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L'invention a pour objet une caméra panoramique, dont le champ visuel dans une direction est considérablement plus grand que le champ visuel dans la direction perpendiculaire à la pre- mière.
Pour la prise par voie photographique d'images dont .une dimension est considérablement plus grande que l'autre (panoramas), plusieurs méthodes sont imaginables et appliquées dans la pratique.
Selon l'une de ces méthodes on'se sert d'un objectif photographique, qu'un mécanisme moteur fait passer, pendant la prise de vues, le long d'un ruban pelliculaire fixe.
L'autre méthode consiste en principe en ce que, au moyen de plusieurs caméras séparées, disposées l'une à coté de l'autre, des vues sont prises simultanément, qui, juxtaposées, forment
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l'image panoramique.
Ces deux méthodes, de même que d'autres procédés connus, présentent e.a. l'inconvénient que l'appareillage est coûteux et d'un maniement difficile.
Le but de l'invention est de contraire une caméra du genre indiqué, pouvant embrasser un champ visuel en une seule direction jusqu'à 360 , et au moyen de laquelle on peut prendre la vue avec un système optique unique et fixe, en une seule exposition, en faisant usage de films normaux, perforés ou non.
La caméra panoramique selon l'invention est équipée à cet effet avec un système optique affectant principalement la forme d'un segment sphérique, système composé d'une partie d'un anneau de segment, respectivement de portions de plusieurs anneaux de segments concentriques faits d'une matière translucide, et d'un corps, également translucide, remplissant l'espace à l'intérieur de l'anneau de segment intérieur ou des portions d'anneaux, et dans lequel le porte-film repose avec sa plus petite dimension et perpen-' diculairement sur les faces terminales du segment sphérique.
Le système optique employé a une surface d'image qui, de même que toutes les surfaces concentriques du système , présente une courbure sphérique, le centre du système optique étant en même temps le centre de la surface d'image. Comme la dimension de 1' image panoramique dans le sens perpendiculaire aux surfaces terminales du segment sphérique, est considérablement plus petite que celle dans le plan du segment sphérique, la surface d'image peut affecter avec une approximation assez exacte la forme cylindrique.
Le porte-film reçoit ainsi la forme simple d'un manchon à courbure cylindrique, fait d'une matière translucide, contre lequel le film peut être appliqué. Toutefois si l'on a de très fortes exigences quant au pouvoir dissolvant du système optique, l'approximation susdite.n'est plus possible et l'on doit faire usage d'un porte-film à courbure sphérique, sur lequel le film est tendu. Ceci n'est pas, dans la pratique, un grand inconvénient, parce que les écarts
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de la forme cylindrique sont en tous cas très petits.
Mais, selon l'invention, il est à recommander de tra.nsformer par voie optique la surface d'image en une surface purement cylindrique, en plaçant, concentriquement avec le système optique, entre le système optique et le porte-film, un corps translucide à courbure cylindrique, dont la surface tournée vers le système optique et (ou) la surface tournée vers le porte-film est (sont) concave(s)-torique(s).
Le rôle de ce corps, qui ci-après sera désigné, pour être bref, par le terme "lentille aplanétique", est donc d'allonger le trajet optique des rayons lumineux devant former les portions du bord de l'image (calculé par rapport à la plus courte dimension de l'image) dans une telle mesure par rapport aux rayons appartenant à la portion milieu de l'image, que tous les points de l'image viennent à se trouver à une même distance de l'axe du segment sphérique.
Selon l'invention il est rationnel de ne donner la forme torique qu'à la surface intérieure de la lentille aplanétique, et la forme cylindrique à la surface extérieure, ce qui fait que celle-ci peut servir de porte-film. En effet, alors la lentille aplanétique se trouve à la plus courte distance possible de la surface d'image, ce qui fait que d'éventuelles aberrations de cette lentille ont peu d'influence sur la qualité de l'image et que la surface inté-rieure torique de la lentille ne doit pas être travaillée avec une grande exactitude. La lentille aplanétique peut être taillée et polie p. ex. au tour.
Dans une caméra selon l'invention, dont le champ visuel dans le sens de la plus grande dimension estplus petit qu'environ 120 , on peut faire usage, dans certains cas, d'un diaphragme central. Alors le système optique est divisé en deux parties par un plan passant par le centre et perpendiculaire sur l'axe optique de la caméra, et dans le plan de séparation est monté un disque avec ouverture centrale qui limite l'ouverture du système optique comme le fait un diaphragme normal. Mais ici se produit le phénomène
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redouté dans l'emploi de tous les objectifs à grand angle connus, que l'intensité lumineuse dans la surface d'image diminue fort auprès des bords.
Aussi, selon l'invention, suit-on de préférence une toute autre voie pour réduire l'ouverture du système optique à la valeur voulue, cette ouverture ayant alors, à de faibles fluctuations près, la même valeur pour tous les points de la surface d'image. On verra que le diaphragme selon l'invention présente une solution simple et élégante du problème du diaphragme pour un champ visuel de 1200 à 180 dans le sens de la plus grande dimension, pour lequel un diaphragme central est pratiquement inutilisable, en raison de la trop forte diminution de l'intensité lumineuse auprès des bords, et de même pour un champ visuel de plus de 1800, pour lequel un diaphragme central est naturellement exclu par principe.
Selon l'invention le diaphragme est alors monté du côté de l'entrée, en dehors du segment sphérique extérieur, et il consiste en un certain nombre de lamelles planes, opaques, réparties régulièrement sur le côté de l'entrée, lesquelles sont disposées à peu prés radialement par rapport au système optique et se trouvent à peu près perpendiculairement sur le plan du segment sphérique.
L'accès des faisceaux lumineux pénétrant dans le système optique est limité par ces lamelles dans ie sens de la largeur, puisqu'une partie des rayons lumineux de ces faisceaux, dont l'incidence n'est pas radiale, est retenue par les lamelles. Chaque lamelle donne donc pour chaque direction de la lumière incidente une ombre, et les ombres de lamelles voisines se recoupent, pour une direction qui s'écarte de la. direction radiale plus que d'un angle déterminé.
Il est clair que l'ouverture effective du système est déterminée par la longueur des lamelles (c'est-à-dire par leur dimension radiale) et par leurs distances entre elles. Cette ouverture doit être à peu près égale pour tous les points de la surface d'image, de manière à obtenir une exposition uniforme de la surface d'image.
L'ohturateur de la caméra selon l'invention peut consista
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par exemple en un obturateur à fente vertical ou horizontal, avec courbure cylindrique, lequel est monté du côté de la sortie ou de l'entrée du système optique. Dans certains cas on pourra, au lieu de cela, se servir avantageusement d'un anneau opaque ou d'une portion d'un anneau disposée concentriquement avec le système optique dans le trajet des faisceaux lumineux, et qui peut être mû de haut en bas par un mécanisme de commande.
