DE367319C - System for the optical compensation of image migration in cinematographs - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 23. APRIL 1923ISSUED APRIL 23, 1923

Firma Carl Zeiss in Jena.Carl Zeiss company in Jena.

Die Erfindung bezieht sich auf ein für einen Kinematographen mit gleichförmig bewegtem Film bestimmtes optisches System, das einerseits, zum Zwecke des optischen Ausgleichs der Filmbewegung, eine in Abhängigkeit von dem Filmantrieb bewegliche Reihe von Objektiven, und das anderseits, um auf einem in endlicher Entfernung liegenden Projektionsschirm ein ruhendes Bild zur Verfügung zu stellen, einThe invention relates to a for a cinematograph with uniformly moved Film specific optical system that, on the one hand, for the purpose of optical compensation of the Film movement, a series of lenses that can move depending on the film drive, and on the other hand, on a projection screen at a finite distance to provide a static image

ίο hinter diesen Objektiven fest angeordnetes Linsensystem enthält.ίο fixed behind these lenses Includes lens system.

Nach der Erfindung werden einerseits der gegenseitige Abstand der Mitten zweier aufeinanderfolgender Objektive (die Objektivteilung) und die Brennweite sowie die Lage der Objektive so gewählt, daß die jeweils im Strahlenfeld befindlichen Filmbildchen an ein und demselben in endlicher Entfernung vor dem Film liegenden Ort virtuell abgebildet werden, und es werden anderseits die Brennweite und die Lage jenes fest angeordneten Linsensystems so gewählt, daß diese virtuellen Bilder an ein und derselben Stelle des Projektionsschirmes abgebildet werden.According to the invention, on the one hand, the mutual spacing of the centers of two consecutive ones Lenses (the lens division) and the focal length and the location of the Lenses chosen so that the film images located in the radiation field at one and are virtually reproduced in the same place at a finite distance in front of the film, and on the other hand the focal length and the position of that fixed lens system chosen so that these virtual images in one and the same place on the projection screen can be mapped.

as Ein optisches System, das die jeweils im Strahlenfeld befindlichen Filmbildchen im Unendlichen virtuell abbildet, ist bereits in der deutschen Patentschrift 241124 beschrieben worden. Es ist so ausgebildet, daß die Objektivteilung to gleich der Fümteilung t/, daß die Brennweite f ₀ der Objektive gleich dem Abstand S₃ der Objektive vom Film, und das die Brennweite des fest angeordneten Linsensystems gleich dem Abstand desselben vom Projektionsschirm (gleich der Saallänge) ist. Das fest angerodnete Linsensystem ist auf die bei der Abbildung der Filmbildchen auf den Schirm erzielte Vergrößerung fast ohne Einfluß und kann daher für die folgende Betrachtung ohne Nachteil als nicht vorhanden angesehen werden. Die kleinen Bildunschärfen auf dem Schirm, die bei Wegfall jenes Linsensystems auftreten und ihre Ursache darin haben, daß das projizierte Bild in der Richtung der Objektivbewegung eine Verschiebung um eine Filmbildhöhe erfährt, sind bei dieser Betrachtung unwesentlich. Bei Wegfall des fest angeordneten Linsensystems dienen zur Abbildung der Filmbildchen die Objektive allein. Da die Fümteilung tf mit 18,8 mm ausgeführt zu werden pflegt, da ferner die Fassung der Objektive und die Verbindung der Fassungen Raum beansprucht, so ergibt sich für den freien Durchmesser O der Objektive ein Wert, deiAs an optical system that virtually reproduces the film images located in the radiation field at infinity has already been described in German patent specification 241124. It is designed in such a way that the lens pitch to is equal to the lens pitch t /, that the focal length f _{0 of} the lenses is equal to the distance S _{3 of} the lenses from the film, and that the focal length of the fixed lens system is equal to the distance of the same from the projection screen (equal to the length of the hall ) is. The firmly arranged lens system has almost no influence on the enlargement achieved when the film images are displayed on the screen and can therefore be regarded as not present for the following consideration without any disadvantage. The small image blurring on the screen that occurs when that lens system is omitted and is caused by the fact that the projected image experiences a shift by one film image height in the direction of the lens movement, are insignificant in this consideration. If the fixed lens system is omitted, the objectives alone are used to image the film images. Since the spacing tf is usually carried out at 18.8 mm, since the mount of the lenses and the connection of the mounts also take up space, a value results for the free diameter O of the lenses, dei

