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" Dispositif optique pour la projeotion simultanée d'images multiples "
On connaît les procédés de photographie et de ciné- matographie en couleurs naturelles, consistant à réaliser tout d'abord, lors de la prise de vues, des groupes de plu sieurs images élémentaires distinctes, prises chacune à tr vers un filtre de couleur différente, puis à projeter simu tanément sur l'éoran les images élémentaires distinctes de chacun de ces groupes.
On utilise pour cette projection a tant d'objectifs qu'il y a d'images élémentaires dans chaq groupe, et l'on munit chacun de ces objectifs d'un filtre la couleur correspondante; puis l'on amène ces objectifs,
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moyen de réglages appropriés, à occuper chacun une position telle que, pour une distance déterminée de projection, les . images obtenues se superposent exactement.
Mais l'on n'a pu, et notamment dans la cinématographie en couleurs naturelles, éviter jusqu'ici les inconvénients ci-après :
1 si l'un des groupes d'images (dont l'ensemble doit constituer un tout en ce qui concerne l'analyse des couleurs) occupe l'emplacement réservé habituellement, dans la cinémato- graphie en noir et blanc, à une seule image,. l'encombrement réduit dont on dispose ne permet pas de donner une grande ouverture à chacun des objectifsutilisés, chaque objectif devant avoir son axe optique à peu près en concordance avec l'axe élevé perpendiculairement à la surface de l'image correspondante et en son centre;
2 le réglage des objectifs, nécessaire pour obtenir la parfaite'superposition des images sur l'écran de projection, n'est valable que pour une distance déterminée entre cet écran et le film et doit par conséquent être refait chaque fois que cette distance varie, autrement dit que la longueur de projection varie;
3 le film cinématographique, constitué par une matière très sensible aux variations de température et à l'état hygrométrique de l'air ambiant, se rétrécit ou se dilate dans des proportions notables ; en résulte que différents films demandent des réglages d'objectifs différents ; or ces réglages sont longs et fastidieux et ne peuvent être faits devant le public pendant une séance de projection.
La présente invention a pour objet un dispositif optique de projection qui permet d'éliminer ces inconvénients
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Ce dispositif permet d'une part d'utiliser des objectifs de grande ouverture. Il permet d'autre part, grâce à un opération facile, analogue à celle que nécessite la mise au point d'un objectif, de maintenir sur l'écran la superpositic des diverses images élémentaires lorsqu'une variation de l'éi du film le nécessite, et cela quelle que soit la longueur de projection.
Le dispositif optique de projection conforme à l'invention est constitué essentiellement par la combinaison d'ur groupe d'objectifs disposés (à raison d'un objectif en avant chacune des images élémentaires à projeter simultanément) de manière à donner do ces images dos images virtuelles se super sant en arrière de celles-là, et d'uh objectif unique disposÉ en avant de ce groupe d'objectifs de manière à donner sur l'É cran de projection une image nette de l'ensemble de ces image virtuelles superposées.
Les objectifs du groupe d'objectifs peuvent être de court foyer, donc d'ouverture relativement grande, ce qui assure une grande luminosité.
Le groupe d'objoctifs et l'objectif unique peuvent être déplacéspar rapport aux images à projeter, parallèlemer à l'axe do projection, afin d'être amenés, suivant l'état du film ('s'il s'agit de la projection d'un film cinématographiqu et (ou) suivant la longueur de projection, dans des position!: assurant d'une part la superposition exacte dos images virtuc les et, d'autre part, leur projection nette sur l'écran.
Ces deux déplacements peuvent être effectués séparément, ou simultanément et en une seule opération à l'aide de tout mécanisme approprié.
La présente invention est applicable non seulement
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à la projection d'imagos photographiques ou cinématographiques on couleurs naturelles, mais, d'une manière tout-à-fait géné- rale, à la projection do plusieurs images devant avoir une po- sition relative déterminée sur l'écran do projection.