Suivant un autre mode d'exécution favorable de la caméra selon l'invention, on monte un obturateur, formé par un certain nombre de plaques, qui sont disposées à des intervalles réguliers décote de l'entrée du système optique, et qui toutes peuvent tourner autour d'axes se trouvant à peu près perpendiculairement sur le plan du segment sphérique, et formé aussi par les éléments au moyen desquels les plaques de l'obturateur, pour quitter l'état de repos où elles ferment hermétiquement le plan d'entrée du système optique, peuvent être rabattues, pour la prise de vues, dans la position radiale.
Le mécanisme de commande peut par exemple consister en une roue ou couronne dentée centrale d'un grand diamètre dans le- quel s'engrènent de petites roues dentées montées sur les axes de toutes les plaques de l'obturateur. Si l'on fait tourner la roue dentée centrale d'un petit angle exactement déterminé, toutes les plaques de l'obturateur font un tour de 90 et permettent ainsi l'exposition à la lumière du système optique. Ensuite on peut rabattre les plaques de l'obturateur, ou les faire tourner plus loin dans le même sens, de sorte que le plan d'entrée est de nou- veau fermé. Dans la dernière méthode les plaques de l'obturateur ne sont retournées qu'à l'exposition suivante par un angle de plus de 180 jusqu'à la position initiale.
Le fait que les flaques de l'obturateur et les lamelles du diaphragme décrites ci-dessus peu- vent affecter une forme correspondante, et que les lamelles du diaphragme ne jouent naturellement un rôle que quand la lentille est ouverte, rend possible dans certains cas, selon l'invention, de
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réunir les deux fonctions dans un seul et même jeu de plaques ou lamelles.
Une autre solution du problème d'obturateur, favorable surtout en cas où l'exposition est de courte durée, peut être; réalisée en recourant à l'effet dit de Kerr. Celui-ci consiste en ce que certains liquides organiques deviennent biréfringents sous l'influence d'un champ électrique et peuvent transformer en un faisceau lumineux elliptiquement polarisé un faisceau linéai- rement polarisé dont l'incidence sur la direction du champ est environ perpendiculaire.
Si l'on.dispose devant le liquide un polariseur (cristal ou filtre de polarisation), dont la direction de polarisation est tournée à 45 par rapport au c@amp électrique , et que l'on place derrière le liquide un analyseur, dont la direction de polarisation croise perpendiculairement celle du polariseur, l'analyseur, après l'établissement du champ électrique laisse passer un rayon lumineux incident avec une énergie Il : :? I2=I1./2 sin2 ( .B.1.F2)
Dans cette expression F est la force du champ, 1 la longueur de l'élément de Kerr et B une grandeur spécifique pour le liquide, nommée constante-Kerr.
A mesure que la tension augmente il passe donc de plus en plus.de lumière, jusqu'à ce que l'on obtienne (abstraction faite des pertes normales) la transmission complète de la lumière linéairement polarisée (ce qu'on appelle la "tension claire"). Si l'on continue à augmenter la force du champ, l'intensité décroît de nouveau (voir par exemple "Photographie et Cinématographie ultra-rapides, Dunod, Paris, 1956, p.83 sqq). En produisant une impulsion de tension électrique et en l'amenant aux électrodes d'un élément de Kerr disposé devant un objectif de caméra entre des polariseurs, on est parvenu, comme on le sait, à réaliser des durées d'exposition très courtes.
Ici la ' mise en action de l'obturateur peut être placée sous la conduite du phénomène lumineux même, qui est à photographier, ceci en faisant
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heurter le dispositif d'impulsion par un élément photoélectrique.
Un obturateur-Kerr pour une caméra selon l'invention consiste en un élément de Kerr disposé concentriquement avec le système optique et formant un élément de ce système, un filtre de polarisation (polariseur) de courbure cylindrique ou sphérique monté devant le plan d'entrée de l'élément dans le trajet des rayons lumineux, et en un'filtre de polarisation (analyseur) égale- ment de courbure cylindrique ou sphérique placé derrière. le plan de sortie de 1'élément de Kerr. Ici tant le polariseur que l'ana- lyseur sont coaxiaux avec le porte-film. cylindrique ou bien concen- triques avec le système optique, tandis que leurs directions de polarisation se croisent perpendiculairement en des points situés dans le même plan radial et forment avec ce plan radial un angle d'environ 45 .
Un obturateur ainsi construit fonctionne d'une manière absolument instantanée pour toutes les directions du grand champ de vision et ne dérange à aucun égard la concentricité du système optique.
Un obturateur-Kerr selon l'invention peut être construit de plusieurs manières, dont quelques exemples seront encore donnés ci-après.
Si l'on veut obtenir un champ visuel de plus de 180 , ceci est possible, selon l'invention, si les zones sur la surface extérieure du segment sphérique, où les rayons entrent dans le système optique ou en sortent, vues dans le sens perpendiculaire aux surfaces terminales du segment sphérique, sont situées l'une au-dessus de l'autre et se recoupent en direction tangentielle.
On forme ainsi en quelque sorte des "étages" autour du segment sphérique, notamment un ou deux étages d'entrée, où sont disposés éventuellement le diaphragme et l'obturateur et où les rayons lumineux tombent dans le système, et l'étage de sortie qui est disposé soit au-dessous ou au-dessus de l'étage d'entrée, soit entre deux étages d'entrée, où les rayons sortent du système environ diamétralement vis-à-vis de leur point d'incidence et où est monté
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le porte-film. Dans le cas extrême d'une caméra panoramique pour un champ visuel de 360 , les deux "étages" s'étendent sur tout le pourtour du segment sphérique. Les faisceaux lumineux provenant de points diamétralement opposés l'un à l'autre se coupent quelque part dans le système optique, tandis qu'ils y passent en direction à peu près opposée.
Il est en général souhaitable que les surfaces supérieure et inférieure du système optique dans la caméra selon l'invention soient dépolies et enduites de laque noire mate, afin d'empêcher autant que possible .la réflexion de rayons lumineux sur ces surfaces.
Ceci concerne en particulier une caméra du type dont il vient d'être question avec un champ visuel de plus de 180 . Ici le désir d'obtenir un champ visuel aussi grand que possible dans la deuxième direction, joint aux exigences que pose la fabrication de l'objectif, peuvent être cause que les faisceaux lumineux utiles effleurent de très près et sous un faible angle les surfaces terminales du segment sphérique. Alors la réflexion de ces rayons lumineux peut exercer une influence défavorable sur la brillance de l'image obtenue.
Selon l'invention il peut, en ces circonstances, être recommandable de donner auxdites surfaces terminales une forme concave et d'y appliquer des plaques correspondantes en matériau translucide dont l'indice de réfraction ne diffère que de peu des matériaux dont est fait le segment sphérique. A ces surfaces il ne se produit alors plus guère de réflexion, ce qui est au profit de la qualité de l'image.
