<Desc/Clms Page number 1>
Système de projection optique.
La présente invention concerne un nouveau sys- tème de projection optique pour applications cinématogra- phiques, système qui, par rapport aux systèmes actuelle- ment connus, permet une utilisation beaucoup plus poussée de la source lumineuse. Dans les formes d'exécution ac- tuellement connues, qu'il s'agisse de simples projecteurs d'images, ou d'appareils oinématographiques, la source lumineuse, que l'on doit supposer posséder la force d'une surface, est reproduite de préférence à l'intérieur de l'objectif de projection ou à proximité directe de cet ob- jectif, afin d'obtenir une illumination uniforme de la surface d'image,, c'est-à-dire pour rendre ineffective la reproduction de-la source lumineuse, reproduction qui est provoquée par le condensateur et qui est plus ou moins nette.
Cette prescription de portée générale est
<Desc/Clms Page number 2>
reproduite dans toutes les descriptions actuellement con- nues de semblables dispositifs dans la littérature spécia- le, ainsi que le montrent les publications suivantes..
1) Lax et Pirani "Lichtechnik auf physikalischer Grundlage (Technique de la lumière sur des bases physi.. ques)", Berlin 1928, page 413, figure 18.
2) Sonnefeld "Die Hohlspiegel (Les miroirs con- caves) ", Berlin 1926, page 92.
3) H. Joachim "Die neueren Fortschritte der Kinomatographie (Les nouveaux progrès de la cinématogra- phie)", Leipzig 1921, pages 33 et 34, fig. 32 et 33.
4) Ferch "Der Kinomatograph und das sich bewegende Bild (Le cinématographe et l'image animée) ", page 156, fig, 107.
Mais dans des conditions particulières, cette prescription n'est pas absolument nécessaire, ainsi que la littérature récente permet de se rendre compte. On a trouvé qu'on peut obtenir une illumination parfaite et égale de la surface de projection, même lorsque la repro- duction de la source lumineuse n'a pas lieu, de la maniè- re jusqu'ici préférée, à l'intérieur de l'objectif ou peu devant cet objectif, mais à une distance quelque peu plus grande de l'objectif, auquel cas on s'assure l'avantage d'une plus grande clarté de surface avec une même source lumineuse. Les suppositions ou conditions mentionnées consistent, dans cette disposition, en ce que la source lumineuse en tant que telle rayonne dans l'ensemble de son étendue en quelque sorte uniformément, car sans cela toute irrégularité se manifesterait par la reproduction dans le champ d'image.
En se servant de miroirs comme systèmescon- densateurs une semblable disposition n'est plus possible dès que les surfaces de la source lumineuse comportent des zones claires et obscures, comme par exemple la lampe à filament.
L'idée 'de l'invention est relative à la compensa-
<Desc/Clms Page number 3>
tion absolument nécessaire des fluctuations de clarté dans le champ d'image, fluctuations qui sont inévitables dans la reproduction du corps lumineux dans la fenêtre d'image, tant qu'on essaye, de la manière jusqu'ici u- suelle, de tenir aussi faiblesque possible les défauts ou erreurs de reproduction du condensateur ; der- nière condition a été exprimée dans des brevets récents, comparez Bielecke, brevet allemand n 393.652 ou brevet Etats Unis n 1.716.361.
Par contre d'après l'invention les erreurs de reproduction du cundensateur, dont le rûle d'après l'in- vention ne comprend nullement une reproduction nette, mais seulement une régulation de la base lumineuse, ne sont pas supprimées, mais au contraire intentionnellement augmentées, de sorte qu'on réussit de cette manière, au lieu d'obtenir une reproduction nette de la surface d'é- clairage, à déporter les points d'image obtenus par les différentes zones du condensateur, presque également dans un domaine spatial étendu, de sorte que les irrégularités de la surface d'éclairage (image des filaments lumineux) sont rendues ineffectives. Ce domaine spatial lumineux est placé d'après l'invention dans le voisinage du plan de l'objet, ou est disposé de manière à se trouver en partie devant, en partie derrière ce plan d'objet.