Aux dessins ci-joints, on a représenté schématiquement, en fig. 1, le dispositif de projection conforme à l'invention en supposant, pour rendre plus clair le dessin, qu'il s'agisse seulement de groupes de deux images élémentaires destinées à être projetées simultanément. a et b représentent ces deux images élémentaires et A et B deux objectifs donnant do a et b deux images virtuelles qui sont confondues en I sur l'axe x y, en arrière des images a et b. 0 est un objectif avant, qui projette sur l'écran do projection les deux imagos virtuelles confondues en I.
Une telle disposition permet d'employer des objectifs élémentaires A et B de longueur focale beaucoup moins grande que celle que nécessiterait un système optique ordinaire n'uti- lisant que ces objectifs, sans le concours de l'objectif 0.
Il en résulte que, pour un encombrement identique, par consé- quent pour des diamètres identiques, l'ouverture relative de ces objectifs élémentaires sera beaucoup plus grande, d'où résultera un gain appréciable de lumière. f étant la longueur focale de chacun des objectifs élémentaires A et B, et l'image virtuelle I qu'ils donnent étant grossie dans le rapport m n/n q, l'objectif avant 0 doit n q avoir un foyer égal à F x m n/n q (F étant la longueur focale n q des objectifs d'un système optique ordinaire fonctionnant sans lentille avant telle que 0).
Ce foyer est donc indé- pendant du foyer f des objectifs A et B et ne dépend que du rapport m n/n q ainsi que de la longueur focale F. n q
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On peut donc, sans inconvénient, réduire la distance (n q) et, pour un encombrement identique, avoir une cuver- ture relative beaucoup plus grande des objectifs A et B, cet ouverture étant inversement proportionnelle à (n q).
Si, par exemple, on veut remplacer les objectifs uni- quos de longueur focale F = 60 m/m d'un système optiquo ordi naire par un tel système optique, on pourra prendre 36 m/m comme longueur focale de chaoun des objectifs A et 3. Un calcul rapide montre qu'on aura alors: m n = 180 m/m, n q = 30 m/m, si on choisit un grossissement de 6.
La longueur (n q) étant égale à 30 m/m au lieu do 60 m/m, pour un même diamètre d'objectif, on aura une ouver. ture relative deux fois plus grande.
En outre, les objectifs élémentaires A et B étant, comme on le voit en f ig. 1, plus éloignés de l'axe x y que los images a et b (condition nécessaire pour obtenir les images virtuelles confondues en I sur cet axe en arrière de images a et b), on peut augmenter le diamètre de ces objoc- tifs sans qu'ils so gênent mutuellement.
Le système optique décrit ci-dessus étant supposé réglé pour une position des images a et b et pour une longu de projection déterminées, si le film portant ces images a b (dans le cas de la projection d'un film cinématographique se dilate, les centres c et d (fig. 2) dos images a et b viendront respectivement en c' et d', ot l'image virtuelle commune I se dédoublera en deux images: l'une de contre I1 correspondant à a, l'autro de centre I2 correspondant à b.
On conçoit alors qu'un déplacement de l'ensemble dos objoc- tifs A et B puisse changer la position de ces images vir- tuollos sur l'axo x y en faisant varier le rapport m n x y n q
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Or, les lieux des points I1 et I2, pour une position déter- minée des images a et b, lorsque les objectifs A et B se déplacent parallèlement à x y, coupent toujours cet axe on un même point. Il existe donc une position A' B' du bloc des objectifs A et B qui donne les points Il et I2 confondus sur l'axe x y en un point I'1 par exemple.
Si, au lieu de deux images a et b, on en a plusieurs, le phénomène reste le même, et toutes les images virtuelles correspondantes viennent, à la suite d'un déplacement approprié (parallèle à l'axe x z) du bloc des objectifs analogues à A et B,se superposer sur cet axe avec pour centre commun I'1. Il suffit onsuite de déplacer l'objectif 0 parallèlement à l'axe x y de façon qu'il donne ; de ces images virtuelles superposées on I'1, une imago nette sur l'écran de projection.
