徐美芬

摘 要：最近幾年，電影行業(yè)在快速的發(fā)展，而數(shù)字電影方面的發(fā)展也越來(lái)越成熟，人們?cè)絹?lái)越重視數(shù)字電影放映系統(tǒng)的完善和發(fā)展。基于此，本文首先簡(jiǎn)要概述何為數(shù)字電影放映系統(tǒng)，其次詳細(xì)分析了光學(xué)原理在數(shù)字電影成像中的應(yīng)用以及光學(xué)技術(shù)在終端投影鏡頭中的應(yīng)用，最后介紹電影放映中一個(gè)非常重要的物理量——有效光通量的分析計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電影放映系統(tǒng)；光學(xué)；有效光通量

中圖分類(lèi)號(hào)：J943.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0221-02

同傳統(tǒng)電影的機(jī)械膠片放映模式相比，數(shù)字電影有諸多優(yōu)勢(shì)。比如影片的制作過(guò)程、發(fā)行以及拷貝等方面，同時(shí)簡(jiǎn)化了影片的傳輸過(guò)程，影片放映時(shí)具有較小的震動(dòng)和噪聲產(chǎn)生，最重要的是能夠輸出更高質(zhì)量的聲音和圖像。從2002年開(kāi)始，我國(guó)便通過(guò)投入巨額資金來(lái)大量引進(jìn)數(shù)字電影放映設(shè)備，并建設(shè)相應(yīng)的數(shù)字影院，以求推動(dòng)電影業(yè)不斷發(fā)展。

1 數(shù)字電影放映系統(tǒng)概述

數(shù)字電影系統(tǒng)的核心是其放映系統(tǒng)，因?yàn)榉庞诚到y(tǒng)是整個(gè)數(shù)字電影系統(tǒng)中最末的技術(shù)關(guān)卡，它決定了數(shù)字電影放映的實(shí)際效果。相比于傳統(tǒng)的膠片放映機(jī)，數(shù)字電影放映系統(tǒng)在放映方式上有較大變化，比如采用硬盤(pán)、衛(wèi)星以及光纖等數(shù)字載體來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片拷貝。

2 數(shù)字電影放映系統(tǒng)中的光學(xué)技術(shù)

2.1 基本光學(xué)原理在數(shù)字電影成像中的應(yīng)用

現(xiàn)目前，數(shù)字電影投影成像技術(shù)中應(yīng)用最多的基本光學(xué)原理主要有三種，即：直接光放大影像、數(shù)字光處理以及液晶顯示，其中數(shù)字光處理的應(yīng)用最為成熟。數(shù)字微鏡器是數(shù)字光處理應(yīng)用中的核心部分，其工作原理如下：首先通過(guò)半導(dǎo)體晶片的效應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)小動(dòng)量繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如此便可保證所有微鏡之間的相互位置保持固定，并且整體呈有規(guī)律地偏轉(zhuǎn)，如果在此時(shí)改變電場(chǎng)電路，則所有微鏡會(huì)朝著電路的控制方向偏轉(zhuǎn)，當(dāng)光線照射于微鏡之上后便會(huì)向不同方向反射，來(lái)自同一方向的光線投影至屏幕后便出現(xiàn)了效果圖像。

上述分析了基本光學(xué)原理在投影成像中的應(yīng)用，那么想要得到彩色圖像，則需要采用過(guò)濾光波的彩色輪在靶面光路中進(jìn)行照射。彩色輪是由包括紅、綠、藍(lán)等幾種顏色的扇形濾光片組成的，彩色輪的旋轉(zhuǎn)頻率為60HZ，其在一秒鐘內(nèi)可以刷出180個(gè)彩色色場(chǎng)。當(dāng)確定好彩色模式的順序之后，便會(huì)被數(shù)字處理技術(shù)轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)據(jù)，并按順序依次存入DMD中。彩色輪接收了聚光系統(tǒng)中的白光之后，白光以單色光的形式照射，彩色輪一旦旋轉(zhuǎn)，便會(huì)依次在DMD上投射出紅、綠、藍(lán)光，視頻信號(hào)與彩色輪同步，當(dāng)有紅光投射于DMD表面時(shí)，微鏡開(kāi)啟。像素構(gòu)成了數(shù)字投影的圖像，紅、綠、藍(lán)光燈信息綜合而成之后便呈現(xiàn)出了彩色圖像。微鏡開(kāi)啟時(shí)，微鏡反射的光線會(huì)投射并聚焦于屏幕之上，微鏡關(guān)閉時(shí)，其吸收表面會(huì)將反射的光線吸收，從而避免了無(wú)效反射光干擾圖像的成像質(zhì)量。

