Erfinder: Dr. Ing. Bela Schäfer, Berlin-Pankow. Die bekannten Rotationsprismen für den optischen Ausgleich stetig ablaufender Film bilder liefern bekanntlich ein brauchbares Ergebnis, solange an ,die Bildqualität keine zu hohen Ansprüche gestellt werden bezw. die Bildvergrösserung in mässigen Grenzen bleibt.
Von derartigen Ausgleichsprismen wird daher bei der Schmalfilm-Projektion oder bei Bildbetrachtern der Filmindustrie ausgiebig Gebrauch gemacht, während sie sich für die theatermässige Bildwiedergabe mit Normalfilmen bis jetzt nicht einzuführen vermochten.
Die Erklärung hierfür ist vornehmlich darin zu suchen, da.ss die für eine einwand freie Bildwiedergabe notwendigen optischen Korrekturmassnahmen an den für Normal filme in Betracht kommenden massiven und grossen Glasblöcken nur äusserst schwer anzu bringen sind.
Auch der durch die dicke Glas- schickt verursachte Lichtverlust macht sich unter Umständen störend bemerkbar, und ssühliesslich werden an das Glasmaterial in bezug auf den Brechungsindex sehr hohe An forderungen gestellt, die ebenfalls schwer zu erfüllen sind.
Um einen befriedigenden optischen Aus- gleich zu erzielen, müssen zahlreiche Einzel heiten genau aufeinander abgestimmt sein: 1. Durchmesser und Kantenzahl des Rota- tions-,Prisma:s, z. Brechungsindex des optischen Materials, 3. Höhe des Filmbildes, 4. Einfluss,des veränderlichen Einfal'lwinkels, und schliesslich der 5.
Einfluss der Nichtübereinstimmung zwi schen Drehwinkel des Prismas und der linearen Bildbewegungen.
Zum besseren Verständnis der nachfolgen den Erfindungsmerkmale sind die optischen Vorgänge in einem Rotationsprisma bekann ter Bauart durch Fi.. 1 dargestellt. In dieser bezeichnet 7 bis <B>167</B> die optische Achse des von 7 nach 16 gerichteten Lichtstromes.
Von dem um die Achse 24 rotierend gedachten Vielkantprisma sind zwei planparallele Flä chen 14 und 14' lherausgegriffen, von welchen die Fläche 14 beispielsweise in Punkt 10 von dem -achsparallelen Lichtstrahl 12-10 ge troffen wird. Steht die Gerade 10-18 senk recht auf der Fläche 14 und entspricht das Verhältnis der Strecken 12-10 und 13-10 dem Brechungsindex ra des Glasmaterials, so kann nach bekannten Regeln der Verlauf des Strahlenweges innerhalb des Glaskörpers an Hand es Linienzuges 13-11-10 ermittelt werden.
Nach Verlassen des Glaskörpers bei, 9 geht der Lichtstrahl 9-16 parallel zur ursprünglichen Richtung 10-12 zum<B>Ob-</B> jektiv bezw. Bildschirm weiter. Der Strahl 1\Z-10 hat vor :der Drehung des Glasl@örpers um den Winkel cp die Lage 7-15 eingenom men, er -entsprach somit einem Punkt der Bildmitte und seine Fortsetzung stimmte ebenfalls mit:
9-16 überein, das. heisst bei einem richtig arbeitenden Vielkantprisma. muss bei einer Winkeldrehung des Glas- prismas der gebrochene Lichtstrahl den prismatischen Glaskörper stets genau in der gleichen Richtung und der gleichen Lage ver lassen wie in .der Nullstellung bei q.-- = o.
Im Falle eines massiven Vielliuntprismas berechnet sieh :die durch den :optischen Aiis- gleich bedingte Bildverschiebung B in Ab- hängigkeit vom Drehwinkel 9p nach der Formel
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Hierin bedeutet Z) den Abstand zweier plan parallelen Flächen und n die Brechzahl des Glasprismas.
Die auf Grund dieser Formel bei praktisch möglicher Dimensionierung :des Prismas feststellbaren Abweichungen der Bildverschiebung vom Sollwert sind nicht vernachlässigbar.
Die Erfüllung einer tadellosen Bild wiedergabe ist somit bei den bisher beka.nn- ten Vi:elhantprismen keineswegs gewähr leistet. Die "Wiedergabe erfolgt unter be- t.rä.chtlicher Bildausweitung bei zunehmen dem Dr ehzvinkel (p.