On a représenté ainsi, toujours schématiquement, en figt 3, trois objectifs élémentaires A, B et C destinés, en combinaison avec un objectif avant unique 0 conformément à l'invention, à projeter sur un écran E1 un groupe de trois images a, b et c portées par un film D.
Les objectifs A, B, C et 0 ont été schématiquement représentés chacun par une lentille, mais en réaiité ils peuvent être aussi bien constitués par une combinaison de lentilles que par une lentille simple.
Les objectifs A, B et C sont supposés réglés initialement pour donner de ces trois images a, b, c des images virtuelles se superposant sur l'axe x - y en arrière des imagos a, b, ±,.et cela en tenant-compte d'un état initial donné quelconque du film D. Quant à l'objectif 0, il donne, comme indiqué précédemment, de ces images virtuelles superposées, une image nette sur l'écran de projection E1.
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Si l'on suit la tracé des rayons lumineux on partant do cet écran E1, on voit que l'objectif 0 donne de ce dernier une image en E2 et que, de cette image E2, les objectifs A, B et C donnant dos images qui so superposent avec les imagos a, b et ± sur le film D. Si R est le centre de l'image E2, les objectifs A, B et C donnent du contre R des images r1, r2 ot r3 sur le film D.
Si l'on désigne par s, t, u los oentres respectifs des objectifs A-B-C, on voit que les triangles s-t-u ot r1-r2-r3 sont homothétiques. Comme le premier de ces deux triangles est invariable (les centres s, t et u des objectifs A, B et C restant dans une position inchangée los uns par rapport aux autres), si la position du bloc de's objectifs A, B et C vient à varier le long de ltaxe x y, le triangle r1-r2-r3 variera, mais on restant constamment semblable à lui-même, et sans qu'il y.ait de solution de continuité dans cette variation.
Si maintenant c'estile film D qui, en se dilatant identiquement dans toutes los direotions, amène les points r1, r2 et r3 en r'1, r'2 et r'3 respectivement (tels que les triangles r1 - r2 - r3 et r'1 -r'2 - r'3 restent semblables à eux-mêmes), on voit qu'il suffira de déplacer convenablemo@ le bloc des objectifs A, B et C le long de l'axe x y pour que les points r'1, r'2 et r'3 soient homothétiques des centres s, t et u de ces objectifs ainsi déplacés, par rapport à un nouveau point R' sur l'axe x y, la condition imposant le point R' comme centre d'homothétie étant que le point R' d'une part et les points r'1, r'2, r'3 d'autre part soient conjugués optiquement par rapport aux objectifs A, B et C.
Il suffira ensuite de déplacer l'objectif 0 parallèle
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ment à lui-même pour mettre au point R' sur l'écran E1.
Tl est donc nécessaire d'opérer deux déplacements longitudinaux le long de l'axe x y pour rectifier les erreurs de superpositions dues à une dilatation du film en cours de projection: un déplacement longitudinal du bloc des objectifs A, B, 0 et un déplacement longitudinal de l'objectif avant 0.
Ces deux déplacements rectilignes sont liés, ainsi que le calcul le montre aisément, par la loi :
EMI8.1
p= µ - p J P = 1 ¯ . T F dans laquelle (fig. 1): P et p sont respectivement les distances du film ou autre à l'objectif unique avant et au groupe d'objectifs, # la longueur focale de l'objectif unique avant et /celle de cha- cun des objectifs du groupe d'objectifs.
Il est facile de réaliser ces deux déplacements rec- tilignes par une seule opération en utilisant par exemple le dispositif représenté en coupe axiale à la fig. 4 et en pers- pective avec arrachements partiels à la fig. 5. Dans ces figures, 1 est le bloc dans lequel sont montés, de toute manière connue, les objectifs A, B et C (dans le cas toujours de la projection simultanée de trois images distinctes, pris à titre dtexemple- non limitatif). Ces objectifs peuvent être analogues par exemple aux objectifs actuellement utilisés pour la projection simultanée d'images multiples en parfaite superposition.
2 est la monture de l'objectif avant 0 constitué par exemple par une lentille simple.
