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DISPOSITIF D'OPTIQUE DIVISEUR DE FAISCEAU ET SES APPLICATIONS.
On connaît des dispositifs optiques constitués par un jeu de prismes qui divisent un faisceau lumineux incident en plusieurs faisceaux élémentaires.
Ces dispositifs comportent un certain nombre d'inconvénients.
En premier lieu, la longueur optique des faisceaux à l'intérieur de ces dis- positifs est relativement grande, ce qui ne permet pas d'obtenir une clarté aussi grande qu'il est désirable.
En outre, ils ne permettent pas de régler rigoureusement la quantité de lumière atteignant chaque image et chaque point de chaque image.
Enfin, ils permettent difficilement un réglage rigoureux de la position des images.
Vis-à-vis de ces dispositifs connus, l'invention concerne un dispositif optique diviseur de faisceau, caractérisé par quatre prismes rec- tangles isocèles juxtaposés pour former un bloc parallélipipédique droit à base carrée et deux surfaces réfléchissantes inclinées chacune à 45 sur l'une des faces du bloc parallélipipédique perpendiculaire à la face d'en- trée de ce bloc, les quatre dioptres plans formés par les faces juxtaposées deux à deux des prismes, constituant le bloc parallélipipédique, étant con- stitués de manière à transmettre une fraction déterminée de la lumière inci- dente, ce qui réalise un dispositif facilement réglable, à l'intérieur du- quel la longueur optique des faisceaux élémentaires est petite, ce qui per- met de régler à volonté l'intensité de chacun des faisceaux lumineux élé- mentaires.
Suivant un mode de réalisation, les dioptres plans formés par les deux faces juxtaposées des prismes constituant le bloc parallélipipé- dique comportent des bandes parallèles alternativement réfléchissantes et transparentes, ce qui réalise un dispositif permettant d'obtenir, pour cha- cun des faisceaux élémentaires, l'intensité voulue par un choix approprié
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de la valeur du rapport de la largeur des bandes transparentes à la largeur des bandes réfléchissantes.
Suivant un autre mode de réalisation, les dioptres plans formés par les faces juxtaposées des prismes constituant le bloc parallélipipédique sont semi-réfléchissantes, ce qui réalise un dispositif qui permet d'obtenir, pour chacun des faisceaux élémentaires, l'intensité voulue par un choix ap- proprié de la valeur du rapport de la lumière réfléchie à la lumière trans- mise.
L'invention concerne aussi un système optique pour l'obtention de trois images identiques, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif à prismes conforme aux paragraphes précédents, ce qui réalise un système don- nant des images identiques lumineuses et de luminosité moyenne identique ou différente.
L'invention concerne encore un système optique pour l'obten- tion d'images sélectionnées pour la photographie en couleurs, caractérisé par ce qu'il comporte un système optique conforme aux paragraphes précé- dents.et des filtres de sélection interposés chacun sur l'un des faisceaux élémentaires émergents, ce qui permet d'obtenir des images de sélection de luminosité appropriée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raitront au cours de la description suivante de plusieurs modes de'réali- sation choisis seulement à titre d'exemples.
Au dessin annexé, où les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures : - La figure 1 est une vue en plan d'un dispositif optique con- forme à un mode de réalisation de l'invention.
- la figure 2 est une vue de face correspondante - les figures 3 et 4 schématisent la disposition des bandes al- ternativement réfléchissantes et transparentes. @ - les figures 5 et 6 représentent le trajet de deux faisceaux lumineux pour l'objectif le plus éloigné.
- la figure 7 représente la disposition correspondante dans les dispositifs antérieurement connus.
- la figure 8 schématise le développement en air du trajet op- tique des figures 5 et 6.
- la figure 9 schématise le même développement pour le dispo- sitif connu de la figure 7.
- la figure 10 représente un mode de réalisation d'un appa- reil de sélection conforme à l'invention.
Suivant le mode de réalisation représenté à la figure 1, le dispositif optique conforme à l'invention comporte deux prismes rectangles isocèles réflecteurs 1, 2. L'une des petites faces de chacun des prismes 1, 2 est appliquée contre l'une des deux faces parallèles d'un bloc paral- lélipipédique.