Dans ce cas on peut maintenant utiliser optique- ment l'objectif comme auto-lumineux, de sorte que l'objec- tif est non seulement utilisé comme image d'après les sup- positions placées à la base du calcul, mais donne aussi de ce fait comme lumière le maximum du rendement. En con- séquence, il agit de la même manière qu'un objectif photo- graphique, ce qui veut dire que toutes les zones sont em- ployées également à la formation de l'image et que le rap- port d'ouverture de l'objectif, rapport obtenu par le cal- cul, est absolument déterminant pour le rendement lumineux du système de projection, l'objectif pouvant comporter
<Desc/Clms Page number 4>
d'après l'invention une intensité lumineuse particulière, et ce de la manière qui sera décrite dans la suites
Par contre dans les formes d'exécution antérieu- res,
les diverses zones de l'objectif sont sollicitées de manière absolument irrégulière, et de plus une grande par- tie des rayons entrés dans l'objectif se perdent sur les diaphragmes intérieurs et les parois de la monture, car les angles d'incidence de ces rayons lumineux diffèrent de ceux qui ont été prévus dans le calcul de l'objectif conformément à l'image. En conséquence, il est évident que dans les formes d'exécution antérieures, le rendement de ltobjectif, quant à son intensité lumineuse, doit se trou- ver au-dessous de la valeur calculée de son rapport d'ou- verture et que d'autre part des erreurs de zone éventuel- lement présentes doivent ressortir dans une forte mesure.
Il n'a pas encore été tenu compte de cette idée ainsi qu'il ressort de la littérature spéciale, notamment des explications données.dans l'ouvrage de Sonnefeld, page 91, où la diversité de l'action de différentes formes d'objec- tif est nettement indiquée, sans qu'on puisse en tirer une règle pour la possibilité d'utilisation des divers types d'objectif. Ce n'est que par l'idée de la présente inven- tion que cette différence est exprimée en une loi claire.
La reproduction différenciée par zones de la source lumineuse telle que décrite s'obtient au moyen d'un système condensateur de construction spéciale. Il est évident qu'en se servant des condensateurs actuels et par suite de la correction intentionnellement provoquée, le faible manque de netteté encore existant pour obtenir une illumination uniforme dans le cas où la reproduction de la source lumineuse se trouve à l'extérieur de l'objectif.
C'est pourquoi il faut établir les systèmes de condensa- teurs nécessaires pour la présente invention, de manière à augmenter considérablement l'aberration sphérique de la zone de bord, de préférence de manière que l'aberration
<Desc/Clms Page number 5>
longitudinale sphérique comporte au moins un quart du diamètre de l'objectif. Ce résultat peut s'obtenir d'une part en général par augmentation du rapport d'ouverture, et d'autre part de manière connue par une construction spéciale des surfaces de réfraction. La fig. 1 représen- te schématiquement un semblable système de projection.
Dans cette figure L désigne la source lumineuse, K le con- densateur, B la fenêtre d'image et 0 l'objectif. Au moyen de l'augmentation intentionnelle des erreurs sphériques du condensateur on évite une reproduction en surface de la surface d'éclairage L par le condensateur K, et au contraire on déporte dans le domaine spatial R, au moyen des diverses zones du condensateur, les points de repro- duction des diverses zones.
Si il est impossible d'ubtenir par ce moyen la mesure des écarts nécessaires pour l'uniformité ou égalité de l'éclairage on peut introduire des surfaces sphériques dans un sens correcteur négatif, ou on peut courber les diverses lentilles du système. De plus il est possible, par augmentation de l'ouverture active, d'obtenir une ré- duction du diamètre du condensateur et de sa distance fo- cale, de sorte que l'ensemble du système d'éclairage peut comporter des dimensions moindres par rapport aux formes d'exécutiun types.
