PROIETTORI
PROIETTORI (fr. projecteur; sp. proyector; ted. Scheinwerfer; ingl. search-light)
Apparecchi atti a illuminare oggetti a distanza talora anche notevole. Per lo scopo cui sono destinati essi devono quindi realizzare delle sorgenti luminose pressoché unidirezionali e molto intense. Poiché tutte le sorgenti luminose note emettono in quasi tutte le direzioni, cioè, nell'intero angolo solido di emissione, il problema della illuminazione a distanza si risolve aggiungendo alla sorgente luminosa speciali dispositivi ottici, a base di lenti (diottria), di specchi (catottrici), o di lenti e specchi insieme (catadiottrici), atti a raccogliere in un piccolo angolo solido la maggior parte possibile del flusso luminoso emesso dalla sorgente.
I primi proiettori furono creati a scopo militare, e si devono a J. Petzval di Vienna (1843) e ad A. Maugin, maggiore del genio francese (1874). Questi ha dato la teoria geometrica dell'apparecchio, e ha costruito i primi grandi specchi sferici; più tardi furono adottati gli specchi parabolici.
Diversi sono gli usi dei proiettori; quando il loro scopo è quello di permettere alle navi e agli aerei il riconoscimento esatto della propria posizione, essi si dicono fari (v.), come si dicono pure fari o fanali i proiettori per autoveicoli il cui compito è di illuminare a breve distanza la strada da percorrere.
L'illuminazione di una superficie è espressa dal rapporto Φ/S tra il flusso luminoso Φ e l'area S della superficie; l'illuminazione che si può ottenere è dunque in ragione inversa dell'area illuminata. Se importa illuminare intensamente un breve spazio situato a grande distanza, bisogna che il fascio luminoso abbia una divergenza piccolissima; viene spesso definito il coefficiente moltiplicatore, che indica il rapporto tra la intensità luminosa lungo l'asse del piccolo fascio di emissione ottenuto dal proiettore e la intensità media sferica iniziale della sorgente luminosa; se n è il coefficiente moltiplicatore del sistema ottico di un proiettore, una lampada da una candela dà, entro il piccolo angolo solido di emissione del proiettore, un fascio paragonabile a quello che emetterebbe in tutte le direzioni una lampada da n candele. Se si riuscisse a concentrare tutto il flusso in un angolo solido ω, 4π/ω darebbe il valore del coefficiente moltiplicatore; in pratica il coefficiente moltiplicatore risulta assai minore del valore suddetto, perché non si riesce a raccogliere e convogliare interamente il flusso emesso dalla sorgente. Siccome poi non è uniforme la distribuzione del flusso luminoso nel fascio, avrà senso il parlare di coefficiente moltiplicatore solo ad una certa distanza dal proiettore, dove cioè la disuniformità del flusso luminoso è meno sensibile.
Nei fari e negli apparecchi per proiezioni fisse e cinematografiche sono molto usati i sistemi diottrici; la sorgente viene posta nel fuoco della lente o del sistema di lenti, per modo che il fascio di luce fortemente divergente viene trasformato in un fascio di luce quasi parallela: a parità di sistema diottrico impiegato, il fascio ottenuto ha una divergenza tanto maggiore, quanto maggiori sono le dimensioni della sorgente luminosa.
Il flusso che può venire raccolto da una lente è una frazione assai piccola del flusso totale emesso dalla sorgente, per modo che si è costretti a ricorrere ad artifici particolari per realizzare lenti con diametro molto grande, che raccolgano un flusso notevole, senza presentare gl'inconvenienti legati al grande spessore delle lenti.
I sistemi catottrici sono molto impiegati nei proiettori e fanali per autoveicoli e locomotive e per usi militari. Generalmente si usano specchi parabolici (v. specchi), nel fuoco dei quali viene posta la sorgente. Con gli specchi si riesce a raccogliere una frazione notevole del flusso emesso dalla sorgente. L'angolo solido secondo cui ha luogo la proiezione luminosa può essere variato, variando la posizione della sorgente rispetto al sistema ottico. Si ottiene anche una maggiore apertura del fascio in un senso piuttosto che in un altro mediante l'impiego di vetri dispersori che allargano il fascio orizzontalmente o verticalmente, a seconda della necessità dell'esplorazione. Gli specchi possono essere di vetro argentato, di metallo argentato; ve ne sono anche di alluminio lucido, di metallo nichelato e di metallo dorato.