Nous faisons observer que des systèmes optiques concentriques du genre en question ici sont connus comme tels. Ainsi Sutton a décrit déjà en 1859, dans la demande de brevet britannique 2193/1859, un système optique consistant en anneaux concentriques de segments sphériques et dans lequel était introduit un liquide.
De date plus récente est un système, également concentrique, reproduit dans le Manual of Photogramnetry de l'Américain Society of Photogrammetry, 2e édition, fig.12B. Le système optique de cette caméra à grand angle revêt la forme d'une
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sphère faite d'anneaux de segments sphériques concentriques et de deux noyaux hémisphériques, et donne une surface d'image à courbure sphérique concentrique. Comme porte-émulsion servent ici des corps en verre soigneusement taillés en forme d'écuelle sur lesquels est versée l'émulsion sensible à la lumière. Le diaphragme est disposé au centre. La fabrication des porte-émulsions sphériques est difficile et la manipulation à la prise de vues en est compliquée et délicate.
Un autre inconvénient est qu'on ne peut y monter un obturateur convenable. C'est pour ces raisons que le système n'est pas entré en vogue. Du reste, il est clair que ce système connu est en principe limité à un champ visuel de moins de 180 .
D'autres détails et caractéristiques de l'invention sont signalés dans la description ci-après, où des explications sont données sur la caméra selon l'invention, accompagnées de dessins. Les figures donnent schématiquement quelques exemples, d'exécution de la caméra.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une caméra panoramique selon l'invention avec un angle d'image dans une seule direction d'environ 130 ; la fig. 2 est une coupe de cette caméra suivant le plan II-II de la fig. 1; la fig, 3 est une coupe axiale suivant le plan du plus petit angle de champ visuel d'une forme, appliquée par préférence, d'objectif panoramique selon l'invention; la fig. 4 est la coupe s'y rapportant suivant le plan du plus grand angle de champ visuel; la fig. 5 est une coupe d'une caméra dite caméra-horizon avec un angle d'image en direction horizontale de 360 ; la fig. 6 est une coupe de la caméra de la fig. 5 suivant le plan VI-VI; la fig. 7 est une coupe d'une forme modifiée de la caméra-horizon; la fig. 8 est une coupe de la caméra de la fig. 7 suivant
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le plan VIII-VIII.
Fig. 9, également une caméra-horizon, mais équipée d'un obturateur-Kerr selon l'invention, lequel est disposé centralement dans le système optique.
Fig. 10, une caméra de la même espèce que dans la fig.9, où l'élément de Kerr est exécuté comme une cuvette circulaire et forme la partie extérieure du système optique.
Fig. 11, une caméra de la même espèce que dans les fig.
9 et 10, où l'élément de Kerr forme un des anneaux de segment sphérique du système optique.
Dans les fig. 1 et 2 on a monté dans le bottier principalement en forme de disque de la caméra un objectif panoramique, consistant en la sphère 2, aplatie au haut et au bas, laquelle est entourée des portions 3 et 4 d'un anneau de segment sphérique concentrique à la sphère. Quoique dans le modèle il ait été fait usage de la possibilité de diminuer graduellement dans la direction du trajet des rayons la hauteur des corps en verre qui constituent le système optique, on voit que celui-ci a principalement la forme, caractéristique pour l'invention, d'un segment sphérique. La lentille projette d'un objet, qui dans le dessin est censé se trouver dans l'infinie une image sur le film 6, qui se déroule d'une bobine de réserve 11 et est tendu contre un porte-film 5 translucide et à courbure cylindrique. Le film s'enroule sur une bobine 12.
Le portefilm a, du côté tourné vers le système optique, une surface torique, et, du côté tourné vers le film, une surface purement cylindrique. L'épaisseur du porte-film et le rayon de courbure de la surface intérieure torique sont choisis de manière que la surface d'image du système optique, laquelle est normalement sphérique, soit changée en manteau de cylindre. Il est clair qu'il n'est pas nécessaire d'employer la lentille aplanétique 5 en même temps comme porte-film. On peut se servir à cet effet aussi d'un manchon translucide avec des surfaces cylindriques normales; alors on place la lentille aplanétique 5 à quelque distance devant ce manchon.
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Le dispositif représenté mérite toutefois la préférence, parce que la faible distance entre la surface torique et la surface d'image réduit au minimum les défauts de l'image causés par la lentille aplanétique.
Devant le porte-film 5 est disposé un obturateur, consistant en un ruban, entraîné en va-et-vient entre les bobines 13, 14 et muni d'une fente verticale 7'. Le ruban est guidé dans son passage le long du film par des moyens représentés schématiquement dans la fig. 1 par les rails de guidage 8, 9.
Du c8té de l'entrée de l'objectif sont montées plusieurs petites plaques ou lamelles 10, à direction radiale, qui sont réparties régulièrement sur l'angle d'entrée utile et dont le rôle est de limiter à la largeur voulue les faisceaux lumineux entrants.
Cette largeur est naturellement déterminée par l'intensité lumineuse souhaitée de l'objectif et le degré de correction que l'on veut obtenir. Pour expliquer l'action diaphragmante de .lamelles, on a représenté dans la fig. 2 les faisceaux lumineux admis dans le système optique de deux directions différentes. Une de ces directions, A, est choisie de telle manière qu'elle partage en deux moitiés l'angle entre deux lamelles voisines: l'autre direction, B, coïncide avec celle d'une des lamelles. Il est aisé de voir que, par suite de l'effet d'ombre des lamelles de la direction A, seuls les faisceaux 15, 15' et 15" sont admis, et, de la direction B, les faisceaux 16, 16' et 16".
Il est clair aussi que non seulement l'ouverture du système, c'est-à-dire la distance entre les rayons extrêmes venant d'une direction déterminée et que le diaphragme laisse passer, mais encore la largeur totale des faisceaux, c'est-à-dire la largeur de tous les faisceaux lumineux admis pris ensemble, dépendent du nombre et de la largeur des lamelles. Les deux grandeurs en question varient entre deux valeurs, en dépendance de la direction d'incidence considérée, et ici la largeur totale des faisceaux est maximale pour les direc-
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tions parallèles à une des'lamelles et constitue un minimum pour les directions au milieu de l'intervalle entre deux lamelles (voir respectivement les directions B et A dans la fig. 2).
Le nombre et la longueur des lamelles sont maintenant choisis de telle manière que, pour aucune direction, l'ouverture ne soit plus grande qu'on ne peut tolérer en vue de la netteté souhaitée de l'image, et que la largeur totale du faisceau présente des écarts aussi petits' que possible de la valeur moyenne. Ces écarts peuvent être réduits à l'ordre de grandeur de 5% et sont donc pratiquement de peu d'importance.
La caméra suivant les fig. 1 et 2, peut rendre d'excellents services dans la photographie aérienne à des fins de photogrammétrie et de reconnaissance. Si l'on suspend la caméra dans ou contre l'avion, de manière que le plan du segment sphérique soit perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion, et si l'on dirige la caméra vers la surface terrestre, il est possible de photographier en une seule prise une très large zone en travers du sens du vol.