Un calcul effectué en se basant sur les formes d'exécution actuellement connues montre par exemple que lorsqu'on diminue l'image du film, donc dans le passage du film normal au film étroit, on peut réduire la distan- ce focale du condensateur ou avec une même distance focale du condensateur augmenter la distance entre la fenêtre du film et le condensateur, jusqu'à ce qu'elle passe dans le plan focal de l'objectif dont la distance focale est raccourcie pour les films étroits. A l'encontre de ce qui précède on peut, en se basant également sur des lois con- nues, démontrer que dans la construction d'après l'invention
<Desc/Clms Page number 6>
du système de projection, l'ouverture du condensateur située du côté de l'image peut être plus grande que celle de l'objectif.
Mais si on peut agrandir dans une telle mesure l'ouverture utile du condensateur, il en résulte logiquement l'augmentation, expérimentalement démontra- ble, de l'effet lumineux de l'ensemble du système.
Si on n'a pas pu réaliser jusqu'ici un agran- dissement de l'ouverture d'entrée du condensateur, ceci est dû d'une part à la grandeur des rayons déterminée par la correction désirée du condensateur et d'autre part à l'impossibilité mécanique de rapprocher la source lumi- neuse suffisamment près du plan principal du côté de lam- pe du condensateur.
Ces difficultés peuvent être supprimées du fait qu'on tient compte, d'après l'invention, de la distribu- tion d'énergie dans le cône de rayons reçu de la source lumineuse et qu'on renonce intentionnellement à une coo- pération des zones médianes de faible action. On peut alors par adaptation correspondante à la courbure des lentilles du système de condensateur les plus voisines ré- duire l'épaisseur moyenne et agrandir ainsi l'ouverture On obtient ce résultat soit du fait qu'on meule les parties centrales des lentilles du condensateur, soit du fait que, pour réduire la distance focale, on remplace des parties du condensateur par du matériel à réfraction plus forte.
Les fig. 2 à 4 représentent des formes d'exécu- tion du condensateur de l'invention. La fig. 2 montre le cas dans lequel par meulage de la lentille avant a on a obtenu une réduction de l'épaisseur centrale. La gran- deur de la zone centrale, dans ce cas sans distance focale, peut être trouvée simplement par le calcul. S'il est par exemplepossible, dans un condensateur, dont l'angle d'ou- initial verture /est de 30 , d'augmenter à 35 l'angle d'ouverture utile du côté de la lumière en rapprochant les lentilles de la manière décrite, on trouve qu'on peut;exclure sans
<Desc/Clms Page number 7>
pertes de lumière, une zone centrale d'environ 18 des deux côtés de l'axe.
Comme cette lumière passe au moins en partie par la fenêtre d'image à l'objectif, il est ainsi démontré que le raccourcissement de la distance fo- cale obtenu par rapprochement des lentilles assure une meilleure utilisation de la lumière par le condensateur.
Les formes d'exécution indiquées sur les fig.
3 et 4 permettent de se rendre clairement compte de la possibilité de l'introduction de lentilles en matière à réfraction plus forte dans la zone centrale. Les rayons peuvent soit, ainsi que représenté sur la fig.5 pour les lentilles b et c, correspondre à ceux des lentilles de condensateur proprement dites, soit ainsi que représenté sur la fig. 4 pour la lentille d, être choisis dans une certaine mesure à volonté pour obtenir une convergence avantageuse des rayons centraux.
On obtient une utilisation encore plus avanta- geuse de la source lumineuse en ajoutant au condensateur situé entre la fenêtre d'image et la source lumineuse, de manière connue d'après la fig. 1 un miroir concave H, qui recueille les rayons émis en direction opposée par la source lumineuse L et les ramène dans le système con- densateur K. Abstraction faite de l'augmentation ainsi réaliséedu rendement lumineux, on peut au moyen du miroir agir encore sur la distribution spatiale, nécessaire d'après l'invention, des points de reproduction de la sour- ce lumineuse, du fait qu'on déporte l'image L' de la source lumineuse L, image engendrée par le miroir H, non pas dans le plan des filaments lumineux, mais dans l'espa- ce entre ces filaments L et le condensateur K ou entre les filaments L et le miroir H.