Le bloc 1 et la monture 2 sont montés coulissant à l'intérieur d'un tube 3 recouvert, à l'arrière, par un deuxième tube 4.
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- 5 est un ergot solidaire du bloc 1, et 6 est un ergot solidaire de la monture 2. Le tube 3 comporte deux rainures 7 et 8, de forme appropriée, déterminées d'après la loi ci-dessus indiquée qui relie les déplacements du bloc des objectifs A, B, C et de l'objectif 0. Les deux rainures 7 et 8 peuvent être hélicoïdales, la loi à respecter étant presque linéaire dans les limites du champ qu'on utilise. Dans la rainure 7 s'engage l'ergot 5 et dans la rainure 8 s'engage l'ergot 6.
Quant au deuxième tube 4, il comporte deux rainures droites longitudinales 9 et 10 dans lesquelles se déplacent rospecti- vement également l'ergot 5 et l'ergot 6.
Une rotation du tube 3, le tube 4 restant fixe, produira ainsi des déplacements longitudinaux simultanés du bloc 1 et de la monture 2 suivant l'axe x y, sans que ce bloc et cette monture puissent subir eux-mêmes de rotation.
Dans le cas où, comme en fig. 4 et 5, ou grâce à tout autre moyen mécanique approprié, les déplacements du blot des objectifs arrière et do l'objectif'avant unique (dont l'ex semble' constitue le dispositif optique de l'invention) sont conjugués et obtenus simultanément par une manoeuvre unique, il sera extrêmement facile et rapide, quelle que soit la longueur de projection dont on dispose, de régler au moyen de cette manoeuvre unique les positions respectives du groupe d'objectifs arrière et de l'objectif avant par rapport au pla du film à projeter, de telle sorte que les images élémentaire de ce film soient projetées bien superposées et avec la nett< té voulue sur l'écran, et'.restent nettes et bien superposées même si le film se dilate en cours de projection.
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"Optical device for simultaneous projection of multiple images"
There are known methods of photography and cinematography in natural colors, consisting first of all, when taking pictures, of groups of several distinct elementary images, each taken at tr to a different color filter, then to project simultaneously on the eoran the distinct elementary images of each of these groups.
We use for this projection has so many objectives that there are elementary images in each group, and we provide each of these objectives with a filter of the corresponding color; then we bring these objectives,
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means of appropriate settings, each occupying a position such that, for a determined projection distance, the. images obtained overlap exactly.
However, the following drawbacks have not been avoided so far, especially in natural color cinematography:
1 if one of the groups of images (the whole of which must constitute a whole as far as color analysis is concerned) occupies the place usually reserved, in black and white cinematography, for a single image ,. the small size available does not allow a large aperture to be given to each of the lenses used, each lens having to have its optical axis roughly in line with the elevated axis perpendicular to the surface of the corresponding image and at its center ;
2 the adjustment of the objectives, necessary to obtain the perfect superposition of the images on the projection screen, is only valid for a determined distance between this screen and the film and must therefore be redone each time this distance varies, in other words, the projection length varies;
3 the cinematographic film, consisting of a material very sensitive to variations in temperature and to the hygrometric state of the ambient air, shrinks or expands in significant proportions; as a result, different films require different lens settings; these adjustments are long and tedious and cannot be made in front of the public during a screening.
The present invention relates to an optical projection device which eliminates these drawbacks.
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This device allows, on the one hand, to use large aperture lenses. It also allows, thanks to an easy operation, similar to that required for focusing an objective, to maintain on the screen the superpositic of the various elementary images when a variation of the film ei requires, and this regardless of the projection length.
The optical projection device according to the invention consists essentially of the combination of a group of objectives arranged (at the rate of one objective in front of each of the elementary images to be projected simultaneously) so as to give these images back to images. virtual ones superimposed behind those, and of a single objective arranged in front of this group of objectives so as to give on the projection screen a clear image of all of these superimposed virtual images.
The objectives of the group of objectives can be of short focus, therefore relatively large aperture, which ensures a high luminosity.