2.2 終端投影鏡頭中的光學(xué)技術(shù)

（1）光學(xué)技術(shù)在鏡頭工作環(huán)境中的應(yīng)用。對(duì)于數(shù)字電影的放映鏡頭來(lái)講，需要考慮的參數(shù)多種多樣，如：聚合鏡片的有效厚度、彩色輪反射后的單色光線的光程、靶面投射的尺寸以及色彩光線的分離等。實(shí)際工作中，如果圖像亮度過(guò)高，則需要考慮因此而產(chǎn)生的溫度，并提高鏡頭的耐高溫水平。

（2）光學(xué)技術(shù)在確定鏡頭焦距中的應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字電影放映機(jī)為兩千像素的DP100型號(hào)。電影放映時(shí)，鏡頭的擺放位置是有一定要求的，通常其安放位置處于影院內(nèi)某一固定的位置，這一位置的確定需要以設(shè)計(jì)或者使用經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。DP100型號(hào)放映機(jī)便有幾種焦距鏡頭，焦距從35-95mm不等，但是變焦鏡頭較少，并且價(jià)格較貴，如果自己設(shè)計(jì)變焦鏡頭，則會(huì)大大減少采購(gòu)成本。

（3）光學(xué)技術(shù)用于光學(xué)鏡頭工作距離的確定?，F(xiàn)目前主要有兩種方法確定光學(xué)鏡頭的工作距離：其一，對(duì)放映機(jī)的光學(xué)引擎進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，但是光學(xué)引擎作為放映機(jī)的核心部件，其被秘密存放，所以難以對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；其二，通過(guò)了解靶面的長(zhǎng)寬以及聚合鏡片和分離色光的形式來(lái)采用逆向方法進(jìn)行運(yùn)算，得出工作距離的近似值，該種方法更易實(shí)現(xiàn)。綜合來(lái)看，第二種方法的缺點(diǎn)是全程采用逆向計(jì)算，還要對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行縮放，因此該方法所得結(jié)果缺乏一定的準(zhǔn)確性，而第一種方法的步驟更為簡(jiǎn)潔方便。

（4）光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于確定鏡頭結(jié)構(gòu)。對(duì)光學(xué)技術(shù)了解十分透徹的工程師們通常認(rèn)為鏡頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，一般情況下，電影放映時(shí)的鏡頭工作距離和鏡頭焦距之間的比值為0.5-0.7。如果該比值為3，那么鏡頭焦距將會(huì)達(dá)到40mm，如此一來(lái)，便只能選擇遠(yuǎn)心光路的鏡頭結(jié)構(gòu)，此時(shí)鏡頭孔徑較小，設(shè)計(jì)難度較大，同時(shí)要保證鏡頭在6000流明的光照下正常工作，考慮到上述情況，需要將遠(yuǎn)心光路的權(quán)全分離式進(jìn)行改進(jìn)。

3 電影放映中有效光通量的分析計(jì)算

為了獲得預(yù)想的銀幕光照度，電影放映機(jī)投射至銀幕上的光通量應(yīng)當(dāng)不低于某一值。銀幕照度與光通量之間存在以下聯(lián)系：光通量越大，銀幕照度越大，則銀幕亮度越大。因此，數(shù)字電影放映機(jī)的有效光通量決定了主銀幕的亮度強(qiáng)弱。

電影放映機(jī)的有效光通量可以通過(guò)下式計(jì)算得到：

式中：E為銀幕的平均照度，單位為勒克斯；S為銀幕總面積，單位為平方米；F為有效光通量，單位為流明。

為了測(cè)定銀幕的平均照度，需要事先將銀幕劃分為大小相等的Y部分，通常情況下，寬銀幕的Y值取15，普通銀幕的Y值取9，然后分別測(cè)量每一部分的中心照度值，并通過(guò)如下公式計(jì)算銀幕的平均照度：