En conséquence d'après l'invention le miroir sert, en plus de l'amplification de la lumière, en premier lieu à la distribution de la lumiè- re.
La disposition du système d'éclairage optique,
<Desc/Clms Page number 8>
telle que ci-dessus décrite, est particulièrement avan- tageuse lorsqu'on se sert d'objectifs à forte intensité lumineuse. Les objectifs actuellement connus ont un rap- port d'ouverture relatif de tout au plus 2 : 1, de sorte qu'on n'a pu utiliser une plus grande ouverture du con- densateur du côté de l'image.
Si déjà dans les formes d'objectifs existantes des systèmes de projection, la présente invention permet d'obtenir une augmentation plus que double de l'intensité lumineuse, augmentation expéri- mentalement démontrable, l'augmentation d'après l'inven- tion de l'ouverture du condensateur du côté de l'image, c'est-à-dire l'éclairage étendu de la fenêtre d'image, qui peut être en conséquence considérée comme auto-lumi- neuse, mène à l'exigence de l'emploi d'objectifs à inten- sité lumineuse encore plus forte, pour que toute la lu- mière émise par la fenêtre d'image rendue auto-lumineuse, puisse être complètement reçue par l'objectif.
Cette possibilité se réalise lorsque l'étendue du domaine spa- tial lumineux, qui ainsi que décrit ci-dessus peut com- porter une dimension longitudinale représentant au moins le quart ou même plus de la diagonale de l'objet, est dans un rapport déterminé avec le rapport d'ouverture de l'objectif. Si par exemple l'ouverture relative de l'ob- jectif est très petite, les rayons de bord du dispositif d'éclairage ne coopèrent plus et la compensation des clartés des diverses parties de la source lumineuse, as- surée par la présente invention, n'existe plus, à moins que l'aberration longitudinale sphérique soit adaptée au rapport d'ouverture relatif de l'objectif.
Cette adapta- tion est particulièrement avantageuse lorsque le produit du quotient de l'aberration sphérique longitudinale et de la diagonale de la fenêtre d'image avec le rapport d'ou- verture relatif atteint ou dépasse la valeur 1/2.
Pour établir des objectifs à forte intensité lumineuse utilisables il faut suffire à deux.conditions
<Desc/Clms Page number 9>
essentielles, du fait que d'une part les courbures des lentilles dépendent de l'ouverture linéaire requise de l'objectif, et que d'autre part la somme de l'épaisseur centrale dépend de la distance focale de l'objectif. Les anastigmats doubles usuels s'opposent à la première con- dition, tandis que les systèmes de lentilles dérivés de
Cookelens ne remplissent pas la deuxième condition et exigent en outre une trop grande distance de lentilles pour un rapport d'ouverture d'l: 2 et aussi pour des constructions à intensité lumineuse plus forte.
On peut suffire à ces deux conditions en cons- tituant le système par une simple lentille convergente située sur le côté d'image et par un système additionnel de correction correspondante, dont l'effet total est également convergent, l'effet convergent de la première lentille représentant une fraction importante de la for- ce de réfraction totale. La réalisation de cette dispo- sition ne semble pas évidente , car il est évident qu'une simple lentille de ce genre comporte, avec un rapport d'ouverture de l'ordre de grandeur d'1 4 jusqu'à 1 : 6, déjà des erreurs de reproduction très considérables.
Mais on a trouvé qu'une semblable correction est exécutable sans difficultés; on peut dans ce cas modifier la distan- ce entre lalentille simple et le système additionnel cor- recteur dans des limites telles que cette modification assure un changement notable de la force de réfraction totale, ce qui ne peut évidemment pas s'obtenir avec une action faible de la lentille simple.