Gli specchi di vetro hanno la superficie convessa argentata, quindi ramata elettroliticamente per consolidare il deposito di argento e infine ricoperta da uno strato di vernice. Gli specchi metallici vengono generalmente impiegati per i proiettori di piccolo diametro che hanno come sorgenti luminose lampade a incandescenza. Quelli impiegati con luce di arco voltaico devono avere la faccia riflettente protetta, con apposite vernici, dall'azione dei prodotti che provengono dai carboni incandescenti. Gli specchi metallici, sebbene meno fragili di quelli di vetro, hanno lo svantaggio di possedere un coefficiente di riflessione minore.
Qualunque sia lo specchio, lo si protegge dalla caduta di particelle di carbone incandescente o da gocce di rame fuso, provenienti dal carbone negativo ramato, con una porta di protezione di vetro a lame parallele (proiettori francesi), oppure con un cestello mobile che viene a disporsi sotto l'arco qualunque sia la posizione assunta dal fanale.
Generalmente i carboni sono ad angolo, col carbone positivo disposto secondo l'asse dello specchio e il suo cratere rivolto verso questo. Detto cratere rappresenta la sorgente luminosa propriamente detta, perché da esso emana l'85% della luce emessa dall'arco. A parità di diametro, il carbone positivo si consuma all'incirca con una rapidità due volte maggiore di quella del carbone negativo. Per avere, in tempi eguali, un consumo in lunghezza eguale, si è dovuto dare al carbone positivo un diametro maggiore di quello negativo; inoltre questo è ramato per aumentarne la conducibilità. Il piccolo diametro del carbone negativo limita l'intercettazione da parte sua, dei raggi luminosi emananti dal cratere. Allorché la lampada funziona, il consumo dei carboni si compensa ravvicinandoli, sia a mano, sia automaticamente. Il valore della distanza fra i carboni dev'essere quello che corrisponde al rendimento luminoso massimo; esso varia da 20 a 25 mm. per le lampade comunemente in uso. Inoltre per avere una buona luce occorre mantenere il cratere del carbone positivo nel fuoco dello specchio. Nelle lampade ad arco per proiettori, il carbone positivo è dotato di moto di rotazione, ed entrambi i carboni sono raffreddati da una massa metallica e da una corrente d'aria forzata. Un aspiratore asporta i fumi dall'interno del fanale. Per giudicare se i carboni sono centrati e se l'arco funziona regolarmente, nel fanale esistono un dispositivo ottico, detto "spia dell'arco" e diversi mirini di vetro smerigliato o rosso per osservarlo. La potenza luminosa dei proiettori è proporzionale alla potenza elettrica consumata dall'arco, cioè all'intensità della corrente, e quindi per aumentare quella occorre aumentare questa e perciò aumentare il diametro del carbone positivo. In conseguenza il diametro del cratere aumenta e affinché la divergenza del fascio si mantenga limitata occorre aumentare la distanza focale dello specchio e anche il suo diametro, per non lasciare inutilizzata troppa luce. Attualmente sono in uso lampade speciali nelle quali si cerca di ottenere una grande intensità di corrente con diametri di cratere relativamente piccoli, e senza dovere aumentare di troppo il diametro dello specchio. La tensione che esige l'arco varia da 50 a 90 volt a seconda del tipo di lampada; la massima intensità di corrente finora impiegata è di 300 ampère.
Negl'impianti mobili di proiettori la corrente continua necessaria alla lampada è fornita da una dinamo azionata da un motore a scoppio. In quelli permanenti il motore può essere anche idraulico o a vapore, oppure si può adoperare una corrente alternata usata per usi industriali opportunamente trasformata in continua: così nei proiettori contraerei per la difesa territoriale.
I proiettori si distinguono per il diametro dello specchio, nonché per gli speciali compiti ai quali sono destinati; in quest'ultimo caso si hanno proiettori terrestri, da marina, per aeronautica e contraerei.
I proiettori terrestri hanno in generale il compito di illuminare di notte il terreno antistante per sorprendere gli eventuali movimenti del nemico o i suoi lavori (tali sono i proiettori di sorveglianza); oppure di illuminare un dato obbiettivo per batterlo con l'artiglieria (proiettori di tiro). La posizione nella quale va posto il proiettore deve di massima essere abbastanza alta, cioè tale da permettere un buon comando sulla zona da illuminare; perciò nelle zone pianeggianti i proiettori potranno essere situati su castelli a traliccio, o innalzati mediante speciali elevatori. Poiché il fascio luminoso crea una zona attraverso la quale la visione è difficile perché abbagliante, l'osservatore deve collocarsi di fianco al fascio e spostato in avanti rispetto al proiettore, in modo che i raggi che dall'oggetto illuminato vengono verso l'occhio attraversino il minimo spazio possibile di tale zona. Ad ottenere che l'osservatore possa dirigere il fascio sui punti ch'egli vuol perlustrare, si hanno delle trasmissioni elettriche per il comando a distanza dei due movimenti del proiettore.