En faisant voler l'avion en vitesse constante et en ligne droite et en.prenant des vues à intervalles fixes, on peut ainsi, en très peu de temps, obtenir l'image d'une région étendue sur une série de rubans de film qui se recoupent dans le sens du vol.
Les figures 3 et 4 représentent un mode d'exécution de l'objectif panoramique selon l'invention, dont la réalisation est particulièrement facile. Il consiste en 5 parties assemblées au moyen de lut. La forme fondamentale est encore celle d'un segment sphérique, formé des portions d'anneaux de segments sphériques 20 et 21, dans les surfaces concaves desquels sont appliqués les segments sphériques 18 et 19. L'espace en résultant entre les portions de sphère ayant approximativement la forme de segments est en partie rempli par la plaque plan-parallèle 17. Toutes les parties sont d'une fabrication relativement facile et leur centrage ne présente pas de difficultés spéciales.
Les figures 5 et 6 donnent une représentation schémeti-
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que de la caméra selon l'invention, appropriée pour un angle d'image dans une direction de 360 , tandis que l'angle d'image en direction perpendiculaire est par exemple de 5 . Avec une caméra de ce genre on peut donc embrasser l'horizon entier en une seule prise de vue. L'objectif de la caméra a encore une fois principalement la forme d'un segment sphérique et se compose de deux parties assemblées: le segment sphérique 23 et, disposé tout autour l'anneau '24, qui est une portion d'un anneau de segment sphérique.
Ce système optique est logé dans un bottier 22 affectant princi- palement la forme d'une botte cylindrique plate, dont l'espace est divisé en deux Il'étages'' par un anneau 29, qui, en se rapprochant du centre, prend une forme plus ou moins conique et s'adapte au pourtour du segment sphérique. Sous l'anneau 29 se trouve l'espace par lequel se meuvent les rayons sortis de l'objectif vers le film 25 disposé sur le pourtour suivant une surface cylindrique. Les rayons lumineux entrent au haut de l'anneau 29, où se trouvent l'obturateur 26 et le diaphragme 27, et, par le système optique 23, 24, de la manière indiquée.dans le dessin, ils sont réfractés et convergés vers le bas au point en question de la surface d'image, située dans l'étage inférieur du bottier.
Les faisceaux lumineux correspondants venus de points diamétralement opposés de l'horizon entrent dans le même plan méridional et se coupent donc quelque part dans l'objectif. La surface extérieure du segment sphérique est divisée par l'anneau 29 en deux zones circulaires situées l'une au-dessus de l'autre, dans la zone supérieure de laquelle la lumière entre, et de la zone inférieure de laquelle la lumière venant de la direction diamétralement opposée, sort.
Grâce à cet artifice il est possible de réaliser tous les angles d'image entre 1800 et 360 ; et il y a lieu de faire observer ici que, pour les angles d'image intermédiaires, il n'est pas besoin que les deux zones fassent entièrement le tour du segment sphérique, mais qu'il suffit qu'elles se recoupent en direction tangentielle sur un angle déterminé.
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Ici le diaphragme consiste en partie en lamelles 27 disposées radialement, dont le fonctionnement a déjà été expliqué à propos des figures 1 et 2. dans le mode d'exéeution. du croquis fomctionnent également comme telles les plaques 26 de, l'obturateur -monté derrière le diaphragme. Ces. plaques 26 peuvent tommes autour 'de petits axes 30, et peuvent être mues ensemble, ce qui n'est pas indiqué dans le dessin, par le mécanisme de détente de la caméra.
A cet effet tous les axes 30 pourraient être par exemple munies d'une petite roue dentée, engrenée dans une roue dentée centrale à grand diamètre, mue par un axe passant par le point M.
Dans la figure il est supposé que les plaques de l'obturateur 26 décrivent à chaque exposition un arc de cercle de plus de 180 .
Elles sont dessinées à l'état fermée tandis que la position ouverte est indiquée par des lignes pointillées. Ici les plaques de l'obturateur se trouvent dans le prolongement des lamelles correspondantes du diaphragme, et jouent donc le même rôle que celles-ci. Il est clair que, dans des cas déterminés, le rôle des lamelles de diaphragme fixes peut aussi être entièrement repris pendant l'exposition par les plaques de l'obturateur, ce qui permet de supprimer les lamelles. Pour empêcher le faux jour, on a monté encore l'écran annulaire opaque 28.
Les données du système optique des figures 5 et 6 sont les suivantes :
Le rayon de courbure de la surface extérieure de l'anneau de segment sphérique est de 56,4 mm.., celui de la surface intérieure de 28,3 mm. L'anneau du segment sphérique est fait de verre optique avec nD = 1,648 et un coefficient de dispersion = 34,1, tandis que la partie 2 est faite de verre avec nD = 1,510 et = 63,8. La distance focale est de 100 mm., et l'ouverture relative est de 1 :5,6. L'angle d'image est 5 x 360 .
Les figures 7 et 8 représentent des coupes d'un autre mode d'exécution de la caméra d'horizon selon l'invention. Le système optique consiste ici encore en une portion d'anneau de
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segment sphérique 32, et d'un noyau en partie sphérique. Le segment sphérique ainsi formé est muni d'une surface inférieure concave 35, sur laquelle est appliquée la plaque 36, dont la fonction sera expliquée plus loin en détail. Le distance focale est de 102 mm., le rayon intérieur de l'anneau de segment sphérique 32, de 28, 18 mm., le rayon extérieur, de 56, 23 mm. Le filin,,est large de 36 mm. et a une double perforation. Le rayon de la surface inférieure 35, représentée comme sphérique dans l'exemple du croquis, est de 200 mm.
La plaque 36 est faite du même matériau que l'anneau de segment sphérique 3-2, à savoir de verre avec nD = 1,648, et = 34,1. Le noyau 31 est ici aussi en verre avec nD = 1,510, et = 63,8.
L'obturateur est formé par un anneau opaque 37, qui tombe avec son bord inférieur dans une rainure 37' de la cloison, et qui, via un canal 38, peut être déplacé vers le haut par des moyens non indiqués dans la figure. Les lamelles du diaphragme sont indiquées parle chiffre 39.
Dans la figure 7 sont dessinés les faisceaux de lumière 40 et 41 venant des points dans le plan à photographier supposé à l'infini, qui se trouvent aux extrêmes limites du champ visuel vertical. L'angle de champ visuel vertical est au total de 13,5 , soit 9,5 , au-dessus et 4 au-dessous de l'horizon. Dans les cas où l'on recherche un champ visuel aussi grand que possible en direction verticale, cette différence de champ au-dessus et-audessous de l'horizon provient principalement de la préserice de la chambre de film cylindrique sous la zone de sortie de l'objectif.