Ce bloc est constitué de quatre prismes rectangles isocèles séparateurs 3, 4, 5, 6 juxtaposés par leurs petites faces. Les plans dia- gonaux du bloc parallélipipédique constitués par les faces des prismes 3, 4, 5,6 constituent quatre dioptres plans 7, 8, 9, 10.
Les six prismes sont maintenus assemblés' par collage, par exemple, au Baume du Canada. (Le montage peut être simplifié en faisant d'un seul bloc le prisme 1 avec le prisme 4, et de même pour les prismes 2 et 6, ce qui ne change rien aux propriétés) .
Chacun des dioptres plans 7, 8, 9, 10 présente une série de bandes réfléchissantes alternant avec des bandes transparentes.
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Suivant le mode de réalisation schématisé par les figures 3 et 4, ces bandes sont tracées sous un angle tel qu'on les voit inclinées de 45 dans un sens pour les dioptres 8 et 9, et en sens opposé pour les dioptres 7 et 10,
Ces bandes, dont la largeur est variable, comme précisé.ci- après, ont avantageusement une largeur moyenne de 1 à 2 mm.
Les dioptres 7, 8, 9, 10 réfléchissent donc une fraction de la lumière qu'ils reçoivent et en transmettent la fraction complémentaire (en faisant abstraction de la perte)Par exemple, un faisceau lumineux quelconque, tel que le faisceau 11 (figure 1) est divisé en quatre faisceaux:
1 ) Le faisceau 12 constitué par la lumière transmise directe- ment par les dioptres 7 et 8.
2 ) Le faisceau 13 constitué par la lumière transmise par le dioptre 7 et-réfléchie par le dioptre 8.
3 ) Le faisceau 14 constitué par la lumière, réfléchie par le dioptre 7 et transmise par le dioptre 10.
4 ) Le faisceau 15 constitué par la lumière réfléchie successi- vement par les dioptres 7 et 10, ce dernier faisceau constituant un faisceau de lumière parasite inutilisable.
Si les bandes alternativement réfléchissantes et transparentes étaient de largeur égale pour les quatre dioptres 7, 8, 9, 10 les quatre faisceaux élémentaires représenteraient chacun une quantité de lumière éga- le au quart de la lumière incidente 11 utilisable.
On peut, suivant l'invention, choisir à volonté le rapport de la largeur des bandes réfléchissantes à la largeur des bandes transparentes, de manière que le rapport de la lumière transmise à la lumière réfléchie pour chacun des dioptres ait la valeur désirée, cette valeur pouvant être identique ou différente pour les quatre dioptres 7, 8, 9, 10.
Si l'on désigne par m le rapport de la largeur des bandes ré- fléchissantes d'un dioptre à la somme des largeurs des bandes réfléchissan- tes et des bandes transparentes de ce même dioptre, et si par exemple, ;L'on donne à m les valeurs respectives 0, 3, 0, 6, 0, 5 et 0, 4 pour les diop- tres 7,8, 9,10 on calcule aisément (étant donné que pour un faisceau in- cident égal à 1 d'intensité, il se réfléchit m et il passe directement 1-m) que les intensités des faisceaux émergents sont :
0, 29 pour le faisceau 12
0, 35 pour le faisceau 13
0, 24 pour le faisceau 14
0, 12 pour le faisceau 15
On ne perdrait ainsi que 12 % de lumière parasite représentée par la partie utilisable du faisceau 15.
Dans les applications où des filtres colorés sont disposés sur les faisceaux émergents, on utiliserait le faisceau 13 qui représente le pourcentage le plus élevé pour le filtre le moins transparent.
On préfère utiliser des bandes réfléchies à 45 (figures 3 et 4) plutôt que des bandes horizontales ou verticales qui, pour certaines marches lumineuses, provoqueraient l'apparition de phénomènes périodiques.
Les figures 5 et 6 représentent les deux marches possibles des faisceaux lumineux obliques et la formation d'un point image par un objectif associé au dispositif à prismes.
Dans les deux figures, le faisceau incident a une direction 16 et donne le même point image 17 à travers l'objectif le plus éloigné opti- quement 18.
Dans la figure 5, le faisceau traverse le dioptre 7 et se ré- fléchit sur le dioptre 8, alors que dans la figure 6, le faisceau se réflé-
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chit sur le dioptre 10 et traverse le dioptre 7.