已知光源發(fā)出的全部光通量為F0，而F0在通過(guò)各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)部件之后會(huì)有所損失，達(dá)到銀幕上的有效光通量為F1，則F1與F0之間存在如下關(guān)系：

上式中：η為光源的利用系數(shù)（無(wú)量綱值），τ為整個(gè)放映系統(tǒng)的總透射系數(shù)，即系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件的透射系數(shù)之積。

光源的利用系數(shù)η的確定，可以根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中：ΔF為系統(tǒng)投射至片門(mén)處的光通量，F(xiàn)0為光源發(fā)出的總光通量。

接下來(lái)，便可逐次確定電影放映系統(tǒng)中各部分的透射系數(shù)，如圖1所示為電影放映機(jī)內(nèi)對(duì)光投射有所影響的幾個(gè)基本部件。

（1）反光鏡。為了避免膠片因?yàn)檫^(guò)熱而變形，甚至是損壞，通常情況下會(huì)在其表面進(jìn)行真空鍍膜，以反射可見(jiàn)光，并使紅外光透過(guò)，一般可見(jiàn)光在反光鏡處的反射率可達(dá)到90%-95%，即反光鏡的透射系數(shù)為0.9-0.95。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的反光鏡類(lèi)型分為兩種：錐軸橢球反光鏡和橢球反光鏡。

（2）遮光器。通常電影放映機(jī)的遮光器都具有兩個(gè)葉片，即工作葉片和非工作葉片。工作葉片的作用為畫(huà)幅移動(dòng)時(shí)阻斷光源，而畫(huà)幅停留時(shí)打開(kāi)光路，非工作葉片的作用為再次阻斷光線，盡量保證人眼的臨界頻率（通常為40-50HZ）低于銀幕照度閃爍的頻率，以避免畫(huà)面的閃爍影響觀影人們的視覺(jué)效果。根據(jù)自身結(jié)構(gòu)的不同以及光線透射系數(shù)的不同，遮光器可分為三類(lèi)：圓錐遮光器、圓盤(pán)遮光器以及圓筒遮光器。根據(jù)相關(guān)計(jì)算可得，三種遮光器的光透射系數(shù)如下：

圓錐遮光器——0.53

圓盤(pán)遮光器——0.5-0.67

圓筒遮光器——0.43

現(xiàn)目前，我國(guó)各大電影院內(nèi)的電影放映機(jī)普遍采用圓筒遮光器。

（3）片門(mén)。光源發(fā)出的光通過(guò)聚光系統(tǒng)透射至片門(mén)時(shí)，會(huì)形成一個(gè)圓形的光斑，但是片門(mén)是一個(gè)矩形方孔，如圖2所示。因此光于片門(mén)處的通過(guò)系數(shù)便等于片門(mén)的矩形孔面積和外接光斑圓的面積之比，以一般的35mm的電影放映機(jī)為例，其片門(mén)的透射系數(shù)為0.6。

（4）放映物鏡。該放映物鏡中包含了數(shù)片透鏡，其中每一片透鏡表面上都有一層增透膜，但是當(dāng)光通過(guò)這些透鏡時(shí)，仍然不能保證光被完全透射，總會(huì)有一部分光被反射或者被吸收?，F(xiàn)階段，電影放映機(jī)中所采用的放映物鏡所具有的透射系數(shù)一般在0.186-0.208范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字電影已經(jīng)成為現(xiàn)代大眾電影的新趨勢(shì)，并且憑借其良好的視覺(jué)效果而受到廣大觀眾的喜愛(ài)。采用數(shù)碼技術(shù)對(duì)電影進(jìn)行拍攝、傳播以及保留，數(shù)字電影在放映過(guò)程中會(huì)涉及諸多光學(xué)知識(shí)，光學(xué)技術(shù)對(duì)數(shù)字電影放映系統(tǒng)的運(yùn)用極其重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]周靜賢.光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影放映系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電影技術(shù)，2016（01）.