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"Kombiniertes System optischer Einrichtungen für PhotoSraphie und
stereoskopische Vision" Die Erfindung betrifft ein kombiniertes System optischer
Einrichtung für Photographie und stereoskopische Visison.
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Bei der stereoskopischen Vision muß jedes Auge um einen kleinen Winkel
drehen, der als Parallaxe bezeichnet wird, ein Winkel, der im Gehirn mit dem Empfinden
einer Entfernung-zwischen dem gesehenen Objekt und dem Sehenden einhergeht. Die
von jedem Auge gesehenen Bilder unterscheiden sich etwas, und wenn photographische
Bilder aus den gleichen Punkten heraus aufgenommen und reproduziert werden, an denen
sich zuvor die Augen befanden, und wenn danach jedes Auge dazu veranlaßt wird, die
entsprechenden Bilder zu sehen, jedoch unter der entscheidenden Voraussetzung, daß
die Augeneinen Parallaxenwinkel zwischen sich bei deren Ausrichten auf eine Einzelheit
des Bildes bilden, konvergieren die verlängerten Sehstrahlen in einem Punkt, in
dem vom Beobachter angenommen wird, daß sich das Objekt befindet.
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Um diese Konvergenz zu erreichen, gibt es schon seit langem zahlreiche
optische Einrichtungen, ebenso auch für die Aufnahme von Photographien, beispielsweise
Kameras mit Doppellinsen oder ansätze für normale Kameras. Bei diesen Systemen wird
das Bild, das das rechte Auge sieht, auf der rechten Seite des Doppelbildes gesehen,
während das linke Bild auf der linken Seite gesehen wird; das führt dazu, daß Wei
einer Vergrößerung der Bilder, beispielsweise durch Werfen derselben auf einen Schirm,
diese nicht das Empfinden erzeugen können, in Relief zu sein, da dann, wenn die
waagrechte Trennung der beiden Bilder größer als die Trennung zwischen den beiden
Augen des Beobachters ist., dieser seine Augen nicht derart bewegen kann, daß die
Sehstrahlen divergierend sind oder werden; er kann sie lediglich bewegen, indem
er ein Konvergieren der Sehstrahlen bewirkt.
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Das erfindungsgemäße ystem besteht im wesentlichen darin, die beiden
Bilder zu erhalten und zur Beobachtung anzubieten, die von zwei Phinkten aus aufgenommen
sind, welche in einer Entfernung voneinander getrennt sind, welche etwa gleich der
Entfernung ist, die die beiden Augen rennt, wobei die Bilder jedoch in einer transponierten
Weise angeordnet sind; d.h. das Bild, das dem rechten Auge entspricht, wird links
gesehen, und das zum Sehen mit dem linken Auge vorgesehene Bild wird rechts gesehen.
Auf diese Weise können, wie groß die Bilder auch sein mögen, die beiden Bilder immer
gleichzeitig gesehen werden, und zwar jeweils das von dem ihm entsprechenden Auge,
und zu diesem Zweck reicht es aus, daß die Augen ihre Sehstrahlen in einem Punkt
konvergieren, der vor der Ebene der reelen Bilder liegt, welche gedruckt sind
oder
auf einen Schirm oder eine Leinwand geworfen werden.
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Da das aufeinanderfolgende Erreichen der beiden Bilder nur für bewegungslose
Objekte dient, nicht für stehende Photographien, für die Cinematographie oder für
die Television, sind die beereits bekannten Verfahren nicht für Bilder geeignet,
die in Bücher gedruckt oder auf Leinwände geworfen werden, außer wenn die Umkehrung
vorgenommen wird, die den Gegenstand der Erfindung bildet. Aus diesem Grunde sind
Ansatzeinrichtungen für photographische Kameras vorgesehen, die das normale Format
der Photographie in zwei Hälften teilt, wobei gleichzeitig das dem rechten Auge
entsprechende Bild auf der linken Hälfte dor Photographie und umgekehrt das für
das linke Auge vorgesehene Bild anf der rechten Hälfte der Photographie reproduziert
werden. Diese Einrichtungen gehorchen drei versschiedenen Prinzipien, von denen
jedes ihm eigene Eigenschaften hat.