La figure 8 représente le développement du système prismati- que correspondant à l'un des objectifs 18 les plus éloignés, c'est-à-dire le parallélipipède d'air équivalent, en longueur ou en largeur, à la mar- che optique dans le système de prismes.
On voit clairement que, pour un point image 17 situé à l'ex- trémité du champ et formé par l'objectif 18, seule la fraction 19 est u- tilisée-. La fraction 20 qui est perdue, est inévitable, mais elle est no- tablement inférieure à celle qui est perdue dans les dispositifs connus, tels que représentés par la figure 7, auxquels correspond le développe- ment de la figure 9.
Cette perte de lumière est d'autant plus faible que le pa- rallélipipède équivalent (figure 8) est plus court. Il est donc avanta- geux de constituer les prismes par un verre d'indice de réfraction élevé.
Par exemple, si l'on utilise un verre d'indice N- 1,72, la longueur du prisme équivalent (figure 8) n'est plus que de 1,16 fois sa hauteur, ce qui permet de transmettre une grosse quantité de lumière, donnant ainsi une clarté satisfaisante aux limites de l'image.
Bien entendu, on peut envisager de nombreuses variantes du dispositif optique qui vient d'être décrit.
C'est ainsi que les dioptres 7, 8, 9, 10 à bandes alternées pourraient être remplacées par des dioptres semi-réfléchissantes dont le rapport de réflexion est choisi convenablement. Ce mode de réalisation est toutefois de réalisation plus difficile.
De même, les prismes 1 et 2 pourraient être remplacés, par exemple,, par des miroirs occupant l'emplacement des faces hypoténuses de ces prismes.
Le dispositif optique conforme à l'invention est susceptible de nombreuses applications.
Etant donné qu'un tel dispositif travaille sur l'infini, il est nécessaire, pour obtenir plusieurs images identiques, de lui adjoin- dre :
1 Dans le cas où la distance focale des objectifs convient, un système optique antérieur dont le foyer est sur le sujet principal, ce système peut être à distance, variable ou fixe.
2 Dans le cas où la distance focale des objectifs ne convient pas, un système antérieur du type jumelle de Galilée comprenant un ensem- ble convergent et un ensemble divergent disposés et calculés pour multiplier ou diviser dans un rapport donné la distance focale de l'ensemble.
On peut tout aussi bien utiliser tout système afocal à gros- sissement variable de manière continue ou discontinue.
Ces systèmes optiques additionnels sont bien connus et n'exi- gent pas une description plus détaillée.
Le dispositif optique conforme à l'invention exige d'être réa- lisé de manière très précise et d'être maintenu en place après un réglage parfait, ce réglage ayant pour but de mettre rigoureusement dans un même plan les dioptres 7 et 9, et dans un autre plan, les dioptres 8 et 10.
(figure 1).
On peut s'assurer de la perfection de ce réglage en vérifiant qu'aucune des trois images n'est dédoublée.
Les trois objectifs doivent aussi être montés de manière pré- cise pour éloigner les trois images d'un point objet à l'infini et réaliser, entre les trois points images correspondants, l'intervalle rigoureux égal à la période des vues successives sur le film, dans le cas d'une prise de vue sur un produit photosensible.
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La figure 10 représente un mode de réalisation d'un appareil de prise de vue conforme à l'invention pour la sélection trichrome à tra- vers les filtres colorés.
Le boitier principal 21 contient les bobines de-film réceptri- ce et débitrice, 22, le film 23 étant déplacé, à chaque exposition, d'une longueur égale à trois images. Dans un boitier auxiliaire 24, un dispositif séparateur 25 conforme à l'invention est maintenu par une bride de serrage 26. Les prismes supérieur et inférieur dépassent légèrement les prismes du centre vers la droite, de manière à éviter les reflets rasants sur les fa- ces verticales des prismes extrêmes.
Trois objectifs identiques 27 sont disposés derrière le bloc 25 et sont juxtaposés aussi étroitement que possible et coupés rectangulai- rement de manière à recevoir en largeur ,la' quantité maximum de lumière. Des cloisons anti-réfléchissantes 28 sont disposées entre les objectifs 27 et le film 23 pour empêcher qu'un objectif impressionne une fraction du film autre que celle qui doit lui correspondre.