erheblich kleiner ist als 18,8 mm. Wird, wie es zur Erzielung großer Helligkeit zweckmäßig ist, das Verhältnis 0:f_o (= 0:s_a) etwa zu 1:4 gewählt, so kommt man auf Brennweiten f_o, die erheblich kleiner als 4 · 18,8 sind (etwa 40 mm). Da die Vergrößerung durch das Verhältnis der Brennweite f_o zu der Saallänge bestimmt ist, so sind, um bei den üblichen Saallängen nicht zu große Bilder auf dem Schirm ii> zu erhalten, derart kleine Brennweiten nicht zulässig. Man ist genötigt, Objektive mit Brennweiten von 100 bis 20.0 mm zu verwenden, und muß dabei für das Verhältnis 0: f₀ Werte von 1:10 bis 1:20 zulassen, bekommt also unerwünscht dunkle Bilder auf dem Schirm. Bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten optischen System dagegen übt das fest angeordnete Linsensystem auf die Vergrößerung großen Einfluß aus. Beim Vergleich dieses optischen Systems mit dem oben besprochenen muß daher das fest angeordnete Linsensystem als vorhanden angesehen werden. Es werde aber, um einen einwandfreien Vergleich zu erhalten, so vorausgesetzt, daß auf dem Schirm die: gleichen Bildunschärfen auftreten, wie bei dem oben besprochenen System bei Wegfall des Linsensystems. Dann bildet das fest angeordnete Linsensystem je mit einem der beweglichen Objektive ein zusammengesetztes Linsensystem, dem durch geeignete Wahl der Brennweiten und der Lagen der einzelnen Linsen eine solche Gesamtbrennweite gegeben werden kann, daß eine vorteilhafte Vergrößerung zustande kommt, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung der Helligkeit in den Kauf genommen werden muß, da zufolge i_o~> t/ und der Möglichkeit, s_a klein zu halten, das Verhältnis O:s_a= 1:4 beibehalten werden kann. In der deutschen Patentschrift 285557 ist ein zweites optisches ; System beschrieben worden, bei dem die bewegliche Reihe von Objektiven durch einen Kranz von Linsen α dargestellt ist, die die jeweils im Strahlenfeld befindlichen Filmbildchen am Orte des hinter dem Film liegenden Bildfensters c¹ reell abbilden, wobei h das fest angeordnete Linsensystem darstellt. Damit am Orte von c¹ das reelle Bild zustande kommt, muß t₀ kleiner als tf gewählt werden, es wird also O ganz besonders klein, so daß s_a bei der Annahme O: s_a— 1:4 einen außerordentlich kleinen Wert annehmen müßte. Damit am Orte von c¹ ein reelles Bild entsteht, muß die Brennweite f_o der Linsen α noch kleiner als s_a sein, womit eine sehr erhebliche optische Beanspruchung dieser Linsen verbunden ist.is considerably smaller than 18.8 mm. If, as is appropriate to achieve high brightness, the ratio 0: f _o (= 0: s _a ) is selected to be approximately 1: 4, then one arrives at focal lengths f _o that are considerably smaller than 4 18.8 ( about 40 mm). Since the magnification is determined by the ratio of the focal length f _o to the length of the hall, such small focal lengths are not permissible in order not to obtain too large images on the screen with the usual hall lengths. You have to use lenses with focal lengths from 100 to 20.0 mm, and you have to allow values of 1:10 to 1:20 for the ratio 0: f ₀ , so you get undesirably dark images on the screen. In the case of an optical system designed according to the invention, on the other hand, the fixed lens system has a great influence on the magnification. When comparing this optical system with the one discussed above, the fixed lens system must therefore be considered to be present. However, in order to obtain a perfect comparison, it is assumed that the same image blurring occurs on the screen as in the system discussed above when the lens system is omitted. Then the fixed lens system forms a composite lens system with one of the movable lenses, which can be given such a total focal length by suitable choice of the focal lengths and the positions of the individual lenses that an advantageous magnification is achieved without impairing the brightness the purchase must be made, since _o ~> t / and the possibility of keeping s _a small, the ratio O: s _a = 1: 4 can be maintained. In the German patent 285557 is a second optical; System has been described in which the movable row of objectives is represented by a ring of lenses α , which actually image the film images located in the radiation field at the location of the image window c ¹ behind the film, where h represents the fixed lens system. In order for the real image to come about at the location of c ¹ , t ₀ must be chosen smaller than tf , so O becomes particularly small, so that s _a would have to assume an extremely small value with the assumption O: s _a - 1: 4 . So that a real image is produced at the location of c ¹ , the focal length f _{o of} the lenses α must be even smaller than s _a , which is associated with a very considerable optical stress on these lenses.