Il semble avantageux dans un semblable système de composer le constituant correcteur situé du côté de l'objectif, de deux ou plusieurs systèmes séparés. Dans ce cas l'un des systèmes doit exercer l'action essentiel- lement correctrice, tandis que le ou les autres systèmes sont presque corrigés en eux et peuvent être ajoutés ou enlevés, dans le but de modifier graduellement la distance
<Desc/Clms Page number 10>
focale, sans influencer l'état de correction. En principe ces.dispositions sont connues dans les systèmes de pro- jection. On sait que dans les objectifs de microscope il est possible d'échanger dans une cert aine mesure les sys- tèmes individuels. Mais tandis que dans les systèmes mentionnés on ne se sert de lentilles simples que du côté de l'objet, la lentille simple du système ci-dessus décrit est disposée du côté de l'image.
Un déplacement de cette lentille n'exerce sur l'état de correction de l'image, qu'une influence notablement plus faible et pratiquement presque négligeable. La lentille avant presque semi- sphérique, usuelle dans les systèmes microscopiques, len- tille qui avec un réglage approprié reproduit presque sans aberration, ne se prête pas dans l'application de la pré- sente invention, car le moindre déplacement doit déjà pro- voquer un fort changement de correction.
Comme les erreurs sphérique et chromatique d'une lentille simple dépendent de la courbure et de la matière de la lentille il est possible, en se basant sur un systè- me établi d'après l'invention, de remplacer la lentille simple située du côté de l'image, par une lentille possé- dant une autre distance focale et comportant presque les mêmes erreurs de reproduction.
Ainsi que la fig. 5 le montre schématiquement et à titre d'exemple, on se sert en conséquence comme première lentille e tournée vers la surface de projection, d'une simple lentille positive dont la distance focale doit être plus petite que le quadruple de la distance fo- cale de l'ensemble de l'objectif. La partie suivante de l'objectif de projection peut être composée d'une ou de deux paires de lentilles convergentes f et g, et il faut poser comme condition que la partie de l'objectif composée d'une simple lentille avant e et du système luté suivant f, est corrigée sphériquement et suivant 1 condition du sinus. La correction chromatique s'obtient par la @
<Desc/Clms Page number 11>
combinaison de lentilles mentionnée.
Le troisième système g, de préférence luté, sert d'une part au changement de la distance focale de l'ensemble du système, d'autre part à la compensation des erreurs en cas de grandes exigences relatives à la netteté de l'image et à la grandeur de l'objet à reproduire. La séparation en une simple lentil- le avant e et en systèmes correcteurs suivant f et g offre l'avantage que, ainsi qu'indiqué, le changement de distance du système facilite le réglage de précision dif- ficile avec une courte distance focale, car on réalise ainsi un plus grand chemin de réglage. De plus cette dis- position permet, pour un changement notable de la distance .focale, de remplacer la lentille avant e de la manière connue pour les systèmes de prise de vues photographiques.
La troisième partie g du système peut elle aussi être déplaçable et permet de son côté un changement de la dis- tance focale, ou l'obtention d'un rapport d'agrandissement désiré avec une même distance de projection.
Le déplacement réciproque des parties d'objectifs peut être accouplé mécaniquement avec un déplacement total de l'objectif de manière à ne pas modifier la position nette sur le plan de reproduction, lors du changement de la distance focale. En pareil cas ces déplacements peuvent, au moyen de vis sans fin ou de filetages de pas différents, être reliés, individuellement ou en commun, conjointement au dispositif de manoeuvre de l'ensemble du système par rapport au plan de l'objectif.
Il faut tenir compte que dans les systèmes actuellement connus, qu'ils soient desti- nés à des applications photographiques ou de projection, le déplacement des lentilles n'a été utilisé toujours que dans le but d'un changement de l'état de correction; comme exem- ple on peut indiquer les micro-objectifs équipés de montures de correction, et le système Héliar pourvu d'une lentille négative déplaçable, dans lequel on doit obtenir au moyen du déplacement une reproduction floue(tendre).