The group of objectives and the single objective can be moved with respect to the images to be projected, parallel to the projection axis, in order to be brought, depending on the state of the film ('if it is the projection of a cinematographic film and (or) depending on the projection length, in positions: ensuring on the one hand the exact superposition of the virtuous images and, on the other hand, their clear projection on the screen.
These two movements can be carried out separately, or simultaneously and in a single operation using any suitable mechanism.
The present invention is applicable not only
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to the projection of photographic or cinematographic images in natural colors, but, in a quite general manner, to the projection of several images which must have a determined relative position on the projection screen.
In the accompanying drawings, there is shown schematically, in FIG. 1, the projection device according to the invention assuming, to make the drawing clearer, that it is only groups of two elementary images intended to be projected simultaneously. a and b represent these two elementary images and A and B two objectives giving do a and b two virtual images which are merged at I on the x y axis, behind the images a and b. 0 is a front lens, which projects on the projection screen the two virtual images combined in I.
Such an arrangement makes it possible to use elementary objectives A and B of focal length much shorter than that required by an ordinary optical system using only these objectives, without the aid of the objective 0.
The result is that, for an identical size, consequently for identical diameters, the relative aperture of these elementary objectives will be much greater, from which an appreciable gain in light will result. f being the focal length of each of the elementary objectives A and B, and the virtual image I which they give being magnified in the ratio mn / nq, the front objective 0 must nq have a focus equal to F xmn / nq ( F being the focal length nq of the objectives of an ordinary optical system operating without a front lens such as 0).
This focus is therefore independent of the focus f of objectives A and B and depends only on the ratio m n / n q as well as on the focal length F. n q
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It is therefore possible, without inconvenience, to reduce the distance (n q) and, for an identical size, to have a much larger relative width of the objectives A and B, this aperture being inversely proportional to (n q).
If, for example, we want to replace the single lenses of focal length F = 60 m / m of an ordinary optical system by such an optical system, we can take 36 m / m as the focal length of each lens A and 3. A quick calculation shows that we will then have: mn = 180 m / m, nq = 30 m / m, if we choose a magnification of 6.
The length (n q) being equal to 30 m / m instead of 60 m / m, for the same objective diameter, we will have an aperture. relative ture twice as large.
In addition, the elementary objectives A and B being, as can be seen in f ig. 1, further from the xy axis than the images a and b (necessary condition to obtain the virtual images merged at I on this axis behind images a and b), we can increase the diameter of these objectives without 'they interfere with each other.
The optical system described above being assumed to be adjusted for a position of the images a and b and for a determined projection length, if the film carrying these images ab (in the case of the projection of a cinematographic film expands, the centers c and d (fig. 2) the images a and b will come respectively to c 'and d', ot the common virtual image I will be split into two images: one of against I1 corresponding to a, the other of the center I2 corresponding to b.
We can then imagine that a displacement of the set of objectives A and B can change the position of these virtual images on the axo x y by varying the ratio m n x y n q
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However, the locations of points I1 and I2, for a determined position of images a and b, when objectives A and B move parallel to x y, always intersect this axis at the same point. There is therefore a position A 'B' of the block of objectives A and B which gives the points II and I2 coincident on the axis x y at a point I'1 for example.
If, instead of two images a and b, there are several, the phenomenon remains the same, and all the corresponding virtual images come, following an appropriate displacement (parallel to the xz axis) of the block of objectives analogous to A and B, overlap on this axis with I'1 as a common center. It suffices to move the objective 0 parallel to the axis x y so that it gives; of these superimposed virtual images one I'1, a clear image on the projection screen.
There is thus represented, still schematically, in figt 3, three elementary objectives A, B and C intended, in combination with a single front objective 0 according to the invention, to project on a screen E1 a group of three images a, b and c carried by a film D.
Objectives A, B, C and 0 have been schematically represented each by a lens, but in reality they can be constituted as well by a combination of lenses as by a single lens.
The objectives A, B and C are supposed to be initially adjusted to give of these three images a, b, c virtual images superimposed on the x - y axis behind the images a, b, ±,. And this while taking- account of any given initial state of the film D. As for the objective 0, it gives, as indicated above, of these superimposed virtual images, a clear image on the projection screen E1.