Enthält die mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten optischen System verbundene Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle und ein System von Linsen, so empfiehlt es sich, damit die Lichtquelle in die jeweils wirksamen Objektive abgebildet wird, dieses System so aus-I zubilden, daß in der Nachbarschaft der von den I bewegten Objektiven entworfenen virtuellen Bilder entweder ein reelles oder ein virtuelles Bild der Lichtquelle entworfen wird. Anstatt : dessen kann auch die Lichtquelle selbst am Orte dieser virtuellen Bilder angeordnet sein.Contains the lighting device connected to the optical system configured according to the invention a light source and a system of lenses, so it is recommended that the light source be used in the respective effective lenses is mapped to form this system in such a way that in the vicinity of the I designed virtual images either a real or a virtual one with moving lenses Image of the light source being designed. Instead: the light source itself can also be in place these virtual images can be arranged.

Wirkt das optische System mit einer beleuch-I tungsseitigen Ausgleichvorrichtung zusammen,If the optical system interacts with a lighting-side compensation device,

die eine in Abhängigkeit von dem Filmantrieb i bewegliche Reihe von optischen Elementen ^! enthält, zu dem Zweck, den beleuchtenden : Strahlen die gleiche Bewegung wie den abbil- '■■ denden zu erteilen, so wird diese Elementenreihe vorteilhaft so angeordnet, daß jede zwei EIemente dieser Reihe voneinander trennende < Kante während ihres Durchgangs durch die ^: Mitte des Strahlenfeldes ungefähr am Orte jener I virtuellen Bilder liegt. Eine besonders vorteilj hafte Ausführungsform würde man erhalten, ' wenn man dabei gleichzeitig das optische System der Beleuchtungsvorrichtung so ausbilden würde, daß in der Nachbarschaft der virtuellen· Bilder ein reelles Bild der Lichtquelle entstünde.the one in dependence on the film drive i movable row of optical elements ^! includes, for the purpose of the illuminating: to provide the same movement as the graphs in Fig '■■ Denden rays, so these elements row is advantageously arranged such that each two EIemente this series of spaced separating <edge during its passage through ^the: of the center Radiation field lies approximately at the location of those I virtual images. A particularly advantageous embodiment would be obtained if at the same time the optical system of the lighting device were designed in such a way that a real image of the light source would arise in the vicinity of the virtual images.

Dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungs- : beispiel liegt der Einfachheit halber die Voraussetzung zugrunde, daß der Projektionsschirm unendlich weit entfernt ist, daß also zwischen dem fest angeordneten Linsensystem und dem Schirm paralleler Strahlengang besteht. Die go Annahme eines in endlicher Entfernung liegenden Schirmes würde nur geringfügige Änderungen bedingen. Das Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber im falschen Maßstab dargestellt und enthält eine parallel der Bewegungsrichtung des Films F bewegliche Kette von unter sich gleichen Objektiven a¹, a², a³ ... mit der Brennweite 46 mm und eine hinter dieser Kette fest angeordneten Sammellinse b mit der Brennweite 800 mm. Der gegenseitige Abstand zweier benachbarter Filmbildchen ist i8,8 mm, während zwei benachbarte Objektive einen gegenseitigen" Abstand von 21,5 mm haben. Die freie öffnung der Objektive ist 11,5 mm. Mit den eingeschriebenen Abständen ergibt sich eine Gesamtbrennweite des optischen Systems von 100 mm und ein Öffnungsverhältnis der Objektive von 1:3,5. Di^e von den Objektiven entworfenen virtuellen Bilder der Filmbildchen liegen am Ort B, der von den Objektiven einen Abstand von 322 mm hat. Die Geschwindigkeit der Objektivkette verhält sich zu der des Films wie die Objektivteilung (21,5) zu der Filmteilung (18,8). _For the sake of simplicity, the exemplary embodiment shown in Fig. 1 is based on the assumption that the projection screen is infinitely far away, i.e. that there is a parallel beam path between the fixed lens system and the screen. The assumption of a screen at a finite distance would only require minor changes. For the sake of clarity, the exemplary embodiment is shown on the wrong scale and contains a chain of identical objectives a ¹ , a ² , a ³ ... which can move parallel to the direction of movement of the film F. with a focal length of 46 mm and a converging lens b with a focal length of 800 mm, which is fixed behind this chain. The mutual distance between two neighboring film images is 8.8 mm, while two neighboring lenses have a mutual distance of 21.5 mm. The free aperture of the lenses is 11.5 mm 100 mm and an opening ratio of the lenses of 1:.. 3.5 Di ^e of the lenses designed virtual images of the Filmbildchen lie at the location B, which has mm from the lenses at a distance of 322 the speed of the lens chain is related to that of the film like the lens division (21.5) to the film division (18.8). _

In dem durch Abb. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist das optische System im Zusammenhang mit der Beleuchtungsvorrichtung gezeichnet. Das optische System ist von der gleichen Ausbildung und Bezeichnung wie in Abb. 1. Die Beleuchtungsvorrichtung enthält eine Lichtquelle L, eine Kondensorlinse c, eineIn the second exemplary embodiment illustrated by FIG. 2, the optical system is drawn in connection with the lighting device. The optical system is of the same design and designation as in Fig. 1. The lighting device contains a light source L, a condenser lens c, a

Linse d, eine unmittelbar vor dem Film F liegende, mit der Filmgeschwindigkeit in der Filmbewegungsrichtung wandernde Kette von unter sich gleichen Feldlinsen e¹, e², e^s ..., deren je zwei benachbarte denselben gegenseitigen Abstand haben wie zwei benachbarte Filmbildchen, und eine dicht vor den Feldlinsen fest angeordnete Linse f. Die Kondensorlinse c bildet die Lichtquelle L an dem Ort der Linse d Lens d, ^{a chain of identical field lenses e 1} , e ² , e ^s , which is located immediately in front of the film F and migrates at the film speed in the direction of film movement . .., the two adjacent ones of which have the same mutual spacing as two adjacent film images, and a lens f fixed close to the field lenses. The condenser lens c forms the light source L at the location of the lens d

