой и создан его прототип. Данная система, которая представлена на рис. 7 и 8, имеет конструкцию в виде универсального модуля, который может быть использован в проекторах Christie, Simplex и Century с внесением минимальных изменений в конструкцию фонаря или проекционной головки. В проекторах Christie и Simplex требуется лишь модификация части экрана лампы, а в Century необходимо добавить к основному корпусу узел крепления объектива. Эта система совместима с креплением цокольного или консольного типа, и она позволяет использовать ламповые источники типа Cermax™ или модульные. Оптическая и механическая конструкция обеспечивает простоту и точность юстировки линзовых элементов в проекторе, а также простоту встраивания и юстировки фонарей в проекционной головке. Чтобы обеспечить прочность и стабильность конструкции при больших термических нагрузках, различные линзовые элементы изготавливались из материала Pyrex™ и крепились с помощью эластичных клеящих материалов с целью получения малых механических напряжений. Конструкция фонаря "Universal" обеспечивает минимальную передачу тепла между его отдельными элементами и модулями и быстрый отвод тепла от различных узлов.

	Рис. 7. Механическая конструкция фонаря "Universal"
	Рис. 8. Фотография фонаря "Universal" в сборе

В конструкции фонаря "Universal" предусмотрен простой механический доступ к узлам для юстировки при техническом обслуживании. Фонарь "Universal", имеющий примерные размеры 72,39(Ш)×38,1(В)×35,8(Г) см. значительно меньше большинства фонарей с цокольным или консольным креплением, которые используются в современных проекционных системах.

Применение в кинотеатрах

Конструкции "Quickermittent" и "Universal" были испытаны в комбинации. В результате они обеспечили световой поток 20 фут-ламберт (7500 лм) в центре 9-метрового экрана при использовании лампы мощностью 1500 Вт. Другими словами, это примерно на 70% выше, чем у проекторов стандартной конструкции с 2 кВт лампой (4500 лм). Проекция при "плоской" апертуре или апертуре 1:1,85 дает несколько меньшее усиление по свету — около 40%, поскольку часть светового потока теряется вследствие ограничения, создаваемого апертурной пластиной (6500 лм).

В отличие от многих предложений по увеличению яркости экрана за счет отхода от традиционного 35 мм формата кинопленки, усиление светового потока может быть достигнуто посредством минимальных механических изменений в существующем проекционном оборудовании. Эффективное усиление, обеспечивающее лучшее качество экранного изображения, которое достигается при использовании механизма прерывистого движения кинопленки и проекционного фонаря новой конструкции, реализуется посредством простой модернизации существующих кинопроекторов. Если яркость изображения, обеспечиваемая проектором, удовлетворяет пользователя, то за счет предлагаемого повышения эффективности можно повысить экономичность оборудования и использовать проекционные лампы меньшей мощности. Разработанная комбинация несет дополнительное преимущество — снижение температурной нагрузки на кинопленку, что уменьшает деформацию кинопленки и вызываемое ей ухудшение фокусировки, а значит — в результате повышается качество изображения. Кроме того, часть полученной световой эффективности можно использовать для реализации дополнительных мер, направленных на уменьшение заметности царапин и пыли на проекционном изображении, которые, однако, несколько уменьшают световой поток.

Хотя конструкции "Quickermittent" и "Universal" были успешно продемонстрированы и испытаны, перед их широким промышленным внедрением необходимо проведение широкомасштабных испытаний с целью дальнейшей оптимизации. Преимуществом предлагаемых решений является возможность простого встраивания новых конструктивных узлов в существующее оборудование при его минимальной конструктивной модернизации. Стоимость новых компонентов и узлов в целом сравнима со стоимостью традиционно применяемых конструкций. Безусловно, специальные ламповые источники, такие как Cermax™ и модульные, в два-три раза дороже, чем обычные ксеноновые лампы такой же мощности, что отражается на первоначальной стоимости фонарей. Однако следует учитывать, что эти модули ремонтопригодны. Замена ламп в них осуществляется либо самим изготовителем, либо специализированной фирмой при посредничестве поставщика, что обеспечивает многократное использование модулей. В случае установки модульного лампового источника для замены модуля требуется всего несколько минут, причем ни юстировки, ни дополнительной фокусировки лампы в проекторе не требуется. Возможно и промежуточное решение — изменение конструкции фонаря "Universal" для установки в него обычной лампы, но тогда его преимущества (компактность и простота использования) будут не столь очевидны. Таким образом, для внедрения фонаря "Universal" необходимо получить четкий ответ на вопрос, насколько применение современных ксеноновых ламповых источников, обеспечивающих повышение эффективности, простоту установки, эксплуатации и технического обслуживания, оправдает увеличение стоимости.

Другие возможности

Хотя разработка нового механизма прерывистого движения "Quickermittent" и фонаря "Universal" открыла новые возможности для улучшения качества изображения, формируемого существующими кинопроекторами, это не единственные направления модернизации. По сравнению с влиянием на качество изображения царапин пыли и ряда других воздействий, коробление кинопленки является не столь очевидным, но, пожалуй, наиболее существенным фактором, ухудшающим качество изображения на экране. Это явление, а также одно из технических решений по уменьшению его влияния (использование модулированного воздушного потока), были описаны Борбергом [11]. В то время как основная часть падающего на кинопленку света проходит сквозь нее и затем, посредством проекционного объектива, создает изображение на экране, остальная его часть поглощается либо цветовыми слоями (в случае