C'est que, tandis qu'ainsi le champ au-dessous de l'horizon est pratiquement lié à des limites, le champ au-dessus de l'horizon ne doit pas rester limité au même angle pour les besoins de la symétrie. Par le déplacement vers le bas du porte-film 43, celui-ci est venu se situer avec son milieu sous le plan horizontal passant par le point M de l'objectif. Ceci revientà un angle de champ visuel au-dessus de l'horizon, qui est plus grand que. ce-
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lui au-dessous de l'horizon. Ici c'est une circonstance favorable que cette différence d'angle réponde à ce qui sera exigé .de la caméra dans l'usage normal.
En effet on disposera presque toujours la caméra à une hauteur relativement faible au-dessus du sol pour une prise de vue, où les objets (bâtiments, arbres, montagnes) se trouvent à quelque distance autour de la caméra, figurent bien en entier, mais où l'avant-plan uni, situé immédiatement autour de la caméra, qui est peu intéressant pour unpanorama, ne paraît pas.
Par une exécution convenable des porte-film comme lentille aplanétique 44, il a été pris soin que la surface d'image reste cylindrique aussi quand le film 42 est monté non-concentriquement par rapport à l'objectif.
Comme il résulte de la fig. 7, le champ visuel relativement grand de la caméra en direction verticale a pour conséquence que le faisceau extrême 40 passe pratiquement le long de la surface inférieure du segment sphérique. Il n'est pas souhaitable que cette surface inférieure soit déplacée davantage vers le bas, puisque, dans ce cas, l'anneau de segment sphérique 32 ne pourrait plus être fait d'une seule pièce pour des raisons de fabrication. Comme il a déjà été signalé, on évite maintenant, selon l'invention, une forte réflexion inadmissible à la surface inférieure 35 du segment sphérique, du fait que cette surface est évidée et munie de la plaque 36 y appliquée, faite d'un matériau avec à peu près le même indice de réfraction.
A sa surface inférieure la plaque est naturellement travaillée de telle manière qu'ici aussi il se produise le moins possible de réflexion de la lumière dispersée par le système.
Ajoutons, pour être complet, que des plaques antiréfléchissantes, ,comme la plaque 36, peuvent être au besoin appliquées soit aux deux surfaces terminales, soit uniquement à la surface terminale supérieure du segment sphérique.
Dans les figures 7 et 8 on a représenté en même temps sous une forme schématique une solution spéciale de l'entraînement
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du film, où la bobine de réserve et la bobine de déroulement de la caméra sont disposées au-dessous et non à côté du système optique, de manière à obtenir une construction très compacte du bottier de la caméra. A cet effet le film est amené au porte-film et, après l'exposition, ramené dans des boucles.
Dans les figures le chiffre 42 est celui du bottier de la caméra, qui présente d'un côté une saillie 63, où se trouvent les boucles pour le film. Le bord inférieur du bottier se ferme hermétiquement à la lumière dans une gouttière 49 d'une plaque de base 48. A cette plaque de base est rattachée par des fiches une plaque-châssis 47, tenue à distance par les fiches. Dans ces deux plaques 47 et 48 est logé le mécanisme d'entraînement du film, consistant en les rouleaux d'entraînement dentés (sprockets) 57, 58, 57', 58' et les rouleaux de serrage 60, 61, 60' et 61'.
Pour la clarté de la figure, les détails de cette disposition sont laissés de côté. Les rouleaux d'entraînement 57, 58 du côté du départ du film sont fixés sur l'axe 56, qui passe par la plaque de base 48, et qui peut être mis en rotation du dehors par des moyens non indiqués dans la figure. Les rouleaux d'entraînement correspon- dants du côté de l'arrivée 57', 58' sont fixés sur un axe 56' qui n'est pas entraîné. Les rouleaux de serrage 60, 61 sont fixés, de manière à tourner librement, sur l'axe 59, logé dans des leviers soumis à commande, mais non indiqués dans la figure, et dont le rôle consiste à empêcher que le film ne s'échappe des dents des rouleaux d'entraînement.
Les rouleaux de serrage 60', 61' (ceux-ci ne sont pas visibles dans le croquis) fonctionnent d'une manière correspondante avec les rouleaux d'entraînement 57', 58'. Entre les plaques 47 et 48 se trouvent égalément la bobine d'enroulement 51 et la bobine de réserve de film 51'. L'axe 52 de la première bo- bine est mû par glissement, via une commande par corde 53, 54, 55 par l'axe 56 du rouleau d'entraînement, ce qui fait que le film reste constamment tendu. La bobine de réserve 51' tourne librement autour de l'axe 52'.
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Le porte-film 44 est monté sur une table prate et ronde 45, fixée, au point 46, et tournant librement sur la plaque- châssis 47."Le film 43 passe de la bobine de réserve 51' entre les sprockets 57 et les rouleaux de serrage 61 et est ensuite engagé dans une boucle 62' de 360 ; ainsi il arrive à la même hauteur que le porte-film de la caméra. Entre les sprockets 58' et les rouleaux de serrage 60' (non visibles dans les figures) le film passe dans la surface d'image, est tendu sur un angle de près de 3600 autour du porte-film, et est finalement guidé d'une manière cor- respondante à l'aide.des sprockets 57, 58 et des rouleaux de ser- rage 60,61 vers la bobine d'enroulement 51..
On comprendra que, puisque le porte-film 44 est monté de manière à pouvoir tourner, comme la figure l'indique, est évité, tout mouvement entre le film et le porte-film réciproquement, qui pourrait endommager le film. Après chaque prise de vue, la table 45 accomplit avec le porte-film 44 une révolution totale, par la- quelle la partie exposée du film est déroulée, et une nouvelle por- tion du film est enroulée.
Les figures 9 - 11 montrent trois modes d'exécution d'une caméra-horizon avec un champ visuel horizontal de 360 , lesquels sont équipés avec un obturateur-Kerr.
,Selon la fig. 9 est placé dans le bottier de la caméra 64 le système optique consistant en l'anneau de segment sphérique 65 et le liquide 66 comblant en tout ou en partie l'espace entre les électrodes en forme de plaque 67 et 68 et l'anneau de segment sphérique 65. Le porte-film 69 est coaxial avec le segment sphérique 65, 66 placé dans la chambre de film 70, qui se trouve au-dessous de la cloison annulaire 71. Comme il est représenté dans la figure, les faisceaux lumineux entrent dans la caméra au-dessus 'de la cloison 71, passent alors par le diaphragme à lamelles 72, sont incurvés vers le bas par le système optique et focalisés sur le film. Devant le champ d'entrée du système optique est disposé un polariseur cylindrique 73, tandis que dans la chambre de film 70
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l'analyseur 74 se trouve également devant le porte-film 69.