ίο ab. Durch die Linse d wird die Kondensorlinse auf dem Film f abgebildet, wobei" die dem Film benachbarte Feldlinsenkette und die Linse f so gut wie wirkungslos sind. Das am Ort der Linse d liegende Bild der Lichtquelle wird durch die Linse f an dem Ort B der durch die Objektive a\ a², a³ ... entworfenen virtuellen Bilder der Filmbüdchen virtuell abgebildet, und dieses virtuelle Bild der Lichtquelle bilden die jeweils wirksamen Feldlinsen in die jeweilsίο off. Through the lens d the condenser lens on the film f is displayed, where "which the film adjacent field lens chain and the lens f virtually have no effect. The underlying image of the light source d at the location of the lens is f through the lens at the location B of virtual images of the film cakes designed by the objectives a \ a ² , a ³ ... , and this virtual image of the light source forms the respective effective field lenses in the respective

ao wirksamen Objektive ab. (In der Zeichnung, die die Mittelstellung der Filmbildchen veranschaulicht, ist nur eine einzige Feldlinse e² und ein einziges Objektiv a² wirksam.) Das Leuchtfeld, das durch die von den fest angeordneten Linsen c, d und f übermittelten Lichtstrahlen am Orte des Films erzeugt wird, hat die Größe einer Filmteüung. Seine Begrenzung ist durch die Blende g angedeutet. Das aus den beweglichen Feldlinsen e\ e², e³ ... und der fest angeordneten Linse f bestehende Linsensystem könnte durch ein ruhendes Linsensystem von der gleichen Brechkraft ersetzt sein, hinter dem sich eine Reihe von optischen Elementen (z. B. ein Kranz von Planspiegeln oder von Prismen) bewegt, die die Brechkraft Null besitzen und dabei die gleiche Strahlenablenkung erzeugen wie die Feldlinsen e\ e², e³ ... effective lenses. (In the drawing, which illustrates the center position of the film images, only a single field lens e ² and a single objective a ^{2 are} effective.) The luminous field produced by the light rays transmitted by the fixed lenses c, d and f at the location of the film is the size of a film screen. Its limitation is indicated by the diaphragm g . The lens system consisting of the movable field lenses e \ e ² , e ³ ... and the fixed lens f could be replaced by a stationary lens system with the same refractive power, behind which a number of optical elements (e.g. a wreath by plane mirrors or by prisms), which have zero refractive power and generate the same beam deflection as the field lenses e \ e ² , e ³ ...

