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Dispositif d'éclairage, en particulier pour appareils de projec- tion d'images mobiles.
L'objet de la présente invention est un dispositif d'éclai- rage' pour la projection, plus particulièrement la projection ci- nématographique, supérieur aux dispositifs utilisés jusqu'ici.
Les systèmes d'éclairage généralement utilisés jusqu'ici dans les appareils de projection d'images mobiles étaient, le plus souvent, ainsi conçus, qu'au moyen d'un système optique d'éclairage, il était formé une image du champ lumineux de la source lumineuse. Cette image se trouve ou bien sur la fenêtre à image, ou bien dans l'objectif de l'appareil de projection. Si le champ lumineux est homogène et suffisamment grand, son image se fera le plus souvent sur la fenêtre, tandis que dans le cas d'un champ lumineux non homogène et trop petit, seule la forma - tion de son image dans l'objectif de projection - par exemple
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l'éclairage par lampe à incandescence - permet un éclairement suf- fisamment uniforme.
Par occasion, on emploie encore des systèmes quelque peu différents, mais sans modification essentielle du principe de construction.
L'effet utile de tous ces systèmes est très minime et, sou- vent, l'éclairage inégal de la fenêtre ne donne pas satisfaction.
Ils ne remplissent d'ailleurs pas les conditions plus sévères qu'on peut exiger de l'éclairage, par exemple dans le cas de films spéciaux. Les défauts des anciens systèmes se révèlent le mieux, en énumérant les qualités du nouveau dispositif d'éclaira- ge.
1) Dans le dispositif suivant l'invention, l'éclairage homo- gène de la pellicule est indépendant du genre, de la forme et de la grandeur du champ lumineux de la source lumineuse de projection utilisée.
2) L'effet utile de l'éclairement de projection est augmenté plusieurs fois en adaptant le dispositif d'éclairage suivant l'in- vention à la forme du champ lumineux employé et à la forme de la fenêtre.
3) L'ouverture d'éclairage au champ d'image est la même pour tous flux lumineux " géométriques " endéans les limites données par cette ouverture. L'emploi général du nouveau dispositif signi- fie une simplification de la tenue de copies dans les entreprises de location de bandes cinématographiques et, par là, une améliora- tion de la qualité de l'image de projection.
4) Les nouveaux dispositifs sont particulièrement importants pour la projection de films en couleur, spécialement de films pour grilles de lentilles, attendu qu'ils permettent l'emploi de toutes sources lumineuses connues de haute densité lumineuse et qu'ils ne nécessitent pas de lampes spéciales.
La fig.l montre un dispositif d'éclairage du genre utilisé jusqu'à présent, soit une lampe à condensateur pour appareil à images mobiles, où, par l'intermédiaire d'un condensateur double,
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2 et 3, l'image du champ lumineux 1 de la source lumineuse se fait sur la fenêtre 4. La formation de l'image est indiquée par un réseau de rayons se rencontrant au milieu de la fenêtre et provenant du centre du champ lumineux dans le cas d'un système optique d'éclairage idéal et sans défauts. Ce dispositif d'éclai- rage ne donne un éclairement uniforme de la fenêtre que lorsque le champ lumineux 1 présente une grandeur telle que son image couvre complètement la fenêtre et que le champ lumineux possède une densité lumineuse homogène dans cette zone, indiquée par les rayons extrêmes en pointillé.
Pour opérer sans perte de lumière à la fenêtre, le champ lumineux devrait être, lui aussi, de forme rectangulaire semblable à celle de la fenêtre, ce qui n'est appro- ximativement possible qu'avec des lampes de construction spéciale.
Comme tous les dispositifs d'éclairage présentent en outre de sérieux défauts quant à la formation des images, il n'est possi- ble d'obtenir un éclairement régulier de la fenêtre qu'en augmen- tant fortement les dimensions du champ lumineux. On peut évaluer sans exagération à 75 % les pertes qui se produisent ici ; elles signifient un surplus très important de dépense en énergie élec- trique, s'élevant à un total de plusieurs millions de Kwh. par an pour l'ensemble des théâtres cinématographiques du monde. Le passage de l'éclairage par condensateur à l'éclairage par réflec- teur ne peut remédier à cet état de choses, attendu que les dé- fauts qui produisent ces pertes sont les mêmes pour tous les an- ciens dispositifs d'éclairage.
.Alors que le dispositif d'éclairage suivant la fig.1 ne donne un éclairement uniforme du champ d'image que si le champ lumineux de la source lumineuse de projection est suffisamment grand et homogène, dans le dispositif d'éclairage suivant l'in- vention, par contre, l'uniformité de l'éclairement du champ d'ima- ge est indépendante de cette condition.
La fig.2 montre un premier exemple du nouveau dispositif.
Il se compose d'abord d'un dispositif d'éclairage suivant la fig.l
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mais la direction des rayons est modifiée sensiblement dans ce système par l'ajoute de deux grilles à lentilles 5 et 6 de cons- truction et de disposition spéciales.
Chacune de ces grilles à lentilles comprend une quantité de lentilles élémentaires sphériques pratiquement unies étroitement entre elles sans laisser de lacunes et ainsi disposées que les lignes de jonction des centres des lentilles élémentaires d'une des grilles (5) aux centres des lentilles élémentaires correspon- dantes de l'autre écran (6) viennent se rencontrer toutes dans le centre de la fenêtre 4.