Von nicht minder grosser Bedeutung für die richtige Bildwiedergabe ist die Forde rung, dass der Brechungsindex )a und der Durchmesser I) bezw. die Kantenzahl des Primas auf das Genaueste aufeinander ab- gcstimnit sein müssen.
Soll eine merkliche zusätzliche Bildverzerrung vermieden werden, so darf ia höchstens um 0,1 bis<B>0,15%</B> vom Sollwert abweichen. Diese Bedingung ist an #1ch nicht unerfüllbar, sie bereitet jedoch praktische Schwierigkeiten. Ausserdem ist der zum Unterbringen des Rotatiansprisrnas zwischen Objektiv und Bildfenster verfüg bare R.auin derart beschränkt, dass nur relativ kleine Troinnieldurchmesse r in Frage kom men,
die aber nur mit; extrem hohen Brech- zahlen i? = 1,9 bis 2,0 zii erreichen wären, während das übliche optische Glasmaterial nur über ra <I>=</I> 1,5-1,7 verfügt.
Die Erfindung betrifft ein Vielka.nt- prisma zum optischen Ausgleich der Bild- wanderung bei der Filmaufnahme oder Film wiedergabe, welches gestattet. mit geringe rem Aufwand viel günstigere Ergebnisse zu erzielen.
Das Vielkantprisma zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass es einen aus plankonkaven Zylinderlinsen zusammen- ge#etzten, rotierenden Linsenkranz aufweist, und dass im Innern des von diesem Kra-nze ;gebildeten Hohlraumes in Randnähe und symmetrisch zur Drehachse plankonvexe Zy linderlinsen ruhend angeordnet sind, durch welche :
die jeweils im Bereich der optischen Achse ,des Projektionssystems vorbeiziehen- den plankonkaven. Zylinderlinsen zu Keil prismen veränderlichen Keilwinkels ergänzt erden. Die kranzförmig angeordneten Plan- 1Lonl@avzylinderlinsen werden nachstehend kurz Aussenlinsen und die ruhenden Plan- konvexzy linderlinsen nachstehend kurz In nen- oder Einsatzlinsen genannt.
An Hand der Fig. 2-6 werden im fol genden beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Vielkantprismas er läutert.
Gemäss Fig. 2 weist das Vielkantprisma einen Kranz van Plankonkavzylinderlinsen 1 auf. Innerhalb des von diesen eingeschlosse nen Hohlraumes 3 sind zwei feststehende Plankonvexzylinderlinsen 2 angeordnet, die bei der in F'ig. 2 dargestellten Lage der Aussenlinsen 1 dem Lichtstrahl 7-8 einen geradlinigen Durchgang gewähren.
Wird jedoch -der Kranz im Sinne des Pfeils 17a ,;ed@reht, so bilden die in der optischen Achse des Projektorsystems befindlichen Zylinder linsen 1 und 2 Keilprismen veränderlichen Keilwinkels, vergl. F'ig. 3, die dem mach Punkt 10 :
gewanderten Lichtstrahl eine Ab lenkung um den Winkel a erteilen, worauf dieser die gegenüberliegende Aussenlinse 1 bei 9 verlässt. Innerhalb der für den praktischen Gebrauch in Betracht kommenden Grenzen ist der Ablenkungswinkel a .annähernd gleich dem halben Keilwinkel (p und bekanntlich ist mittels Keilprismen das Verhältnis
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schon bei einem Brechungsindex von n = 1,4 leicht zu erreichen.
In Fig. 2 bezeichnet 4 das stetig fort bewegte Filmband, 5 das Bildfenster und: 6 das Objektiv.
Abgesehen von dem. geringeren Licht verlust, den der wesentlich gekürzte Licht- weg innerhalb des optischen dichten Glas materials zur Folge hat, bietet diese Ausfüh rung auelh,die Möglichkeit einer genauen An passung des Trommel-Durchmessers D .an den jeweils vorhandenen Brechungsindex n des lichtbrechenden Materials, vergl. Punkt 1-3 der Einleitung. Zu diesem Zweck können beispielsweise sowohl,
die rotierenden Aussen linsen 1, wie auch die ruhenden Einsatzlinsen 2 radial verschiebbar sein, und ihr Achs abstand so eingestellt werden, dass die Bild schärfe ein Maximum erreicht.