Das durch Abb. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem soeben beschriebenen lediglich dadurch, daß der Ort B der von den Objektiven a¹; a², a^s ... entworfenen virtuellen Bilder der Fümbüdchen in die Linse d hineinverlegt ist, wodurch sich die Linse f erübrigt. In diesem Falle fallen also die virtuellen Bilder der Fümbildchen mit einem reellen Bild der Lichtquelle L zusammen. Das durch Abb. 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem durch Abb. 3 dargestellten nur dadurch, daß auch auf der Beleuchtungsseite eine Ausgleichvorrichtung angeordnet ist. Diese Ausgleichvorrichtung enthält eine dicht hinter der Linse d angeordnete Kette von Linsen k\ IJ, h^s..., die sich in der Richtung der Filmbewegung mit einer Geschwindigkeit durch das Strahlenfeld bewegen, die sich zu der Teilung der Linsen verhält wie die Geschwindigkeit der Feldlinsen zu deren Teilung. Dabei bildet die Linse d einen Teil der Ausgleichvorrichtung. An die Stelle der Einsenkette könnte auch irgendeine Reihe anderer optischer Elemente treten, z. B. ein Prismenkranz. Verlangt ist in jedem Falle, daß die Elemente in der Mittellage (in der sie in der Mitte des Strahlenfeldes stehen) nicht ablenken und daß sie, wenn ihre Entfernung aus der Mitte des Strahlenfeldes wächst, den beleuchtenden Strahlen eine wachsende Ablenkung erteilen. Die Größe dieser Ablenkung muß so bemessen sein, daß die Kondensorachse stets so abgelenkt wird, daß sie durch die Mitten der jeweils wirksamen Feldlinsen e\ e², e³ ... und durch die Mitten der jeweils wirksamen Objektive a\ a², a³ ... hindurchgeht.The third embodiment shown by Fig. 3 differs from the one just described only in that the location B of the lenses a ¹ ; a ² , a ^s ... designed virtual images of the Fümbüdchen is shifted into the lens d , whereby the lens f is unnecessary. In this case, the virtual images of the film images coincide with a real image of the light source L. The fourth embodiment shown in Fig. 4 differs from that shown in Fig. 3 only in that a compensation device is also arranged on the lighting side. This compensating device contains a chain of lenses k \ Ä ² , h ^s ... which are arranged close behind the lens d and move in the direction of the film movement at a speed through the radiation field which is related to the pitch of the lenses as the speed the field lenses for their division. The lens d forms part of the compensation device. Any number of other optical elements, e.g. B. a prism wreath. In any case, it is required that the elements in the central position (in which they are in the middle of the radiation field) do not deflect and that, as their distance from the center of the radiation field increases, they give the illuminating rays an increasing deflection. The size of this deflection must be such that the condenser axis is always deflected in such a way that it passes through the centers of the respective effective field lenses e \ e ² , e ³ ... and through the centers of the respective effective objectives a \ a ² , a ³ ... passes through.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:Patent Claims: 1. Für einen Kinematographen mit gleich förmig bewegtem Film bestimmtes optisches System, das eine in Abhängigkeit Von dem Filmantrieb bewegliche Reihe von unter sich gleichen Objektiven und ein hinter diesen Objektiven fest angeordnetes Linsensystem enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Mitten zweier aufeinanderfolgender Objektive und die Brennweite sowie die Lage der Objektive so gewählt sind, daß die jeweils im Strahlenfeld befindlichen Fümbildchen an ein und demselben in endlicher Entfernung vor dem Film liegenden Ort virtuell abgebüdet werden, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite und die Lage jenes fest angeordneten Linsensystems so gewählt sind, daß diese virtuellen Büder an ein und derselben Stelle des Projektionsschirms abgebildet werden.1. Optical determined for a cinematograph with uniformly moving film System, which is a series of moving parts depending on the film drive same lenses and a lens system fixed behind these lenses contains, characterized in that the mutual spacing of the centers of two successive Lenses and the focal length as well as the position of the lenses are chosen so that each is in the radiation field Fümbildchen located at one and the same place at a finite distance in front of the film are virtually depicted, and further characterized in that the focal length and location of that are fixed Lens system are chosen so that these virtual Büder on one and the same Position of the projection screen are shown. 2. Optisches System nach Anspruch 1, in Verbindung mit einer eine Lichtquelle^und ein System von Linsen enthaltenden Beleuchtungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine solche Ausbüdung dieses Systems, daß in der Nachbarschaft jener virtuellen Büder ein Büd der Lichtquelle entworfen wird.2. Optical system according to claim 1, in connection with a light source ^ and a system of lens-containing lighting apparatus characterized by such a development of this system that in the neighborhood of those virtual brothers a book of the light source is designed. 3. Optisches System nach Anspruch x, mit einer beleuchtungsseitigen Ausgleichvorrichtung, die eine in Abhängigkeit von dem Filmantrieb bewegliche Reihe von optischen Elementen enthält, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung dieser Elementenreihe, daß jede zwei Elemente diese Reihe voneinander trennende Kante während ihres Durchgangs durch die Mitte des Strahlenfeldes ungefähr am Orte jener virtuellen Büder Hegt.3. Optical system according to claim x, with a lighting-side compensation device, one of the series of optical systems that can be moved in dependence on the film drive Contains elements, characterized by such an arrangement of this row of elements, that every two elements this row separating edge during their passage through the center of the radiation field approximately at the location of that virtual one Büder cherishes. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.1 sheet of drawings.