La distance focale des lentilles élémentaires de la grille de lentilles 5 est ainsi choisie que le champ lumineux 1 formant primitivement l'image à travers le condensateur 2,3 dans la fenê- tre 4, forme maintenant cette image à travers les lentilles élé- mentaires de la grille 5 dans la grille de lentilles 6. De ces images du champ lumineux, chacune vient se situer sur une lentil- le élémentaire de la grille à lentilles 6. Ces lentilles élémen- taires de la grille à lentilles 6 ont une distance focale telle que l'image des lentilles élémentaires de la grille à lentilles 5 vienne se former dans la fenêtre 4, où toutes ces images se superposent. La précision de leur superposition sur la fenêtre du film dépend de la précision des grilles à lentilles et de la distance réciproque l'une de l'autre et par rapport à la fenêtre de film.
La grandeur des lentilles élémentaires de l'écran à len- tilles 5 est fixée ainsi que les grandeurs des images qu'elles forment dans la fenêtre soient égales entre elles et que les images viennent recouvrir juste assez la fenêtre. Le champ d'ima- ge du film étant un rectangle, toutes les lentilles élémentaires de la " grille à lentilles du champ d'images " 5 seront à limites rectangulaires et seront pratiquement de même grandeur. Leur nom- bre sera pris suffisamment grand pour que les rectangles se tou- chent mutuellement sans laisser d'intervalles, ce qui est réali- sable sous forme de rangées perpendiculaires et de files horizon- tales, par exemple.
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La fig.3 montre une vue en plan d'une " grille à lentilles du champ d'images ", les lentilles élémentaires rectangulaires étant arrangées de manière que rangées et files se croisent per- pendiculairement. La fig. 4 montre une disposition en rangées per- pendiculaires seulement, la fig. 5 une disposition en files hori- zontales, les lentilles étant transposées d'une mi-hauteur ou d'une mi-largeur de lentille, soit en rangées, soit en files qui se suivent.
Si le champ lumineux de la source de projection lumineuse est de forme approximativement ronde, par exemple le cratère posi- tif d'une lampe à arc de courant continu, la forme des lentilles élémentaires de la " grille à lentilles du champ lumineux " 6 sera utilement aussi de forme approximativement ronde. Mais comme pratiquement ces lentilles élémentaires doivent également se re- joindre sans laisser d'intervalles, la construction la plus favo- rable sera la disposition hexagonale des lentilles élémentaires, en forme de nids d'abeilles. La fig.6 montre une formation sem- blable donnée à la " grille à lentilles du champ lumineux Il 6.
Par la disposition décrite, où les centres de chacune des lentil- les élémentaires de la " grille de lentilles du champ d'image " et de la lentille élémentaire correspondante de la " grille à lentilles du champ lumineux " sont situés sur une droite passant par le centre du champ de l'image, on obtient que les centres des lentilles de toutes les lentilles élémentaires de la " grille du champ d'image " et de la " grille du champ lumineux forment des réseaux de points similaires.
La comparaison des fig.3, 4, 5 et 6 montre que pour un champ lumineux approximativement rond, cette exigence est remplie au mieux par une disposition de la " grille à lentilles du champ d'image Il suivant la f ig.5 en combinaison avec la " grille à len- tilles du champ lumineux "- suivant la fig.6.
Comme en suite à la formation de l'image, seuls sont conduits à la fenêtre 4, à travers chaque lentille élémentaire de la " gril-
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le à lentilles du champ lumineux "6, les rayons ayant traversé la lentille élémentaire correspondante de la " grille à lentilles du champ d'images " 5 et dont l'image se fait dans la fenêtre 4, il est inutile que l'image du champ lumineux projetée sur les lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumi- neux " soit plus grande que ces lentilles élémentaires. La gran- deur du champ lumineux, nécessaire à un éclairage maximum du champ d'image, dérive de la grandeur de l'image d'une lentille élémentaire de la " grille à lentilles du champ lumineux " se faisant en arrière, à travers tout le dispositif optique, dans le plan du champ lumineux.
Inversement, cependant, ce dispositif peut être utilisé en combinaison avec toute petite surface lumineuse 1 de la source lumineuse. La " grille de lentilles du champ lumineux Il n'est pas complètement éclairée alors, il est vrai, et les différentes ima- ges du champ lumineux sont séparées par des intervalles. Mais chaque lentille élémentaire de la " grille de lentilles du champ lumineux " produit une image de l'élément correspondant de la " grille de lentilles du champ d'image " sur la fenêtre. L'éclai- rement uniforme de la fenêtre est indépendant de la forme et de la grandeur du champ lumineux de la source lumineuse de projec- tion.
L'éclairement du champ d'image sera optima, lorsque la forme des lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumineux " répond à la forme du champ lumineux de la source lumi- neuse de projection et que la grandeur du champ lumineux corres- pond à la grandeur de l'image formée en arrière sur le plan du champ d'éclairage par une lentille élémentaire de la " grille de lentilles du champ lumineux ".
L'effet utile sera optima lorsque, en outre, dans la " gril- le de lentilles du champ d'image ", avec un réseau de points des centres des lentilles élémentaires et semblable à la " grille de lentilles du champ lumineux ", il se forme un arrangement sans intervalles d'images du champ d'images.
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La fig.7 montre en a un détail d'une " grille du champ d'i- mage ", en b le réseau correspondant de points des centres des lentilles élémentaires, en c, d,e et f, pour ce réseau de points, quelques possibilités d'éléments se touchant sans intervalles de la " grille de lentilles du champ lumineux ", la forme selon 7- e se montrant la plus favorable pour l'utilisation d'un champ lumi- neux rond.
Si selon la fig.8. : A1 est la distance de la grille de lentilles du champ d'image à la fenêtre, A2 la distance de la grille de lentilles du champ lumineux à la fenêtre, f1 la distance focale des lentilles élémentaires de la grille de lentilles du champ d'image, f2 la distance focale des lentilles élémentaires de la grille de lentilles du champ lumineux, d1 la grandeur des mailles du réseau de points centraux dans la grille de lentilles du champ d'images, d2 la grandeur des mailles du réseau de centres dans la grille de lentilles du champ lumineux, D le diamètre de la fenêtre d'images (hauteur ou côté), on aura :
EMI7.1
f l = Al Al ¯ A2 dl = D Al - A2 A 2 f2 = A2 Al - A2 d2 = Al - A2 Ai 1 Par exemple : A1=300mm f1=75mm d1=7,5mm f2=48mm d2=6,0mm.