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Eine direkte Untersuchung dieser Doppelbilder macht es möglich, drei
Bilder wahrzunehmen: eins links, das demeinfachen Abbild entspricht, welches das
rechte Auge sieht, ein zweites rechts, das dem einfachen Abbild entspricht, das
das linke Auge sieht, und schließlich ein Bild in der Mitte, das durch die beiden
zuvor genannten Bilder gebildet ist, was zu dem Gefühl führt, daß man durch ein
Fenster schaut und die Objekte sich an verschiedenen Stellen in Tiefe befinden.
Dabei ist der Beobachter in der Lage, sich auf irgendein Objekt zu konzentrieren,
sei es nah oder fern, wie er das auch in der Wirklichkeit tut. Die photographische
Vorasussetzung
besteht in der Anwendung einer großen Sehtiefe mit stark geschlossener Blende, um
dem Beobachter scharfe Bilder zu bieten, und zwar sowohl nahe als auch in großer
Entfernung.
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Das direkte Sehen wird verbessert, wenn die beiden seitlichen Bilder
durch Schirme oder Blendrahmen eliminiert werden.
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In diesem direkten Sehen kann die Trennung der beiden Funktionen des
Auges wahrgenommen werden, die normalerweise vereint bleiben, nämlich Brennpunkt
bzw. Brennweite und Winkel der Parallaxe. In diesem Fall muß das Auge die Bilder
der Leinwand scharf abbilden und nichtsdeEtoweniger einen Winkel bilden, der ein
Sichtbild näher am Auge erzeugt.
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Das wird automatisch durch das Auge erreicht, obgleich bei kürzeren
Entfernungen in der Größenordnung eines Meters eine bestimmte Sehmüdigkeit hervorgerufen
wird. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, Hilfsmittel einzusetzen, um die Bilder
zu sehen, und diese Mittel bringen es mit sich, daß das Sichtabild als Folge des
Winkels der Parallaxe der Augen in der gleichen Ebene liegt wie dr der reelen Abbilder,
und folglich sind die beiden Funktionen des Auges erneut vereint.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind: Fig. 1
eine Darstellung des Mechanismus der reelen Vision, Fig. 2 die Vision zweier Photographien
entsprechend dem bereits bekanten Verfahren,
Fig. 3 eine Darstellung
der Unmöglichkeit der Wahrnehmung des Relief gefühls bei der normalen Prozedur bei
großen Bildern, Fig. 4 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips, das selbst
für große Bilder gilt, Fig. 5 eine Darstellung der entscheidenden Merkmale eines
Vorsatzes für photographische Kameras, indem mit zwei Spiegelpaaren gearbeitet wird,
Fig. 6 eine Darstellung der entscheidenden Merkmale eines Vorsatzes für photographische
Kameras, der zwei Spiegel, nämlich ein einziges Spiegelpaar, enthält, Fig. 7 die
Darstellung der entscheidenden Merkmale eines Versatzes für photographische Kameras,
bei dem mit einem Mischprisma gearbeitet wird, Fig. 8 deie Darstellung eines Einsatzes
eines einfachen Schirms oder Blendenrahmens und Fig. 9 die Darstellung des Einsatzes
einer verbesserten Ausführung eines Schirms oder Blendenrahmens.
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In Pig. 1 ist das rechte Auge 1 und das linke Auge 2 zu sehen, die
um die Entfernung 3 voneinander getrennt sind und die auf drei Objekte 4, 5, 6 blicken
oder die, was auf das gleiche hinausläuft, auf ein ebenes Abbild 7, das vom rechten
Auge 1 gesehen wird, und auf ein anderes Abbild 8 blicken, das vom linken Auge 9
gesehen wird.
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Wenn zwei Bilder 9 und 10, Vergrößerungen oder Verkleinerungen der
Bil-
7 und 8 in Fig. 1 eine Lage gemäß Fig. 2 vor ihren betreffenden
Augen einnehmen, können sich die Qehstrahlen der Augen an den Punkten 4', 5' und
6' schneiden, was wie in Fig. 1 das Gefühl der Entfernung verleiht, vorausgesetzt,
daß die Entfernung 11 zwischen den beiden Bildern eines und desselben Objekts geringer
als der Abstand 3 zwischen den Augen ist.
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Wenn die photographischen Bilder vergrößert werden und sich wie in
Fig.