Un diaphragme 29 et un obturateur 30 sont disposés devant le bloc 27.
Enfin, un système optique afocal 31, maintenu dans des glis- sières 32, comporte un élément divergent 33 fixe et un élément convergent 34 mobile dont le déplacement assure la mise au point.
Un niveau 35 permet de niveler très exactement l'appareil de manière qu'une ligne verticale éloignée donne trois images verticales dans le prolongement l'une-de l'autre.
Des filtres colorés 36, 37, 38, sont disposés devant chacun des objectifs 27.
Il faut remarquer qu'un appareil tout à fait analogue peut ê- tre utilisé pour la projection, à la seule condition que le déroulement se fasse par trois images à la fois et que les images soient éclairées de la droite par un condensateur convenable.
Le fonctionnement étant identique pour la projection et la prise de vue, tout ce qui a été dit pour la prise de vue s'applique inté- gralement à la projection.
Bien entendu, un film pris avec un dispositif conforme à l'invention peut aussi être projeté par de nombreux autres procédés connus.
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1.- Dispositif optique diviseur de faisceau, caractérisé par quatre prismes (3, 4, 5, 6) rectangles isocèles juxtaposés pour former un bloc parallélipipédique droit à base carrée, et deux surfaces réfléchis- santes (1,2) inclinées chacuneà 45 o sur l'une des faces du bloc paral- lélipipédique perpendiculaires,à la face d'entrée de ce bloc, les quatre di- optres (7, 8, 9,,10) formés par les faces juxtaposées deux à deux des pris- mes constituant le bloc parallélipipédique étant constitués de manière à transmettre une fraction déterminée de la lumière incidente, ce qui réalise un dispositif facilement réglable,
à l'intérieur duquel la longueur opti- que des faisceaux élémentaires est petite, et qui permet de régler à volon- té l'intensité de chacun des faisceaux lumineux élémentaires.
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BEAM DIVIDER OPTICAL DEVICE AND ITS APPLICATIONS.
Optical devices are known consisting of a set of prisms which divide an incident light beam into several elementary beams.
These devices have a number of drawbacks.
First, the optical length of the beams within these devices is relatively large, which does not allow as much clarity to be achieved as is desirable.
In addition, they do not allow rigorous adjustment of the amount of light reaching each image and each point of each image.
Finally, they hardly allow a rigorous adjustment of the position of the images.
With respect to these known devices, the invention relates to an optical beam-splitter device, characterized by four isosceles rectangular prisms juxtaposed to form a straight parallelepiped block with a square base and two reflecting surfaces each inclined at 45 on the one of the faces of the parallelepiped block perpendicular to the entry face of this block, the four plane diopters formed by the juxtaposed faces two by two of the prisms, constituting the parallelepiped block, being formed so as to transmit a determined fraction of the incident light, which produces an easily adjustable device, within which the optical length of the elementary beams is small, which makes it possible to adjust at will the intensity of each of the elementary light beams. mental.
According to one embodiment, the plane diopters formed by the two juxtaposed faces of the prisms constituting the parallelepipedal block comprise alternately reflecting and transparent parallel bands, which produces a device making it possible to obtain, for each of the elementary beams, the desired intensity by an appropriate choice
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the value of the ratio of the width of the transparent bands to the width of the reflective bands.
According to another embodiment, the plane diopters formed by the juxtaposed faces of the prisms constituting the parallelepiped block are semi-reflecting, which produces a device which makes it possible to obtain, for each of the elementary beams, the desired intensity by a choice appropriate to the value of the ratio of reflected light to transmitted light.
The invention also relates to an optical system for obtaining three identical images, characterized in that it comprises a prism device conforming to the preceding paragraphs, which produces a system giving identical luminous images of identical average luminosity. or different.
The invention also relates to an optical system for obtaining images selected for color photography, characterized in that it comprises an optical system in accordance with the preceding paragraphs. And selection filters each interposed on it. one of the emerging elementary beams, which makes it possible to obtain selection images of appropriate brightness.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments chosen only by way of example.