D 30 mm ) Jusqu-'ici, nous sommes partis de l'hypothèse que le systè- me optique primaire d'éclairage donnait une image idéale du mi- lieu du champ lumineux sur le milieu de l'image - condition qui n'est pas remplie tout à fait par les systèmes optiques utilisés
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dans la pratique. Au contraire, tous ces systèmes optiques sont entachés de défauts quant à la formation des images. En ce qui concerne le défaut qui nous intéresse principalement, c'est-à- dire l'aberration sphérique, les milieux des champs lumineux, dans la formation des images par la " grille de lentilles du champ d'image " ne viendraient pas se situer sur le milieu des différentes lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumineux ".
Si le champ lumineux n'a que la grandeur suffi- sante pour que ses images soient situées entièrement dans les lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumi- neux ", le système opère sans perte. Le champ lumineux de la souri ce lumineuse devenant plus grand, la position excentrique des images du champ lumineux par rapport aux centres des lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumineux " fera que la limitation des lentilles coupera éventuellement unilatéra- lement des parties de ces champs lumineux élémentaires, pour au- tant que la limitation des lentilles élémentaires se produise de tous côtés symétriquement au point central optique.
Il est possi- ble de remédier de manière très simple à ces pertes, en choisis- sant la limitation des lentilles élémentaires de la " grille de lentilles du champ lumineux ", non pas symétriquement au point central optique, mais bien symétriquement au point central des images du champ lumineux. On prend le centre géométrique diffé- rent du centre optique des lentilles élémentaires. Cette diffé- rence se règle sur les propriétés du système d'éclairage primaire utilisé et est d'autant plus petite qu'est réalisée de manière plus idéale, par ces systèmes d'éclairage, la réunion des rayons pour le milieu de la fenêtre d'images.
Le plus souvent, cependant, on obtient avec une approxima- tion suffisante un éclairement sans perte dans le cas d'une limi- tation symétrique aux centres des lentilles, si la réunion des rayons primaires pour la formation de l'image du champ lumineux est transposée dans le plan du champ d'image par une zone du bord du condensateur.
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La comparaison des fig.l et 2 montre que l'ajoute des deux grilles de lentilles 5 et 6 disposées et formées selon l'inven- tion n'a pratiquement pas modifié la limitation extérieure du cône lumineux : Le cône lumineux pour le centre de la fenêtre est resté le même, si.on ne considère que l'enveloppe extérieure ; cependant, il est divisé maintenant en de nombreux cônes lumineux élémentaires, lesquels, suivant la grandeur du champ lumineux, sont plus ou moins séparés les uns des autres, attendu que la base de ces cônes élémentaires est donnée par les images du champ lu- mineux dans le plan de la " grille de lentilles du champ lumineux."
Pour l'éclairement de la fenêtre, seul l'angle effectivement lumineux, lequel constitue la somme de tous les angles de ces cônes élémentaires, est important ;
pour l'effet modificateur de gradation de l'éclairage sur l'image photographique dans la fenê- tre et dont il s'agit de faire la projection, ce sont les direc- tions de rayonnement des cônes élémentaires qui importent. En conséquence, il semble utile de définir plus spécialement deux nouvelles notions en vue de la description des propriétés du sys- tème d'éclairage selon l'invention.
Comme ouverture d'éclairage de la fenêtre à images, nous avons adopté 1' "ouverture-enveloppe", donnée pour le milieu de l'image par le manteau enveloppant extérieurement les cônes élé- mentaires et leurs intervalles. Afin de pouvoir utiliser cette " ouverture-enveloppe " dans le calcul d'un flux lumineux, la den- sité lumineuse physique de la source lumineuse a été remplacée par la " densité lumineuse moyenne " de l'appareil, attendu que, d'après le degré de son éclairement, c'est la " grille de lentilles du champ lumineux " qui fait effet de source lumineuse de rempla- cement pour l'éclairement de la fenêtre à image.
La "densité lumineuse moyenne" dépend donc, outre de la den- sité lumineuse de la source lumineuse de projection, aussi de la mesure dans laquelle les images du champ lumineux emplissent la superficie de la "grille de lentilles du champ lumineux", et elle
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atteint le maximum lorsque chaque lentille élémentaire de la "grille de lentilles du champ lumineux" est complètement éclairée ; dans ce cas, elle devient égale à la densité lumineuse de la sour- ce lumineuse elle-même - en même temps, 1' "ouverture-enveloppe" est emplie tout à fait de lumière, attendu que les champs lumi- neux se touchent et que, par là, les cônes élémentaires entrent aussi en contact.
La "densité lumineuse moyenne" du dispositif d'éclairage pour une "ouverture-enveloppe" déterminée est égale à la densité lumineuse de la source lumineuse, diminuée en proportion des grandeurs de 1' "image du champ lumineux" et de 1 "élément de grille du champ lumineux Il.
Lorsque, par exemple, la grandeur maximum du champ lumineux de la source lumineuse, requise pour une "ouverture-enveloppe" de 1:2,5 est de 20 mm2, la "densité lumineuse moyenne" de l'appa- reil sera égale à la densité lumineuse vraie de la source lumi- neuse même, si celle-ci a une densité lumineuse de 180 HKmm-2,
Si, dans la même construction, le champ lumineux n'a que 10 mm2, 1' "ouverture-enveloppe" reste inchangée à 1 :2,5 cepen-dant que la "densité lumineuse moyenne" de l'appareil n'est que de 90 HK mm-2. Ce dispositif d'éclairage peut donc fonctionner avec toute grandeur de champ lumineux comprise entre 0 et 20 mm2, 1' "ouverture-enveloppe" étant celle précitée.