Wenn. es sich auch nur um geringe Verschiebungen handelt, so ist eine solche Massnahme im Hinblick auf die 100-200fache Vergrösserung des Film bildes im Interesse einer möglichst reinen Bildwiedergabe von erheblicher Bedeutung. Die radiale Einstellbarkeit namentlich der ruhenden Einsatzlinsen 2, ist noch aus folgendem Grunde vorzusehen:
soll den in der Einleitung unter Punkt 4 und 5 genann ten schädlichen Einflüssen entgegengewirkt werden, so muss das Strahlenbündel zwischen den Einsatzlinsen 2 mit zunehmendem Dreh winkel (p eine entsprechende Kantraktien er fahren, was sich z.
B. erreichen lässt, wenn der Krümmungsradius 17 (Fix. 4) :der Ein satzlinsen 2 grösser gewählt wird als der jenige 18 der Aussenlinsen 1, und zwar. derart, dtass die entsprechenden Kreismittelpunkte 29 und 30 nicht zusammenfallen.
Dieselbe Mass nahme hat auch zur Folige, dass bei der in Fig. 2 ,dargestellten Lage der Aussenlinsen 1 ein achsparalleler Lichtstrahl die Linsen 1 und 2 auch a@chspa:rallel verlässt, was nicht eintreten und eine Bildfälschung ergeben würde, wenn man die erwähnten Kreismittel punkte 29 und, 30 zusammenfallen bezw. die gekrümmten Oberflächen der Linsen 1 und! 2 konzentrisch verlaufen liesse.
Der mittlere Abstand der Einsatzlinsen 2 von den Aussenlinsen 1 wird zweckmässti;g möglichst klein. :gewählt, etwa 0,5-0,6 mm, während. die nach optischen Gesichtspunkten zu bestimmende Abweichung der Krüm- mung:sradien 17,18einige Millimeter erreicht.
Der Strahlengang dässt sich unter Anwen dung :der bekannten Lichtbrechunmsgesetze berechnen. Es lässt sich zeigen, dass beispiels- weise bei einer Kantenzahl des äussern -Lin senkranzes von 18 und, bei einer Brechzahl des Glasmaterials von n = 1,56 die sich er gebende Fehlerkurve erheblich unter die Sichtbarkeitsgrenze sinkt, dass also eine ge genüber dem massiven Glasprisma bedeutend verbesserte Bildwiedergabe erreichbar ist.
Die konstruktive Ausbildung des Prismen- gehäuses erfolgt zweckmässig in: Form zweier runder Flanschen 27, wie in den Fi,g. 5 und, 6 dargestellt, auf deren Innenseite zylindrische Eindrehungen 25 als' Auflaggefläche für die Aussenliüsen 1 ,dienen,
nötigenfalls unter Zwi- scbenlage von Ringen aus nachgiebigem Ma terial; Gummi, Asbest oder dergleichen. Die ruhenden Einsatzlinsen 2 dagegen sind an den Enden eines kastenförmigen Halters 26 angebracht, an weichen heiderseits Wellen stümpfe 28 (Fig. 5 und 6) anschliessen, die zur Lagerung der Flanschen 27 dienen.
Eine solche Ausführung ermöbliclit einen staub- und feuchtigkeitsdzcht.en Abschluss des Pris- menhohlraumes und bewahrt ihn vor Ver schmutzung. Zur genauen Einstellung; der Linsen 1 und 2 sind-,die ans Fi:g. 4 ersichtli chen Justiersehrauben 19, 22 vorgesehen:, zu deren Führung und Fixierung die an den Flanschen 27 resp. am Halter 26 festen Teile 20 und 21 dienen.
Die Zahl :der rotierenden Aussenlinsen 1 wird im Interesse eines guten optischen Aus- gdeichs möglichst hoch gewählt.
Im allge meinen ist mit einem 18seitigen Vielkant prisma der beschriebenen Art bereits ein sehr befriedigendes Ergebnis zu erzielen, wobei jedoch zu beachten ist, dass mit. zunehmender Seitenzahl der erforderliche Abstand zwi schen Objektiv und, Bildfenster ebenfalls zu nimmt, so dass von Fall zu Fall die günstigste Lösung nach den jeweils vorliegenden Ver hältnissen: zu ermitteln ist.