Les directions de polarisation des deux filtres polarisateurs se croisent perpendiculairement pour chaque direction radiale, et par conséquent, pour chaque faisceau de lumière incident, et forment des angles de 45 avec le plan radial. Entre les plaques 67 et 68, qui ferment de façon étanche aux liquides l'espace compris dans l'anneau de segment sphérique, peut être établie une tension électrique via les conducteurs 75 et 76.
Sous l'influence du champ électrique, le plan de polarisation des faisceaux émergeant du polariseur 73 tourne, et ainsi la lumière peut arriver au film via l'analyseur 74.
Les électrodes 67 et 68 sont recourbées et leurs côtés convexes se font face. Ceci a pour but de maintenir la distance moyenne entre les plaques aussi faible qu'il est possible pour permettre encore le passage des rayons lumineux. Ce mode de construction est caractérisé par une tension d'élément particulièrement basse, nécessaire pour "ouvrir" l'obturateur. Ceci est possible grâce à la disposition de l'élément au centre du système optique, où les faisceaux lumineux occupent le minimum de hauteur.
La construction générale de la caméra suivant la fig.10 est la même que dans la fig. 9. Mais cette fois l'élément de Kerr est exécuté en forme de cuvette annulaire 79, disposée autour du système optique 77, 78 et placée au-dessus de la cloison 84 dans le trajet des rayons lumineux. La cuvette consiste en anneaux polaroïdes montants, recourbés sphériquement 80 et 81 et anneaux horizontaux 82 et 83 bons conducteurs à l'électricité ou recouverts d'une couche d'un matériau bon conducteur. Le tout est étanche au liquide et rempli d'un liquide produisant l'effet de Kerr. Il est possible aussi de monter dans l'élément de Kerr à des intervalles réguliers des électrodes en direction radiale et perpendiculaires au plan du segment sphérique.
Ces électrodes, qui ne sont pas dessinées dans la figure, peuvent être reliées sur tout le pourtour avec les pôles de la source de tension et limiter en
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même temps l'ouverture du système optique dans le sens du plus grand angle du champ visuel, comme il a été expose en détail dans ce qui précède. Dans ce cas le champ électrique se situe tangentiellement par rapport au système optique.
Enfin, la fig. 11 représente un mode de construction, dans lequel l'élément de Kerr est formé entre la zone de segment sphérique 87 et le noyau sphérique 86 du système optique. L'espace entre ces éléments est comblé par le liquide 88, tandis qu'à quelque distance l'un de l'autre sont disposés les anneaux 91 et 92, qui peuvent être mis sous tension via les conducteurs 93 et 94.
Les filtres de polarisation cylindrique 95 et 96 font respectivement office de polariseur et d'analyseur, ce qui est entièrement conforme au mode de construction de la fig. 9. Les éléments 86 et 87 du système optique sont centrés à l'aide des plaques 85 et 90, qui ferment aussi l'espace contenant le liquide. La caméra est équipée avec un diaphragme à lamelles 98 et un obturateur auxiliaire mécanique 97.
Si, dans ce dernier mode de construction, la distance entre les électrodes devient un peu plus grande que dans l'exemple précédent , on obtient en revanche l'avantage qu'on peut atteindre plus aisément un bon degré de correction du système optique.
Comme liquide servant à remplir l'élément de Kerr n'entrent en ligne de compte que les substances présentant une constante de Kerr relativement grande et n'absorbant pas trop la lumière; en outre l'indice de réfraction et la dispersion doivent être tels que, par un choix judicieux des autres données optiques, on puisse obtenir un bon degré de correction des aberrations.
Le nitrobenzène et le phénylisosulfocyanate (C7H5NS) se sont avérés très adéquats, et nous en signalerons encore quelques propriétés ci-après. En'outre il est clair que, dans certains cas, on peut, par un mélange de liquides ayant des propriétés différentes, obtenir un liquide de remplissage répondant à des spécifications déterminées. Ensuite on peut, si on le désire, ajouter au liquide de
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remplissage un colorant, ce qui fait que l'élément de Kerr sert en même temps de filtre de couleur et qu'on peut éliminer l'amoindris sement de la qualité de l'image par le spectre dit secondaire.
C'est un fait connu qu'on n'a.pas encore réussi à fabriquer un matériau de polarisation en forme de plaque (polaroïde) d'une qualité telle, qu'une polarisation parfaite ait lieu.
Dans la pratique il faudra donc s'attendre à ce qu'un jeu de deux plaques croisées .laissera encore passer un certain reste d'intensité, ce dont il résultera qu'une caméra chargée d'un film donnera, en cas de longue exposition à la lumière, un film voilé.
Si cette exposition est nécessaire, on peut parer à cet inconvénient en munissant la caméra d'un obturateur auxiliaire mécanique, que l'on ouvre à l'instant avant la prise de vue. D'autres méthodes à cette fin consistent par exemple à. monter un dispositif de transport de film très ralenti, fonctionnant d'une manière continue, qui veille à ce qu'il y ait toujours en réserve une portion de film non voilée; ou bien on se servira d'une émulsion de film insensible aux longueurs d'onde que l'analyseur laisse passer.
Pour deux exemples du système suivant la fig. 3 les données sont les suivantes : Exemple I. f = 100 mm.
Liquide: nitrobenzène, nD = 1,553 = 25,1
B = 3,86.10-5 e.s.e.
Rayons anneau de segment sphérique: r extérieur = 60,26 mm r intérieur = 41,04 mm
Rayon noyau: r noyau = 30,20 mm
Verre anneau de segment sphérique:
SF2 ; nD = 1,648 = 33,9
Verre noyau: R/K1 ; nD = 1,511 = 63,6
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Exemple II. f = 100 mm.
Liquide : phénylisosulfocyanate(C7H5NS), nD = 1,651 = 18,6
La constante de Kerr est environ 1/3 de celle du nitrobenzène.
Rayons zone de segment sphérique r extérieur = 56,5 mm l'intérieur = 39,3 mm
Rayons noyau: r noyau = 28,4 mm
Verre zone de segment sphérique:
SF 17; nD = 1,650 = 33,6
Verre noyau KF 6 ; nD = 1,511 = 50,9
Il va sans dire qu'avec les exemples donnés l'invention n'est épuisée, ni en ce qui concerne l'objectif, ni en ce qui regarde les autres dispositifs de la caméra. On fait encore remarquer spécialement que le système optique peut être, en vue de la correction désirée, fait d'un plus grand nombre d'éléments; il peut par exemple comprendre plusieurs anneaux ou parties d'anneaux de segments sphériques faits de plusieurs sortes de verre.
REVENDICATIONS.
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The object of the invention is a panoramic camera, the visual field of which in one direction is considerably greater than the visual field in the direction perpendicular to the first.
For the photographic capture of images one dimension of which is considerably larger than the other (panoramas), several methods are conceivable and applied in practice.
According to one of these methods, a photographic objective is used, which a motor mechanism passes, during the shooting, along a fixed film strip.