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3 darbieten, müssen bei einer Entfernung 12 zwischen den beiden Bildern
eine und desselben Objekts von mehr als dem Dreschen (in der Praxis bis zum Zehnfachen)
die SehstriLen 13 und 14 divergent sein, eine Bedingung, die von den Augen nicht
erreicht werden kann.
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Wenn umgekehrt die Lage der Bilder 9 und 10 umgekehrt wird, isi es
selbst dann, wenn die Entfernung 12 zwischen den beiden Bildern des selben Objekts
viel mehr als das Maß 3 ist, immer möglich, zu einem Punkt 15 zu schauen, in dem
sich die Sehstrahlen 13 und 14 kreuzen, und in diesem Punkt befindet sich das virtuelle
Bild des Objekts, Das direkte Entstehen von Photographien, Dias und Bildern in photographischen
oder Fernsehkameras mit den beiden Bildern transponiert wird mit den Ansätzen erreicht,
die in Fig. 45, 6 und 7 gezeigt sind.
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In Fig. 5 sehen wir also, daß sich in einem Kasten 16 Spiegel 17,'18
und 19 befinden, und zwar in einer solchen Anordnung, daß die Sehstrahlen eines
rechten Augens 21 den LichtstrAlen 322 entsprechen, die am Spiegel 17 ankommen und
bei der Reflektierung daran im Punkt 23 schneiden,
wegen des Spiegels
18 werden sie aber in einem Punkt 24 konzentriert und bilden anschlieBend ihr Bild
auf der Hälfte 25 des Rahmens 26 des Films der Kamera 27. Diese Hälfte ist, weil
sie umgekehrt ist, die Links liegende Hälfte der entstehenden Photographie, da die
rechte Hälfe 28 von den Strahlen 29 gebildet wird, die von den Spiegeln 19-und 2
reflektiert werden, anstatt auf einem linken Auge 30 einzufallen.
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Die Notwendigkeit zum Einsatz der Spiegel 18 und 20 in einer gestaffelten
Anordnung führt dazu, daß der Kasten 16 relativ großvolumig ist, mitunter größer
als die Kamera selbst; das führt auch dazu, daß man Bildern kleinen Winkeln erhält.
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Fig. 6 zeigt eine andere Einrichtung mit einem einzigen Paar Spiegeln:
der Kasten 31 kann mit einer photographischen Kamera (nicht dargestellt) gekoppelt
sein, wobei der Lichtstrahl 32 wegen der Spiegel 34 und 35 anstatt im Punkt 33 im
Punkt 36 empfangen wird, um das Bild 37 zu bilden, während die direkten Strahlen
38 das Bild 39 bilden. Dieses System hat den Nachteil, daß die Entfernung zum Objekt
vom Punkt 36 durch den direkten Weg der Strahlen 38 kürzer als durch die beiden
Reflektierungen ist, was der Strecke vom Punkt 33 zum Objekt längs der Strahlen
32 entspricht. Dieser Unterschied in der Größenordnung von 10 cm fahrt zu einem
sehr geringen Größennnterschied zwischen den beiden Bildern desselben Objekts, das
sich in einer Entfernung von 3 m befindet: er ist bei größeren Entfernungen nicht
wahrzunehmen. Sowohl in dem einen wie in dem anderen FE11 ist das Reliefempfinden
der entstandenen Photographien ausgezeichnet. Das hat den Vorteil, wenn die Lichetstrahlen
38
direkt sind, daß eine bessere Schärfe ermöglicht wird und daß das Volumen des Kastens
31 etwa nur 40 Prozent desjenigen der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung beträgt.