Die beschriebene Einrichtung lässt sich sowohl bei :der kinematographischen Bild aufnahme wie auch bei der Wiedergabe mit Vorteil anwenden.
Inventor: Dr. Ing.Bela Schäfer, Berlin-Pankow. The known rotary prisms for the optical equalization of continuously running film images are known to provide a useful result, as long as the image quality is not set too high or. the image enlargement remains within moderate limits.
Compensating prisms of this type are therefore used extensively in cine film projection or by image viewers in the film industry, whereas up to now they have not been able to be used for theatrical image reproduction with normal films.
The explanation for this is primarily to be found in the fact that the optical corrective measures required for perfect image reproduction are extremely difficult to apply to the massive and large glass blocks that are suitable for normal films.
The loss of light caused by the thick glass layer can also be noticeable in some circumstances and, ultimately, very high demands are placed on the glass material with regard to the refractive index, which are also difficult to meet.
In order to achieve a satisfactory optical balance, numerous details must be precisely coordinated with one another: 1. Diameter and number of edges of the rotational prism: s, z. Refractive index of the optical material, 3. Height of the film image, 4. Influence, the variable angle of incidence, and finally the 5.
Influence of the mismatch between the angle of rotation of the prism and the linear image movements.
For a better understanding of the following features of the invention, the optical processes in a rotary prism are known design by Fi .. 1 shown. In this, 7 to <B> 167 </B> designate the optical axis of the luminous flux directed from 7 to 16.
From the imaginary polygonal prism rotating about the axis 24, two plane-parallel surfaces 14 and 14 'are picked out, of which the surface 14 is hit, for example at point 10, by the axis-parallel light beam 12-10. If the straight line 10-18 is perpendicular to the surface 14 and the ratio of the lines 12-10 and 13-10 corresponds to the refractive index ra of the glass material, the course of the beam path within the glass body can be determined according to known rules using the line 13-11 -10 can be determined.
After leaving the glass body at 9, the light beam 9-16 goes parallel to the original direction 10-12 to the <B> ob </B> jective or. Screen further. The ray 1 \ Z-10 intends: the rotation of the glass body by the angle cp assumed the position 7-15, it thus corresponded to a point in the center of the picture and its continuation also agreed with:
9-16 coincide, that is, with a correctly working polygonal prism. When the glass prism is angularly rotated, the refracted light beam must always leave the prismatic glass body in exactly the same direction and in the same position as in the zero position at q .-- = o.
In the case of a massive multi-fold prism, see: the image shift B caused by the: optical ais- equal is calculated as a function of the angle of rotation 9p according to the formula
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Here, Z) means the distance between two plane parallel surfaces and n the refractive index of the glass prism.
The deviations of the image shift from the nominal value that can be determined on the basis of this formula with a practically possible dimensioning: of the prism are not negligible.
The fulfillment of a flawless image reproduction is therefore in no way guaranteed with the previously known Vi: elhant prisms. The "playback takes place with considerable image expansion with increasing rotation angle (p.
Of no less great importance for correct image reproduction is the requirement that the refractive index) a and the diameter I) respectively. the number of edges of the primate must be precisely coordinated.
If a noticeable additional image distortion is to be avoided, the maximum deviation from the nominal value is generally 0.1 to 0.15%. This condition is not impossible on # 1ch, but it does cause practical difficulties. In addition, the space available for accommodating the rotating pin between the lens and the image window is limited in such a way that only a relatively small diameter can be used.
but only with; extremely high refractive index i? = 1.9 to 2.0 zii would be achieved, while the usual optical glass material only has ra <I> = </I> 1.5-1.7.
The invention relates to a multi-angle prism for optically compensating for image wandering during film recording or film playback, which allows. to achieve much more favorable results with less effort.
According to the invention, the polygonal prism is characterized in that it has a rotating lens ring composed of plano-concave cylinder lenses, and that inside the cavity formed by this ring, near the edge and symmetrically to the axis of rotation, plano-convex cylinder lenses are arranged resting, by which :
the plano-concave ones passing in the area of the optical axis of the projection system. Ground cylindrical lenses to wedge prisms with variable wedge angles. The planar cylindrical lenses arranged in the shape of a ring are hereinafter referred to as outer lenses for short and the stationary planar convex cylinder lenses are hereinafter referred to as internal or insert lenses for short.