The other method consists in principle in that, by means of several separate cameras, arranged one beside the other, views are taken simultaneously, which, juxtaposed, form
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the panoramic image.
These two methods, like other known methods, have the disadvantage that the apparatus is expensive and difficult to handle.
The object of the invention is, on the contrary, a camera of the type indicated, which can embrace a visual field in one direction up to 360, and by means of which the view can be taken with a single and fixed optical system, in a single exposure, using normal films, perforated or not.
The panoramic camera according to the invention is equipped for this purpose with an optical system mainly affecting the shape of a spherical segment, a system composed of a part of a segment ring, respectively of portions of several rings of concentric segments made of 'a translucent material, and a body, also translucent, filling the space within the inner segment ring or ring portions, and in which the film holder rests with its smallest dimension and perpendicular to the end faces of the spherical segment.
The optical system employed has an image surface which, like all the concentric surfaces of the system, exhibits a spherical curvature, the center of the optical system being at the same time the center of the image surface. Since the dimension of the panoramic image in the direction perpendicular to the end surfaces of the spherical segment is considerably smaller than that in the plane of the spherical segment, the image surface can approximate the cylindrical shape with a fairly exact approximation.
The film holder thus receives the simple form of a cylindrically curved sleeve, made of a translucent material, against which the film can be applied. However, if one has very strong requirements as to the dissolving power of the optical system, the aforementioned approximation is no longer possible and one must use a film holder with spherical curvature, on which the film is tense. This is not, in practice, a great disadvantage, because the deviations
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of the cylindrical shape are in any case very small.
However, according to the invention, it is recommended to optically transform the image surface into a purely cylindrical surface, by placing, concentrically with the optical system, between the optical system and the film holder, a body translucent with cylindrical curvature, whose surface facing the optical system and / or the surface facing the film holder is (are) concave (s) -torical (s).
The role of this body, which hereinafter will be designated, to be brief, by the term "aplanatic lens", is therefore to lengthen the optical path of the light rays having to form the portions of the edge of the image (calculated relative to at the shortest dimension of the image) to such a extent with respect to the rays belonging to the middle portion of the image, that all the points of the image come to be at the same distance from the axis of the segment spherical.
According to the invention, it is rational to give the toric shape only to the inner surface of the aplanatic lens, and the cylindrical shape to the outer surface, which means that the latter can serve as a film holder. In fact, then the aplanatic lens is located at the shortest possible distance from the image surface, which means that any aberrations of this lens have little influence on the quality of the image and that the internal surface - the outer toric of the lens does not have to be worked with great accuracy. The aplanatic lens can be cut and polished p. ex. around.
In a camera according to the invention, the field of view in the longest dimension of which is smaller than about 120, use can be made, in certain cases, of a central diaphragm. Then the optical system is divided into two parts by a plane passing through the center and perpendicular to the optical axis of the camera, and in the separation plane is mounted a disc with central opening which limits the opening of the optical system as the makes a normal diaphragm. But here the phenomenon occurs
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feared in the use of all known wide-angle lenses, that the light intensity in the image surface decreases sharply near the edges.
Also, according to the invention, one preferably follows a completely different path to reduce the aperture of the optical system to the desired value, this aperture then having, except for small fluctuations, the same value for all the points of the surface. image. It will be seen that the diaphragm according to the invention presents a simple and elegant solution to the problem of the diaphragm for a visual field of 1200 to 180 in the direction of the greatest dimension, for which a central diaphragm is practically unusable, due to the too much sharp decrease in light intensity near the edges, and the same for a visual field of more than 1800, for which a central diaphragm is naturally excluded in principle.
According to the invention, the diaphragm is then mounted on the inlet side, outside the outer spherical segment, and it consists of a certain number of flat, opaque lamellae, regularly distributed on the side of the inlet, which are arranged at approximately radially to the optical system and lie approximately perpendicular to the plane of the spherical segment.
The access of the light beams entering the optical system is limited by these slats in the direction of the width, since part of the light rays of these beams, the incidence of which is not radial, is retained by the slats. Each lamella therefore gives for each direction of the incident light a shadow, and the shadows of neighboring lamellae overlap, for a direction which deviates from the. radial direction more than a specific angle.
It is clear that the effective opening of the system is determined by the length of the slats (that is to say by their radial dimension) and by their distances between them. This aperture should be approximately equal for all points of the image surface, in order to obtain uniform exposure of the image surface.
The shutter of the camera according to the invention may consist of
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for example in a vertical or horizontal slit shutter, with cylindrical curvature, which is mounted on the exit or entry side of the optical system. In some cases, instead of that, it is possible to advantageously use an opaque ring or a portion of a ring arranged concentrically with the optical system in the path of the light beams, and which can be moved up and down. by a control mechanism.
According to another favorable embodiment of the camera according to the invention, a shutter is mounted, formed by a certain number of plates, which are arranged at regular intervals, discount to the entrance of the optical system, and which can all rotate. around axes lying approximately perpendicular to the plane of the spherical segment, and also formed by the elements by means of which the shutter plates, to leave the state of rest where they hermetically close the entrance plane of the optical system, can be folded down, for shooting, in the radial position.
The control mechanism may for example consist of a central toothed wheel or ring gear with a large diameter in which small toothed wheels mounted on the axes of all the plates of the shutter mesh. If the central toothed wheel is rotated through an exactly small angle, all of the shutter plates rotate 90 degrees and thus allow light exposure of the optical system. Then the shutter plates can be folded back, or they can be rotated further in the same direction, so that the entry plane is closed again. In the last method the shutter plates are only returned to the next exposure by an angle of more than 180 to the initial position.
The fact that the shutter puddles and diaphragm blades described above can assume a corresponding shape, and that the diaphragm blades naturally only play a role when the lens is open, makes it possible in some cases, according to the invention,
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combine the two functions in a single set of plates or slats.
Another solution of the shutter problem, favorable especially in cases where the exposure is of short duration, can be; performed using the so-called Kerr effect. This consists in the fact that certain organic liquids become birefringent under the influence of an electric field and can transform into an elliptically polarized light beam a linearly polarized beam whose incidence on the direction of the field is approximately perpendicular.
If we place in front of the liquid a polarizer (crystal or polarization filter), whose direction of polarization is turned to 45 with respect to the electric c @ amp, and that we place behind the liquid an analyzer, whose direction of polarization crosses perpendicularly that of the polarizer, the analyzer, after the establishment of the electric field lets pass an incident light ray with an energy II::? I2 = I1. / 2 sin2 (.B.1.F2)
In this expression F is the force of the field, 1 the length of the Kerr element and B a specific quantity for the liquid, called constant-Kerr.
As the voltage increases so more and more light passes through, until one obtains (apart from the normal losses) the complete transmission of the linearly polarized light (what is called the "voltage Claire"). If we continue to increase the strength of the field, the intensity decreases again (see for example "Ultra-fast Photography and Cinematography, Dunod, Paris, 1956, p.83 ff). By producing a pulse of electric voltage and by bringing it to the electrodes of a Kerr element placed in front of a camera lens between polarizers, we have succeeded, as we know, in achieving very short exposure times.