Le nouveau dispositif d'éclairage peut être construit pour toute "ouverture-enveloppe" désirée sans changement de la cons- truction de la double grille de lentilles, attendu que l'ouvertu- re primaire du simple système d'éclairage utilisé pour la cons- truction du dispositif d'éclairage selon l'invention, ouverture dont l'image se fait par le champ lumineux de la source lumineuse sur la fenêtre de l'appareil de projection, convient pratiquement comme "ouverture-enveloppe ".
Tous les projecteurs de cinéma munis du dispositif selon l'invention seront équipés ainsi, qu'ils puissent opérer avec une
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même ouverture-enveloppe, par exemple de 1:2,5 ; ils peuvent fonctionner avec toute intensité de courant, c'est-à-dire avec toute grandeur de champ lumineux et fournissent en conséquence des flux lumineux différents. Le changement de gradation dans l'image de projection est néanmoins le même pour tous les appa- reils et les copies de films pourront toutes être tirées photo- graphiquement de manière ident ique.
Si la surface de projection est petite, on utilisera des crayons minces et une faible intensité de courant ; cette surface est-elle plus grande, ou bien s'agit-il de montrer des films en couleur ou peu transparents, on utilisera alors des crayons plus forts et une intensité de courant proportionnellement plus élevée et on augmentera ainsi, dans l'appareil de projection, ce que nous avons convenu d'appeler 1"' intensité lumineuse moyenne".
Lorsque, le maximum étant ici atteint, les exigences sont encore plus grandes, on remplace les crayons de charbon pur par des charbons de haute intensité à densité lumineuse primaire plus élevée. Ici encore, une modification continuelle de flux lumineux de l'appareil de projection est possible, par la seule variation de la grandeur du champ lumineux, c'est-à-dire par un choix con- venable du diamètre du- crayon et de l'intensité de courant.
La possibilité de mélanger de manière très simple le rayon- nement du. noyau et de l'enveloppe du champ de cratère des lampes de haute intensité paraît aussi avoir de l'importance, cela per- mettant d'obtenir une température de couleur moyenne des deux rayonnements pour l'éclairement de la projection.
Aucune exigence n'étant demandée quant à la forme et à l'uni- formité de la surface du champ lumineux, le nouveau dispositif d'éclairage est utilisable de la même manière avec d'autres sour- ces lumineuses, par exemple, les lampes de projection à incandes- cence, les lampes à arc à courant alternatif, les lampes à arc à flammes, les lampes à mercure à haute tension, etc. et on peut l'utiliser avec un bon effet utile pour la projection tant du- film.
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norma.l que du film étroit ou large, en façonnant convenablement la forme des lentilles élémentaires des grilles de lentilles.
En vue d'expliquer le fonctionnement de la présente inven- tion, il a été envisagé jusqu'ici l'utilisation d'un condensateur à lentilles comme système le plus simple pour la formation pri- maire de l'image du champ lumineux sur la fenêtre. Après ce qui vient d'être expliqué, il est à peine besoin de dire que tous les systèmes d'éclairage usuels peuvent être utilisés pour l'éclaira- ge de la fenêtre.
A côté des simples lampes à condensateur, on utilise pour la projection cinématographique des lampes à simple réflecteur concave, ainsi que des lampes à réflecteur concave et condensa- teur ; dans ces systèmes d'éclairage, le montage de deux grilles de lentilles dans le trajet des rayons peut être réalisé prati- quement de la même manière.
La fig.9 montre le système selon l'invention en combinaison avec une simple lampe à réflecteur pour la formation primaire de l'image du champ lumineux.
La fig.10 montre le système selon l'invention en combinai- son avec une lampe à réflecteur et condensateur pour la formation primaire de l'image du champ lumineux.
La fig.ll correspond à la fig.10, sauf que les deux grilles de lentilles sont situées dans le trajet des rayons entre le ré- flecteur et le condensateur.
On peut s'imaginer de différentes manières la construction des grilles de lentilles. La construction paraissant particuliè- rement convenable est celle sous forme de deux plaques de verre pressé ou semblables, avec chacune une surface lisse d'un côté et, de l'autre côté, les lentilles dans une structure fixée d'avance, de manière à assembler en un système conforme à l'in- vention deux plaques, dont chacune présente la forme de lentilles élémentaires requise selon les cas. Il est facile de réaliser aussi une combinaison des grilles de lentilles et d'une cuvette de refroidissement située dans le trajet des rayons, les plaques
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de grilles de lentilles étant utilisées par exemple directement comme plaques de fermeture d'une cuvette d'épaisseur appropriée.
Dans les deux cas, les plaques doivent être ajustées réciproque- ment. Pour réaliser cet ajustement une fois pour toutes, lors de la construction, il est encore possible d'assembler ainsi les deux grilles avec une plaque épaisse en verre, que, de chaque côté d'une plaque de verre plus épaisse et de dimensions appropriées, une grille soit pressée dans cette plaque, ce qui paraît surtout utile pour l'emploi avec le film étroit.
Il est encore remarquable que lorsque la forme du champ lu- mineux est approximativement la même, la même paire de "grilles de lentilles" peut être utilisée pour tous appareils de projection, pourvu qu'elle soit située toujours à la même distance basée sur sa construction et dans la position exacte par rapport à la fenê- tre.
En se tenant au film normal et à une forme déterminée du champ lumineux, ainsi qu'à une distance déterminée de la fenêtre, le même système est toujours utilisable de la même manière et sans égard aux autres propriétés de la lampe de projection, peu importe que la lampe soit à condensateur, à réflecteur ou à con- densateur et réflecteur ;que l'intensité de courant soit grande ou petite ; que le champ lumineux soit homogène ou ne le soit pas ; que l'ouverture primaire soit grande ou petite.