In the accompanying drawing, where the same elements are designated by the same references in all the figures: - Figure 1 is a plan view of an optical device according to one embodiment of the invention.
- Figure 2 is a corresponding front view - Figures 3 and 4 show schematically the arrangement of the alternately reflective and transparent bands. @ - Figures 5 and 6 represent the path of two light beams for the most distant objective.
- Figure 7 shows the corresponding arrangement in previously known devices.
FIG. 8 is a diagram of the development in air of the optical path of FIGS. 5 and 6.
FIG. 9 schematically shows the same development for the known device of FIG. 7.
FIG. 10 represents an embodiment of a selection apparatus according to the invention.
According to the embodiment shown in FIG. 1, the optical device according to the invention comprises two reflective isosceles rectangular prisms 1, 2. One of the small faces of each of the prisms 1, 2 is applied against one of the two. parallel faces of a paralelipipedic block.
This block consists of four isosceles rectangular prisms separating 3, 4, 5, 6 juxtaposed by their small faces. The diopters of the parallelepiped block formed by the faces of the prisms 3, 4, 5,6 constitute four plane diopters 7, 8, 9, 10.
The six prisms are held together by gluing, for example, with Canada Balsam. (The assembly can be simplified by making prism 1 in one piece with prism 4, and the same for prisms 2 and 6, which does not change the properties).
Each of the plane diopters 7, 8, 9, 10 has a series of reflecting bands alternating with transparent bands.
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According to the embodiment shown schematically in Figures 3 and 4, these bands are drawn at an angle such that they can be seen inclined 45 in one direction for the diopters 8 and 9, and in the opposite direction for the diopters 7 and 10,
These bands, the width of which is variable, as specified below, advantageously have an average width of 1 to 2 mm.
The diopters 7, 8, 9, 10 therefore reflect a fraction of the light they receive and transmit the complementary fraction (disregarding the loss) For example, any light beam, such as beam 11 (figure 1 ) is divided into four bundles:
1) The beam 12 formed by the light transmitted directly by the diopters 7 and 8.
2) The beam 13 formed by the light transmitted by the diopter 7 and reflected by the diopter 8.
3) The beam 14 consisting of the light reflected by the diopter 7 and transmitted by the diopter 10.
4) The beam 15 formed by the light reflected successively by the diopters 7 and 10, the latter beam constituting an unusable stray light beam.
If the alternately reflecting and transparent bands were of equal width for the four diopters 7, 8, 9, 10, the four elementary beams would each represent a quantity of light equal to a quarter of the incident light 11 which can be used.
According to the invention, the ratio of the width of the reflecting bands to the width of the transparent bands can be chosen at will, so that the ratio of the light transmitted to the light reflected for each of the diopters has the desired value, this value which may be identical or different for the four diopters 7, 8, 9, 10.
If we denote by m the ratio of the width of the reflective bands of a diopter to the sum of the widths of the reflective bands and of the transparent bands of this same diopter, and if for example,; We give at m the respective values 0, 3, 0, 6, 0, 5 and 0, 4 for the diopters 7,8, 9,10 we can easily calculate (given that for an incident beam equal to 1 d ' intensity, it is reflected m and it passes directly 1-m) that the intensities of the emerging beams are:
0.29 for beam 12
0.35 for beam 13
0, 24 for beam 14
0, 12 for beam 15
This would only lose 12% of stray light represented by the usable part of the beam 15.
In applications where colored filters are arranged on the emerging beams, beam 13 would be used, which represents the highest percentage for the less transparent filter.
It is preferred to use bands reflected at 45 (Figures 3 and 4) rather than horizontal or vertical bands which, for certain light steps, would cause the appearance of periodic phenomena.
FIGS. 5 and 6 represent the two possible steps of the oblique light beams and the formation of an image point by an objective associated with the prism device.
In both figures, the incident beam has a direction 16 and gives the same image point 17 through the optically most distant objective 18.
In figure 5, the beam crosses the diopter 7 and reflects on the diopter 8, while in figure 6, the beam is reflected.
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chit on dioptre 10 and cross dioptre 7.
FIG. 8 represents the development of the prismatic system corresponding to one of the most distant objectives 18, that is to say the parallelepiped of air equivalent, in length or in width, to the optical step in the prism system.