With reference to Figs. 2-6 in the fol lowing example embodiments of the inventive polygonal prism he explained.
According to FIG. 2, the polygonal prism has a ring of plano-concave cylinder lenses 1. Within the cavity 3 enclosed by these two fixed planoconvex cylinder lenses 2 are arranged, which in the case of the FIG. The position of the outer lenses 1 shown in FIG. 2 grant the light beam 7-8 a straight passage.
If, however, the ring is rotated in the direction of arrow 17a,; ed @, then the cylinder lenses 1 and 2 located in the optical axis of the projector system form wedge prisms of variable wedge angle, see FIG. 3, which do point 10:
A migrated light beam is given a deflection by the angle a, whereupon it leaves the opposite outer lens 1 at 9. Within the limits that come into consideration for practical use, the deflection angle a is approximately equal to half the wedge angle (p and, as is known, the ratio is by means of wedge prisms
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easy to achieve with a refractive index of n = 1.4.
In Fig. 2, 4 denotes the continuously moving film tape, 5 the image window and: 6 the lens.
Except for the. This version also offers lower light loss, which is caused by the significantly shortened light path within the optically dense glass material, the possibility of a precise adaptation of the drum diameter D to the respective existing refractive index n of the light-refracting material, cf. Point 1-3 of the introduction. For this purpose, for example, both
the rotating outer lenses 1, as well as the stationary insert lenses 2, can be radially displaced, and their axial spacing can be adjusted so that the image sharpness reaches a maximum.
If. if only small shifts are involved, then such a measure is of considerable importance with regard to the 100-200-fold enlargement of the film image in the interest of the purest possible image reproduction. The radial adjustability of the stationary insert lenses 2 is still to be provided for the following reason:
if the harmful influences mentioned in the introduction under points 4 and 5 are to be counteracted, the bundle of rays between the insert lenses 2 must with increasing rotation angle (p a corresponding Kantraktien he drive what z.
B. can be achieved if the radius of curvature 17 (Fix. 4): the A set lenses 2 is chosen larger than the one 18 of the outer lenses 1, namely. in such a way that the corresponding circle centers 29 and 30 do not coincide.
The same measure also has the consequence that with the position of the outer lenses 1 shown in Fig. 2, an axially parallel light beam also leaves the lenses 1 and 2 a @ chspa: rallel, which would not occur and would result in a falsification of the image if the mentioned Circle center points 29 and 30 coincide respectively. the curved surfaces of the lenses 1 and! 2 run concentrically.
The mean distance between the insert lenses 2 and the outer lenses 1 is expediently as small as possible. : chosen, about 0.5-0.6 mm while. the deviation of the curvature to be determined according to optical criteria: radii 17.18 a few millimeters.
The beam path can be calculated using the known laws of refraction. It can be shown that, for example, with an edge number of the outer-line rim of 18 and with a refractive index of the glass material of n = 1.56, the resulting error curve drops considerably below the visibility limit, i.e. one compared to the solid one Glass prism significantly improved image reproduction can be achieved.
The structural design of the prism housing is expediently in the form of two round flanges 27, as shown in FIGS. 5 and 6 shown, on the inside of which cylindrical grooves 25 serve as a support surface for the outer lugs 1,
if necessary with the intermediate layer of rings made of flexible material; Rubber, asbestos or the like. The stationary insert lenses 2, however, are attached to the ends of a box-shaped holder 26, buttocks 28 (FIGS. 5 and 6) on both sides of the soft shafts, which are used to support the flanges 27.
Such a design enables a dust- and moisture-proof closure of the prism cavity and protects it from contamination. For precise adjustment; of lenses 1 and 2 are, which are attached to the Fi: g. 4 ersichtli chen Justiersehrauben 19, 22 provided: to guide and fix the on the flanges 27, respectively. on the holder 26 fixed parts 20 and 21 are used.
The number: the rotating outer lenses 1 is selected as high as possible in the interest of good optical balance.
In general, a very satisfactory result can be achieved with an 18-sided polygon prism of the type described, although it should be noted that with. As the number of pages increases, the required distance between the lens and the image window also increases, so that the most favorable solution must be determined on a case-by-case basis according to the respective circumstances.
The device described can be used with advantage in: the cinematographic image recording as well as in the reproduction.