Si, de plus, on prend une même ouverture primaire du système lumineux pour tous les projecteurs, ce système parait idéal et universel pour les appareils de projection d'images mobiles, attendu qu'il peut être utilisé pour tous genres de films - films noir et blanc, films en couleur, ilms pour grilles de lentilles - et qu'il per- met une adaptation simple à leurs différents besoins de lumière, rien que par la modification des intensités de courant et du dia- mètre des crayons.
Dans la disposition décrite, en dehors du rayon qui suit l'axe optique, les autres rayons traversent obliquement les pla-
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ques de grilles. La longueur de trajet optique entre les lentil- les de la grille devient donc toujours plus grande, à mesure qu'on se rapproche du bord des plaques de lentilles. Le résultat en est que par suite des défauts dans la formation des images, les images de la source lumineuse ne viennent plus sur la deuxiè- me plaque de lentilles en ce qui concerne les lentilles situées à la périphérie des plaques. Pour cette même raison, les images des lentilles de la première plaque de grille ne sont plus données aussi exactement par la deuxième plaque de lentilles.
Il est proposé en conséquence, selon l'invention, de disposer les deux systèmes de lentilles sur des cuvettes sphériques, dont le centre commun se trouve au milieu de la fenêtre. Ainsi sont évités les inconvénients décrits, qui dérivent du passage oblique des rayons à travers les lentilles des grilles.
La fig.12 représente un exemple d'une pareille disposition.
1 est la source lumineuse, 2 le miroir réflecteur, 3 et 4 sont les lentilles de grille disposées sur des cuvettes sphériques, 5 est la fenêtre à image et 6 l'objectif de projection.
On peut encore disposer avec avantage les lentilles des grilles sur un élément optique approprié du trajet des rayons d'éclairage. Selon la fig.13, un réflecteur et un condensateur simple étant utilisés comme moyens de condenser la lumière, une des grilles de lentilles est apportée sur la lentille condensan- te 3 et l'autre grille sur la plaque de verre 4. Dans cette figu- re, 1 désigne la source lumineuse, 2 le réflecteur et 5 la fenê- tre. Suivant ce système, la source lumineuse 1 et la deuxième grille 4 se trouvent dans les plans conjugués a et a', la lentille du condensateur 3 avec la première grille et la fenêtre 5 sont dans les plans conjugués b et b'.
Dans les systèmes décrits, la direction des rayons ne subit aucune modification entre les points principaux des lentilles élémentaires disposées sur les plaques de grilles. Maintes fois, cependant, la disposition des plaques de grille ne permet pas à
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ce fait de se montrer tout à fait efficace, parce que pour une grandeur donnée des lentilles de grille dans le plan 5 et pour une distance donnée des deux plaques de grille, le diamètre des lentilles élémentaires doit être plus petit dans le plan 6, en raison de la direction convergente des rayons. Au plan 5, on voit un angle, d'ouverture bien déterminée, du faisceau du flux lumi- neux et dépendant du diamètre de la surface lumineuse. La plus grande ouverture d'angle est indiquée par Ó au dessin.
Les des- sins font constater immédiatement que le cône lumineux ne sera complètement utilisé que si les lentilles élémentaires correspon- dantes sont suffisamment grandes dans le plan 6 pour saisir com- plètement le cône lumineux.
La fig.14 montre que le dispositif connu jusqu'ici ne saisit qu'un faisceau lumineux ayant un angle d'ouverture ss. Le sur- plus de lumière arrive sur la fausse lentille élémentaire dans le plan 6 et ne parvient plus par la fenêtre.
Suivant l'invention, on peut supprimer cette limitation, en modifiant le cours des rayons entre les points principaux des lentilles élémentaires en position réciproque dans les plans 5 et 6, en intercalant des surfaces réfractantes 7 et 8. Par la di- minution de la convergence des rayons qui, dans certains cas, peut aller jusqu'à la divergence, un agrandissement des lentilles élémentaires dans le plan 6 est possible, comme on le voit à la fig,.l5. Par une modification suffisamment grande de la direction des rayons entre les points principaux des lentilles élémentai- res, la lentille élémentaire dans le plan 6 atteint une grandeur telle que le faisceau entier, y compris l'angle d'ouverture Ó, est saisi.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Lighting device, in particular for moving image projection apparatus.
The object of the present invention is a lighting device for projection, more particularly cinematographic projection, superior to the devices used heretofore.
The lighting systems generally used hitherto in mobile image projection apparatus were, most often, so designed, that by means of an optical lighting system, an image of the light field of the light source. This image is either on the image window or in the lens of the projector. If the light field is homogeneous and large enough, its image will most often be on the window, while in the case of a light field that is not homogeneous and too small, only the formation of its image in the lens of projection - for example
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incandescent lamp lighting - provides sufficient uniform illumination.
Occasionally, somewhat different systems are still used, but without essential modification of the construction principle.
The useful effect of all these systems is very minimal, and often the uneven lighting of the window is unsatisfactory.
Moreover, they do not meet the more severe conditions that may be required of lighting, for example in the case of special films. The faults of the old systems are best revealed by listing the qualities of the new lighting system.
1) In the device according to the invention, the homogeneous illumination of the film is independent of the type, shape and size of the light field of the projection light source used.
2) The useful effect of the projection illumination is increased several times by adapting the lighting device according to the invention to the shape of the light field employed and to the shape of the window.
3) The illumination aperture to the image field is the same for all "geometric" luminous fluxes within the limits given by this aperture. The general use of the new device means a simplification of the record keeping in the film rental companies and hence an improvement in the quality of the projection image.