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If we follow the path of the light rays, starting from this screen E1, we see that the objective 0 gives an image of the latter at E2 and that, from this image E2, the objectives A, B and C give back images which are superimposed with the images a, b and ± on the film D. If R is the center of the image E2, the objectives A, B and C give against R images r1, r2 ot r3 on the film D.
If we denote by s, t, u the respective oentres of the objectives A-B-C, we see that the triangles s-t-u ot r1-r2-r3 are homothetic. Since the first of these two triangles is invariable (the centers s, t and u of objectives A, B and C remaining in an unchanged position los with respect to each other), if the position of the block of objectives A, B and C comes to vary along the xy axis, the triangle r1-r2-r3 will vary, but we remain constantly similar to itself, and without there being any solution of continuity in this variation.
If now it is the film D which, by expanding identically in all the expressions, brings the points r1, r2 and r3 to r'1, r'2 and r'3 respectively (such as the triangles r1 - r2 - r3 and r'1 -r'2 - r'3 remain similar to themselves), we see that it will suffice to move the block of objectives A, B and C appropriately along the xy axis so that the points r '1, r'2 and r'3 are homothetic with the centers s, t and u of these objectives thus displaced, with respect to a new point R' on the xy axis, the condition imposing the point R 'as the center of' homothety being that the point R 'on the one hand and the points r'1, r'2, r'3 on the other hand are optically conjugated with respect to the objectives A, B and C.
It will then suffice to move the objective 0 parallel
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ment to himself to focus R 'on screen E1.
It is therefore necessary to operate two longitudinal displacements along the xy axis to correct the overlap errors due to an expansion of the film during projection: a longitudinal displacement of the block of objectives A, B, 0 and a longitudinal displacement of the objective before 0.
These two rectilinear displacements are linked, as the calculation easily shows, by the law:
EMI8.1
p = µ - p J P = 1 ¯. TF in which (fig. 1): P and p are respectively the distances of the film or other to the single front lens and to the group of lenses, # the focal length of the single front lens and / that of each of the objectives of the objective group.
It is easy to carry out these two rectilinear displacements by a single operation, for example using the device shown in axial section in FIG. 4 and in perspective with partial cutouts in FIG. 5. In these figures, 1 is the block in which are mounted, in any known manner, the objectives A, B and C (still in the case of the simultaneous projection of three distinct images, taken by way of non-limiting example). These objectives can be similar, for example, to the objectives currently used for the simultaneous projection of multiple images in perfect superposition.
2 is the mount of the front objective 0 constituted for example by a single lens.
The block 1 and the frame 2 are slidably mounted inside a tube 3 covered, at the rear, by a second tube 4.
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- 5 is a lug integral with the block 1, and 6 is a lug integral with the frame 2. The tube 3 has two grooves 7 and 8, of appropriate shape, determined according to the law indicated above which connects the movements of the block of objectives A, B, C and objective 0. The two grooves 7 and 8 can be helical, the law to be respected being almost linear within the limits of the field that is used. In the groove 7 engages the lug 5 and in the groove 8 engages the lug 6.
As for the second tube 4, it comprises two straight longitudinal grooves 9 and 10 in which the lug 5 and the lug 6 also move rospectively.
Rotation of the tube 3, the tube 4 remaining fixed, will thus produce simultaneous longitudinal displacements of the block 1 and of the frame 2 along the x y axis, without this block and this frame themselves being able to undergo rotation.
In the event that, as in fig. 4 and 5, or by any other suitable mechanical means, the displacements of the blot of the rear objectives and of the single front objective (of which the former seems to constitute the optical device of the invention) are combined and obtained simultaneously by a single maneuver, it will be extremely easy and fast, whatever the projection length available, to adjust by means of this single maneuver the respective positions of the rear lens group and of the front lens in relation to the plate of the film to be projected, so that the elementary images of that film are projected well superimposed and with the desired sharpness on the screen, and '. remain sharp and well superimposed even if the film expands during projection.