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Eine wesentlich vordere Einrichtung, jedoch eine der größstmöglichen
Qualität, ist jene, die in Fig. 7 gezeigt ist und bei die beiden Mittelspiegel 18
und 20 aus Fig. 5 durch ein Prisma ereetzt worden sind, das durch Brechung und Reflektierung
die Transponierung von Bildern in einem sehr begrenzten Raum bewirkt: ferner ist
sie vollkommen æzmmetrisch. In Fig. 7 ist zu sehen, daß der Kasten 39 zwei symmetrische
Spiegel 40 und 41 hat. Die Strahlen 42, die das Bild des rechten Auges bilden würden,
wenn sich dieses bei 43 befunde, werden in den Spiegel 40 reflektiert und fallen
dann auf die Fläche 44 des Prismas ein, wo sie gebrochen werden, und alle erreicehen
die innere Fläche 45 des Prismas, wo sie einer Totalreflexion als Folge ihres Einfallwinkels
unterzogen werden und zur linken Hälfte 46 der dritten Fläche wandern, wobei die
Bahn 47 des Lichts innerhalb des Prismas nach der Reflektierung äqiivlalent zur
Bahn 48 ist, die die Strahlen durchlaufen würden, wenn das Prisma bis zur gedachten
Fläche 49 weiterginge, was, um eine Parallsität zur Fläche 44 zu erreichen und damit
verzerrungen des Bilds zu vermeiden, zur Bedingung hat, daß die Winkel der Kanten
des Prismas den gleichen Wert haben, und folglich bildet die vordere Fläche 50 einen
V-Form-Winkel, außer für den Sonderfall, bei dem die Winkel 60 grad betragen. Wenn
aus diesem Grunde und wegen der Symmetrie die Strahlen 42 am Punkt 51 konzentriert
werden, anschließend in der photographischen Kamera, bilden sie das Bild 52. Die
Lichtstrahlen, die am
Spiegel 41 ankommen, bilden das Bild 53 und
kreuzen sich im Inneren des Prismas, ohne sich gegenseitig zu stören, so daß die
beiden vorne liegenden Flächen des Prismas das Licht brechen, das in das Prisma
eintritt, und das Licht reflektieren, daß an ihnen vom Inneren des Prismas ankommt.
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Fig. 8 zeigt einen einfachen Schirm bzw. Blendenrahmen, bestehend
aus einer Öffnung in einer lichtundurchlässigen Platte: Die Lichtstrahlen 54, die
vom Bild 55 kommen, das das rechte Achse 56 sehen soll, erreichen das Auge; entsprechend
durchlaufen die Lichtstrahlen 57, die vom Bild 58 kommen, das das linke Auge 59
sehen soll, das Loch 60 der lichtundurchlässigen Platte 61, wobei ein Relief im
gesamten Bereich der schraffierten Zone 61 zu sehen ist; in diesem Fall entsprechen
die Winkel der Parallaxe- der Augen dem Richten des Blicks auf Gegenstände, die
sich in der schraffierten Zone 61 in einer Entfernung befinden, die sich von der
der reelen Bilder 55, 58 unterscheidet, auf die der Blick zu richten ist.
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Die Strahlen 62 des Bilds 58 des linken Auges können das rechte Auge
nicht erreichen, weil der lichtundurchlässige Schirm 61 sie ausblendet, und das
gleiche geschieht wegen der Symmetrie mit den Strahlen 63, die das Auge 59 nicht
er3chen.
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-Ein Sehen kann durch Verwendung eines oder mehrerer Prismen bequemer
gemacht werden, wie das-in Fig, 9 gezeigt ist. In diesem Falle befinden
sich
vor den Augen 64 und 65 die Prismen 66 und 67 und zwei lichtundurchlässige Schrime,
nämlich 68 und 69, so daß die Sehstrahlen 70 und 71, obgleich sie sich in V!irklichkeit
im Punkt 732 echneiden, den Eindruck vermitteln, als ob sie sich im virtuellen Punkt
73 schneiden, was die Entfernung vermittelt, und da es sich dabei etwa um die Entfernung
der reelen Bilder 74 und 75 handelt, fällt der natürliche Brennpunkt, wie er das
auch in Wirklichkeit tut, mit dem Winkel der Parallaxe zusammen. Da im vereinfachten
Schirm die lichtundurchlässigen Abschirmungen 68 und 69 das rechte Auge 64 daran
hindern, das Bild zu sehen, das für das linke Auge 65 bestimmt ist, kann umgekehrt
dieses Auge 65 auch nicht das Bild 74 sehen.
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Die körperliche Ausgestaltung dieser Einrichtung kann die Form eines
V-förmigen Vergrößerungsglases haben, oder auch die Form von Brillen mit Prismen
vor jedem Auge, die mit lichtundurchlässigen ochwirmen versehen sind, um die seitlichen
Bilder zu eliminieren.
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PatentansptWche