4) The new devices are particularly important for the projection of color films, especially lens grid films, since they allow the use of any known light sources of high light density and do not require lamps. special.
Fig. 1 shows a lighting device of the kind used until now, namely a condenser lamp for moving image apparatus, where, by means of a double condenser,
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2 and 3, the image of the light field 1 of the light source is made on window 4. The formation of the image is indicated by a network of rays meeting in the middle of the window and coming from the center of the light field in the case of an ideal and flawless optical illumination system. This lighting device only gives uniform illumination of the window when the light field 1 has a magnitude such that its image completely covers the window and the light field has a homogeneous light density in this zone, indicated by the rays. dotted extremes.
To operate without loss of light at the window, the light field should also be rectangular in shape similar to that of the window, which is only approximately possible with specially constructed lamps.
As all lighting devices furthermore have serious defects in the formation of images, it is only possible to obtain uniform illumination of the window by greatly increasing the dimensions of the light field. We can estimate without exaggeration at 75% the losses which occur here; they signify a very significant surplus of electrical energy expenditure, amounting to a total of several million Kwh. per year for all the cinematographic theaters of the world. Switching from capacitor lighting to reflector lighting cannot remedy this state of affairs, since the faults which produce these losses are the same for all old lighting devices.
While the lighting device according to fig. 1 gives uniform illumination of the image field only if the light field of the projection light source is sufficiently large and homogeneous, in the lighting device according to in - However, the uniformity of the illumination of the image field is independent of this condition.
Fig. 2 shows a first example of the new device.
It consists first of all of a lighting device according to fig.l
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but the direction of the rays is changed appreciably in this system by the addition of two lens grids 5 and 6 of special construction and arrangement.
Each of these lens grids comprises a quantity of spherical elementary lenses practically closely united with one another without leaving any gaps and so arranged that the junction lines of the centers of the elementary lenses of one of the grids (5) to the centers of the corresponding elementary lenses. dantes of the other screen (6) all meet in the center of window 4.
The focal length of the elementary lenses of the lens grid 5 is thus chosen that the light field 1 initially forming the image through the capacitor 2, 3 in the window 4, now forms this image through the elementary lenses. of the grid 5 in the lens grid 6. Of these images of the light field, each is located on an elementary lens of the lens grid 6. These elementary lenses of the lens grid 6 have a focal length such that the image of the elementary lenses of the lens grid 5 comes to form in the window 4, where all these images are superimposed. The accuracy of their superposition on the film window depends on the accuracy of the lens grids and the distance from each other and from the film window.
The size of the elementary lenses of the lens screen 5 is fixed so that the sizes of the images which they form in the window are equal to each other and that the images cover the window just enough. Since the film field of view is a rectangle, all of the elementary lenses of the "picture field lens grid" 5 will have rectangular boundaries and will be substantially the same size. Their number will be taken large enough so that the rectangles touch each other without leaving gaps, which is possible in the form of perpendicular rows and horizontal rows, for example.
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Fig. 3 shows a plan view of an "image field lens grid", the rectangular elementary lenses being arranged so that rows and rows intersect each other perpendicularly. Fig. 4 shows an arrangement in perpendicular rows only, FIG. 5 an arrangement in horizontal rows, the lenses being transposed half the height or half the lens width, either in rows or in consecutive rows.
If the light field of the projection light source is approximately round in shape, for example the positive crater of a direct current arc lamp, the shape of the elementary lenses of the "light field lens grid" 6 will be. usefully also approximately round in shape. But as practically these elementary lenses must also join together without leaving gaps, the most favorable construction will be the hexagonal arrangement of the elementary lenses, in the form of honeycombs. Fig. 6 shows a similar formation given to the "lens grid of the light field II 6.
By the arrangement described, where the centers of each of the elementary lenses of the "image field lens grid" and of the corresponding elementary lens of the "light field lens grid" are located on a straight line passing through the center of the image field, we obtain that the centers of the lenses of all the elementary lenses of the "image field grid" and of the "light field grid" form networks of similar points.
The comparison of fig. 3, 4, 5 and 6 shows that for an approximately round light field, this requirement is best fulfilled by an arrangement of the "lens grid of the image field II according to fig. 5 in combination. with the "light field lens grid" - as shown in fig.6.
As in following the formation of the image, only are led to the window 4, through each elementary lens of the "grill-
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the lens of the light field "6, the rays having passed through the corresponding elementary lens of the" lens grid of the image field "5 and whose image is made in the window 4, there is no need for the image of the light field projected onto the elementary lenses of the "light field lens grid" is greater than these elementary lenses. The magnitude of the light field, necessary for maximum illumination of the image field, is derived from the magnitude of the image of an elementary lens of the "light field lens grid" being rearward, through the entire optical device, in the plane of the light field.
Conversely, however, this device can be used in combination with any small light surface 1 of the light source. The "light field lens grid It is not fully illuminated then, it is true, and the different images of the light field are separated by intervals. But each elementary lens of the" light field lens grid " produces an image of the corresponding element of the "image field lens grid" on the window. The uniform illumination of the window is independent of the shape and size of the light field of the light source of the window. projection.
The illumination of the image field will be optimum when the shape of the elementary lenses of the "light field lens grid" corresponds to the shape of the light field of the projection light source and the magnitude of the light field matches. - pond to the size of the image formed behind on the plane of the illumination field by an elementary lens of the "grid of lenses of the light field".
The useful effect will be optimum when, furthermore, in the "image field lens grid", with a network of points of the centers of the elementary lenses and similar to the "light field lens grid", it an arrangement without intervals of images of the image field is formed.
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Fig. 7 shows in a a detail of an "image field grid", in b the corresponding network of points of the centers of the elementary lenses, in c, d, e and f, for this network of points , some possibilities of elements touching without intervals of the "grid of lenses of the light field", the shape according to 7-e being the most favorable for the use of a round light field.