I proiettori destinati a illuminare specchi d'acqua o zone di costruzioni marine sono simili a quelli terrestri; essi in generale hanno grande potenza, cioè hanno specchi da 120, 150 ed anche 200 cm. I proiettori per le navi non differiscono dai precedenti che nel supporto che serve a fissarli a bordo. Essi hanno il diametro di 60, 75, 90 cm. e più. Sono detti di coffa, di ponte o di sabordo, secondo il loro posto; in generale, anche i proiettori delle navi da guerra moderne sono comandati a distanza.
I proiettori impiegati per illuminare i campi di atterraggio dei velivoli usano il dispersore per diffondere il fascio luminoso e cercano di illuminare i segnali del campo; vengono posti sui lati del campo.
L'uso dei proiettori per la ricerca e l'illuminazione dei velivoli riesce oltremodo delicato e difficile, sia a causa dello stato dell'atmosfera sempre più o meno carica di pulviscolo e di vapore acqueo, sia per la piccolezza dell'oggetto cui si mira e sia per la grande mobilità di questo nello spazio. Sono perciò stati studiati speciali dispositivi per rendere i proiettori adatti alla scoperta e all'inseguimento aereo.
I proiettori contraerei si distingono in proiettori per la difesa territoriale e in proiettori per difesa campale; i primi sono di grande potenza del diametro da 120 a 150 cm. con archi fino a 300 ampère; i secondi hanno il diametro da 90 a 120 cm. I proiettori contraerei vengono inoltre distinti in proiettori guida e in proiettori satelliti; i primi hanno sempre il comando elettrico a distanza e sono asserviti ad uno speciale apparecchio di ascolto sui movimenti del quale se ne regolano le rotazioni per la ricerca del bersaglio. Il dispositivo di asservimento deve realizzare automaticamente la correzione dell'angolo di ascolto (parallasse) acustico con sufficiente approssimazione. Si noti che l'angolo di divergenza del fascio di questi proiettori è di 3° al massimo, mentre gli apparecchi ascoltatori, basati in generale sul principio biauricolare, dànno approssimazione di un quarto di grado nel puntamento ad una sorgente sonora fissa, e di 2°-3° al puntamento su una sorgente sonora mobile. Con tale dispositivo di asservimento, l'asse illuminante del proiettore risulta ad ogni istante parallelo all'asse acustico corretto della parallasse; però la distanza tra ascoltatore ed osservatore deve essere inferiore ad una cinquantina di metri per non introdurre altri elementi di errore di difficile correzione. I proiettori satelliti sono altri proiettori che dispongono i loro fasci sensibilmente paralleli a quello del proiettore guida semplicemente per aumentare il campo illuminato e rendere più facile la ricerca del velivolo.
Quando non è necessario avere fasci a piccolissima divergenza, si adoperano lampade a incandescenza. I fari per automobili devono rispondere a condizioni particolarmente complesse. Devono essere forti, avere una portata di un centinaio di metri almeno, quindi fascio poco divergente: d'altra parte devono illuminare anche la zona laterale della strada e devono evitare il pericolo di abbagliamento per chi viene in senso inverso. Queste condizioni si escludono in parte a vicenda e impongono la ricerca di soluzioni di compromesso. L'illuminazione laterale è ottenuta per mezzo di strie prismatiche sul vetro anteriore, che deviano una parte della luce diretta in avanti. L'effetto abbagliante è assai difficile a eliminarsi, e costituisce un problema che cresce di gravità con l'intensificarsi della circolazione automobilistica. Non si sono trovati finora che rimedî parziali. Siccome l'abbagliamento è dovuto soprattutto alla metà superiore del fascio luminoso, che è poi quello meno utile ad illuminare la strada, si è pensato di sopprimere questa per mezzo di varî dispositivi. Di solito si dà allo specchio una forma non semplicemente parabolica, ma più complessa: oppure si usa una lampadina supplementare non situata nel fuoco dello specchio, che si sostituisce alla principale con la manovra di un commutatore, nei momenti d'incrocio con altre vetture. Alcuni paesi prescrivono l'uso di fari non abbaglianti (impropriamente detti anti-abbaglianti) solo nei momenti di incrocio; altri ne impongono l'uso esclusivo.