It can be clearly seen that, for an image point 17 located at the end of the field and formed by the objective 18, only the fraction 19 is used. The fraction 20 which is lost is inevitable, but it is notably less than that which is lost in known devices, such as shown in figure 7, to which the development of figure 9 corresponds.
This loss of light is all the less as the equivalent parallelepiped (figure 8) is shorter. It is therefore advantageous to form the prisms with a glass with a high refractive index.
For example, if we use a lens of index N- 1.72, the length of the equivalent prism (figure 8) is no more than 1.16 times its height, which allows to transmit a large quantity of light, thus giving satisfactory clarity to the limits of the image.
Of course, many variants of the optical device which has just been described can be envisaged.
Thus the diopters 7, 8, 9, 10 with alternating bands could be replaced by semi-reflecting diopters whose reflection ratio is suitably chosen. This embodiment is however more difficult to achieve.
Likewise, the prisms 1 and 2 could be replaced, for example, by mirrors occupying the location of the hypotenuse faces of these prisms.
The optical device according to the invention is capable of numerous applications.
Since such a device works on infinity, it is necessary, to obtain several identical images, to add:
1 In the event that the focal length of the lenses is suitable, an earlier optical system whose focus is on the main subject, this system can be remote, variable or fixed.
2 In the event that the focal length of the objectives is not suitable, an earlier system of the Galileo twin type comprising a converging assembly and a divergent assembly arranged and calculated to multiply or divide in a given ratio the focal length of the assembly .
It is equally possible to use any afocal system with variable magnification continuously or discontinuously.
These additional optical systems are well known and do not require a more detailed description.
The optical device according to the invention needs to be produced in a very precise manner and to be held in place after perfect adjustment, the aim of this adjustment being to place the diopters 7 and 9 strictly in the same plane, and in another plane, dioptres 8 and 10.
(figure 1).
We can ensure the perfection of this adjustment by checking that none of the three images is duplicated.
The three objectives must also be mounted precisely to move the three images away from an object point to infinity and achieve, between the three corresponding image points, the rigorous interval equal to the period of the successive views on the film. , in the case of shooting on a photosensitive product.
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FIG. 10 represents an embodiment of a camera in accordance with the invention for the three-color selection through the color filters.
The main housing 21 contains the receiving and inducing film reels 22, the film 23 being moved, at each exposure, by a length equal to three frames. In an auxiliary box 24, a separator device 25 according to the invention is held by a clamp 26. The upper and lower prisms slightly exceed the prisms from the center to the right, so as to avoid grazing reflections on the facings. these verticals of extreme prisms.
Three identical objectives 27 are arranged behind block 25 and are juxtaposed as closely as possible and cut rectangularly so as to receive in width the maximum amount of light. Anti-reflective partitions 28 are arranged between the objectives 27 and the film 23 to prevent an objective from impressing a fraction of the film other than that which should correspond to it.
A diaphragm 29 and a shutter 30 are arranged in front of the block 27.
Finally, an afocal optical system 31, held in slides 32, comprises a fixed diverging element 33 and a movable converging element 34, the movement of which ensures focusing.
A level 35 makes it possible to level the apparatus very exactly so that a distant vertical line gives three vertical images in the continuation of one another.
Colored filters 36, 37, 38 are arranged in front of each of the objectives 27.
It should be noted that a completely similar apparatus can be used for projection, on the sole condition that the unfolding is done by three images at the same time and that the images are illuminated from the right by a suitable condenser.
As the operation is identical for projection and shooting, everything that has been said for shooting applies fully to projection.
Of course, a film taken with a device according to the invention can also be projected by many other known methods.
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1.- Optical beam splitter device, characterized by four prisms (3, 4, 5, 6) isosceles rectangles juxtaposed to form a right parallelepiped block with a square base, and two reflecting surfaces (1,2) each inclined at 45 o on one of the faces of the paralelipipedic block perpendicular, to the entry face of this block, the four diopters (7, 8, 9,, 10) formed by the juxtaposed faces two by two of the prisms constituting the parallelepiped block being formed so as to transmit a determined fraction of the incident light, which produces an easily adjustable device,
inside which the optical length of the elementary beams is small, and which allows the intensity of each of the elementary light beams to be adjusted at will.