If according to fig. 8. : A1 is the distance of the lens grid of the image field to the window, A2 the distance of the light field lens grid to the window, f1 the focal length of the elementary lenses of the field of lens grid image, f2 the focal length of the elementary lenses of the grid of lenses of the light field, d1 the size of the meshes of the array of central points in the grid of lenses of the image field, d2 the size of the meshes of the array of centers in the grid of lenses of the light field, D the diameter of the image window (height or side), we will have:
EMI7.1
f l = Al Al ¯ A2 dl = D Al - A2 A 2 f2 = A2 Al - A2 d2 = Al - A2 Ai 1 For example: A1 = 300mm f1 = 75mm d1 = 7.5mm f2 = 48mm d2 = 6.0mm.
D 30 mm) So far, we have assumed that the primary optical illumination system gives an ideal image of the middle of the light field on the middle of the image - a condition which is not not quite fulfilled by the optical systems used
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In practice. On the contrary, all these optical systems are tainted with defects in the formation of the images. As regards the defect which interests us mainly, that is to say the spherical aberration, the mediums of the light fields, in the formation of the images by the "grid of lenses of the image field" would not occur. locate on the middle of the different elementary lenses of the "light field lens grid".
If the light field is only large enough for its images to be located entirely within the elementary lenses of the "light field lens grid", the system operates without loss. As the luminous field of the luminous mouse becomes larger, the eccentric position of the luminous field images with respect to the centers of the elementary lenses of the "luminous field lens grid" will cause the limitation of the lenses to eventually cut off parts unilaterally. of these elementary light fields, so long as the limitation of the elementary lenses occurs on all sides symmetrically to the optical central point.
It is possible to remedy these losses in a very simple manner, by choosing to limit the elementary lenses of the "grid of lenses of the light field", not symmetrically at the optical central point, but quite symmetrically at the central point of the lenses. bright field images. We take the geometric center different from the optical center of the elementary lenses. This difference is regulated by the properties of the primary lighting system used and is all the smaller the more ideally the more ideally achieved, by these lighting systems, the union of the rays for the middle of the window d. 'images.
Most often, however, lossless illumination is obtained with sufficient approximation in the case of symmetrical limitation to the centers of the lenses, if the union of the primary rays for the formation of the image of the light field is transposed in the plane of the image field by a zone of the edge of the capacitor.
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The comparison of Fig. 1 and 2 shows that the addition of the two lens grids 5 and 6 arranged and formed according to the invention has practically not changed the outer limitation of the light cone: The light cone for the center of the window has remained the same, if one considers only the outer envelope; however, it is now divided into many elementary light cones, which, depending on the size of the light field, are more or less separated from each other, since the base of these elementary cones is given by the light field images. in the plane of the "bright field lens grid."
For the illumination of the window, only the effectively luminous angle, which constitutes the sum of all the angles of these elementary cones, is important;
for the modifying effect of the gradation of the lighting on the photographic image in the window and for which it is a question of making the projection, it is the radiation directions of the elementary cones that are important. Consequently, it seems useful to define more specifically two new concepts with a view to the description of the properties of the lighting system according to the invention.
As the illumination aperture of the image window we have adopted the "envelope aperture", given for the middle of the image by the mantle externally enveloping the elementary cones and their intervals. In order to be able to use this "aperture-envelope" in the calculation of a luminous flux, the physical luminous density of the light source has been replaced by the "average luminous density" of the apparatus, whereas, according to the degree of its illumination is the "grid of lenses of the light field" which acts as a replacement light source for the illumination of the image window.
The "average light density" therefore depends, in addition to the light density of the projection light source, also on the extent to which the light field images fill the area of the "light field lens grid", and it
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reaches the maximum when each elementary lens of the "light field lens grid" is fully illuminated; in this case, it becomes equal to the light density of the light source itself - at the same time, the "opening-envelope" is completely filled with light, as the light fields are touching and that, by this, the elementary cones also come into contact.
The "average luminous density" of the lighting device for a determined "aperture-envelope" is equal to the luminous density of the light source, reduced in proportion to the magnitudes of the "luminous field image" and of the "element of light". light field grid II.
When, for example, the maximum luminous field size of the light source, required for a 1: 2.5 "aperture-envelope" is 20 mm2, the "average luminous density" of the apparatus will be equal to the true light density of the same light source, if the latter has a light density of 180 HKmm-2,
If, in the same construction, the light field is only 10 mm2, the "opening-envelope" remains unchanged at 1: 2.5, however the "average light density" of the device is only from 90 HK mm-2. This lighting device can therefore operate with any size of the light field between 0 and 20 mm2, the "opening-envelope" being that mentioned above.
The new lighting fixture can be constructed for any desired "opening-envelope" without changing the construction of the double lens grid, as the primary opening of the single lighting system used for the construction. Construction of the lighting device according to the invention, an opening, the image of which is made by the light field of the light source on the window of the projection apparatus, is practically suitable as an "opening-envelope".
All cinema projectors provided with the device according to the invention will be equipped in this way, that they can operate with a
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same opening-envelope, for example 1: 2.5; they can operate with any current intensity, that is to say with any luminous field size and consequently provide different luminous fluxes. The change in gradation in the projection image is, however, the same for all devices and the film copies can all be photographically printed identically.
If the projection surface is small, thin rods and low current intensity will be used; is this surface larger, or is it a question of showing films in color or not very transparent, we will then use stronger pencils and a proportionally higher current intensity and we will thus increase, in the apparatus of projection, what we have agreed to call 1 "medium light intensity".
When, the maximum being reached here, the requirements are even greater, the pure carbon rods are replaced by high intensity coals with higher primary light density. Here again, a continual modification of the luminous flux of the projection apparatus is possible, by the sole variation of the magnitude of the luminous field, that is to say by a suitable choice of the diameter of the pencil and of the l 'amperage.
The possibility of mixing the radiation of the. The core and the crater field envelope of high intensity lamps also appear to be important, allowing an average color temperature of the two radiations to be obtained for the illumination of the projection.
Since there are no requirements for the shape and uniformity of the surface of the light field, the new lighting device can be used in the same way with other light sources, for example lamps. projection lamps, ac arc lamps, flame arc lamps, high voltage mercury lamps, etc. and it can be used with good useful effect for both projection of the film.
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norma.l that of the narrow or wide film, suitably shaping the shape of the elementary lenses of the lens grids.
In order to explain the operation of the present invention, it has heretofore been contemplated the use of a lens capacitor as the simplest system for the primary image formation of the light field on the lens. window. After what has just been explained, it is hardly necessary to say that all the usual lighting systems can be used for the illumination of the window.
Besides simple condenser lamps, lamps with a single concave reflector are used for cinematographic projection, as well as lamps with a concave reflector and condenser; in these lighting systems, the mounting of two lens grids in the ray path can be carried out in substantially the same way.
Fig.9 shows the system according to the invention in combination with a simple reflector lamp for the primary formation of the image of the light field.
Fig. 10 shows the system according to the invention in combination with a reflector and condenser lamp for the primary image formation of the light field.
Fig. 11 corresponds to Fig. 10, except that the two lens grids are located in the ray path between the reflector and the condenser.
We can imagine the construction of lens grids in different ways. The construction which appears particularly suitable is that in the form of two plates of pressed glass or the like, each with a smooth surface on one side and, on the other side, the lenses in a fixed structure, so as to assembling into a system according to the invention two plates, each of which has the shape of elementary lenses required as the case may be. It is also easy to make a combination of lens grids and a cooling pan located in the spoke path, the plates
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lens grids being used for example directly as closing plates for a cuvette of suitable thickness.
In both cases the plates must be reciprocally adjusted. To achieve this adjustment once and for all, during construction, it is still possible to assemble the two grids in this way with a thick glass plate, that, on each side of a thicker glass plate of suitable dimensions, a grid is pressed into this plate, which seems especially useful for use with the narrow film.
It is still noteworthy that when the shape of the light field is approximately the same, the same pair of "lens grids" can be used for all projection devices, provided that they are always located at the same distance based on its. construction and in the exact position relative to the window.
By sticking to the normal film and a fixed shape of the light field, as well as a fixed distance from the window, the same system is still usable in the same way and regardless of the other properties of the projection lamp, regardless whether the lamp is a condenser, reflector or condenser and reflector, whether the current is large or small; whether the light field is homogeneous or not; whether the primary opening is large or small.
If, moreover, we take the same primary aperture of the lighting system for all projectors, this system seems ideal and universal for mobile image projection devices, since it can be used for all kinds of films - films noir and white, color films, film for lens grids - and that it allows easy adaptation to their different light needs, just by changing the current intensities and the diameter of the pencils.
In the arrangement described, apart from the ray which follows the optical axis, the other rays cross the plates obliquely.
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grid ques. The optical path length between the lenses of the grid therefore becomes ever greater as one gets closer to the edge of the lens plates. The result is that due to defects in image formation, images from the light source no longer come onto the second lens plate with respect to the lenses on the periphery of the plates. For this same reason, the images of the lenses of the first grid plate are no longer given as exactly by the second lens plate.
It is therefore proposed, according to the invention, to place the two lens systems on spherical cups, the common center of which is in the middle of the window. The drawbacks described, which derive from the oblique passage of the rays through the lenses of the grids, are thus avoided.
Fig. 12 shows an example of such an arrangement.
1 is the light source, 2 is the reflecting mirror, 3 and 4 are the grid lenses arranged on spherical cuvettes, 5 is the image window and 6 is the projection lens.
It is also possible to advantageously arrange the lenses of the grids on a suitable optical element in the path of the illumination rays. According to fig. 13, with a reflector and a single capacitor being used as a means of condensing the light, one of the lens grids is brought on the condensing lens 3 and the other grid on the glass plate 4. In this figure - re, 1 designates the light source, 2 the reflector and 5 the window. According to this system, the light source 1 and the second grid 4 are located in the conjugate planes a and a ', the lens of the capacitor 3 with the first grid and the window 5 are in the conjugate planes b and b'.
In the systems described, the direction of the rays does not undergo any modification between the main points of the elementary lenses arranged on the grid plates. Many times, however, the arrangement of the grid plates does not allow
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this fact of being quite effective, because for a given size of the grid lenses in plane 5 and for a given distance from the two grid plates, the diameter of the elementary lenses must be smaller in plane 6, in due to the convergent direction of the rays. In plane 5, we see an angle, with a well-determined aperture, of the beam of the light flux and depending on the diameter of the light surface. The larger corner opening is indicated by Ó in the drawing.
The drawings show immediately that the light cone will only be completely used if the corresponding elementary lenses are large enough in the plane 6 to fully grasp the light cone.
Fig. 14 shows that the device known until now only captures a light beam having an opening angle ss. The excess light arrives on the false elementary lens in plane 6 and no longer enters through the window.
According to the invention, this limitation can be eliminated by modifying the course of the rays between the main points of the elementary lenses in reciprocal position in planes 5 and 6, by interposing refracting surfaces 7 and 8. By reducing the distance between them. convergence of the rays which, in some cases, can go as far as divergence, an enlargement of the elementary lenses in the plane 6 is possible, as can be seen in fig, .l5. By a sufficiently large change in the direction of the rays between the principal points of the elementary lenses, the elementary lens in the plane 6 reaches a magnitude such that the entire beam, including the aperture angle Ó, is captured.
CLAIMS.
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