Here the actuation of the shutter can be placed under the control of the luminous phenomenon itself, which is to be photographed, this by making
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strike the impulse device with a photoelectric element.
A shutter-Kerr for a camera according to the invention consists of a Kerr element arranged concentrically with the optical system and forming an element of this system, a polarization filter (polarizer) of cylindrical or spherical curvature mounted in front of the entrance plane of the element in the path of the light rays, and in a polarization filter (analyzer) also of cylindrical or spherical curvature placed behind it. the exit plane of the Kerr element. Here both the polarizer and the analyzer are coaxial with the film holder. cylindrical or else concentric with the optical system, while their directions of polarization intersect perpendicularly at points situated in the same radial plane and form an angle of approximately 45 with this radial plane.
A shutter thus constructed works absolutely instantaneously for all directions of the large field of view and in no way disturbs the concentricity of the optical system.
A Kerr shutter according to the invention can be constructed in several ways, a few examples of which will be given further below.
If it is desired to obtain a visual field of more than 180, this is possible, according to the invention, if the areas on the outer surface of the spherical segment, where the rays enter or leave the optical system, seen in the direction perpendicular to the end surfaces of the spherical segment, are located one above the other and intersect in the tangential direction.
Thus, in a way, "stages" are formed around the spherical segment, in particular one or two input stages, where the diaphragm and the shutter are optionally arranged and where the light rays fall into the system, and the output stage which is arranged either below or above the input stage, or between two input stages, where the spokes exit the system approximately diametrically vis-à-vis their point of incidence and where is mounted
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the film holder. In the extreme case of a panoramic camera for a field of view of 360, the two "stages" extend all around the periphery of the spherical segment. Light beams from points diametrically opposed to each other intersect somewhere in the optical system as they pass in roughly the opposite direction.
It is generally desirable that the upper and lower surfaces of the optical system in the camera according to the invention be frosted and coated with matte black lacquer, in order to prevent as much as possible the reflection of light rays on these surfaces.
This concerns in particular a camera of the type just mentioned with a visual field of more than 180. Here the desire to obtain as large a field of view as possible in the second direction, together with the requirements of the manufacture of the objective, may cause the useful light beams to touch the end surfaces very closely and at a low angle. of the spherical segment. Then the reflection of these light rays can exert an unfavorable influence on the brightness of the image obtained.
According to the invention, it may, under these circumstances, be advisable to give said end surfaces a concave shape and to apply corresponding plates therein made of translucent material whose refractive index differs only slightly from the materials of which the segment is made. spherical. At these surfaces there is then hardly any reflection, which is to the benefit of the quality of the image.
We observe that concentric optical systems of the kind in question here are known as such. Thus Sutton already described in 1859, in British patent application 2193/1859, an optical system consisting of concentric rings of spherical segments and into which a liquid was introduced.
Of more recent date is a system, also concentric, reproduced in the Manual of Photogramnetry of the American Society of Photogrammetry, 2nd edition, fig. 12B. The optical system of this wide-angle camera takes the form of a
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sphere made up of rings of concentric spherical segments and two hemispherical cores, and gives an image surface of concentric spherical curvature. Carefully cut glass bodies in the shape of a bowl are used here as emulsion carriers on which the light sensitive emulsion is poured. The diaphragm is arranged in the center. The manufacture of spherical emulsion carriers is difficult and the handling during the shooting is complicated and delicate.
Another drawback is that a suitable shutter cannot be fitted there. It is for these reasons that the system did not come into vogue. Moreover, it is clear that this known system is in principle limited to a visual field of less than 180.
Other details and characteristics of the invention are indicated in the following description, where explanations are given on the camera according to the invention, accompanied by drawings. The figures schematically give some examples of the execution of the camera.
Fig. 1 is an axial section of a panoramic camera according to the invention with an image angle in one direction of approximately 130; fig. 2 is a section of this camera along the plane II-II of FIG. 1; FIG. 3 is an axial section along the plane of the smallest visual field angle of a shape, preferably applied, of a panoramic lens according to the invention; fig. 4 is the section relating thereto along the plane of the greatest visual field angle; fig. 5 is a section of a so-called camera-horizon camera with an image angle in the horizontal direction of 360; fig. 6 is a section through the camera of FIG. 5 according to plan VI-VI; fig. 7 is a section of a modified form of the horizon camera; fig. 8 is a section through the camera of FIG. 7 next
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plan VIII-VIII.
Fig. 9, also a horizon camera, but equipped with a shutter-Kerr according to the invention, which is arranged centrally in the optical system.
Fig. 10, a camera of the same kind as in fig. 9, where the Kerr element is executed as a circular cuvette and forms the outer part of the optical system.
Fig. 11, a camera of the same species as in Figs.
9 and 10, where the Kerr element forms one of the rings of spherical segment of the optical system.
In fig. 1 and 2 a panoramic lens, consisting of the sphere 2, flattened at the top and the bottom, which is surrounded by the portions 3 and 4 of a ring of concentric spherical segment, has been mounted in the mainly disk-shaped housing of the camera to the sphere. Although in the model use has been made of the possibility of gradually reducing in the direction of the ray path the height of the glass bodies which constitute the optical system, it can be seen that the latter mainly has the shape, characteristic for the invention , of a spherical segment. The lens projects from an object, which in the drawing is supposed to be in infinity an image on the film 6, which unwinds from a reserve reel 11 and is stretched against a translucent and curved film holder 5 cylindrical. The film is wound on a reel 12.
The film holder has, on the side facing the optical system, a toric surface and, on the side facing the film, a purely cylindrical surface. The thickness of the film holder and the radius of curvature of the toric inner surface are chosen so that the image surface of the optical system, which is normally spherical, is changed to a cylinder mantle. It is clear that it is not necessary to employ the aplanatic lens 5 at the same time as a film holder. A translucent sleeve with normal cylindrical surfaces can also be used for this purpose; then the aplanatic lens 5 is placed at some distance in front of this sleeve.
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The device shown deserves preference, however, because the small distance between the toric surface and the image surface minimizes image defects caused by the aplanatic lens.
In front of the film holder 5 is placed a shutter, consisting of a ribbon, driven back and forth between the reels 13, 14 and provided with a vertical slot 7 '. The tape is guided in its passage along the film by means shown schematically in FIG. 1 by the guide rails 8, 9.
From the side of the entry of the lens are mounted several small plates or slats 10, radially directed, which are distributed regularly over the useful entry angle and whose role is to limit the desired width of the incoming light beams .
This width is naturally determined by the desired light intensity of the objective and the degree of correction that is to be obtained. To explain the diaphragmatic action of .lamelles, there is shown in fig. 2 the light beams admitted into the optical system from two different directions. One of these directions, A, is chosen in such a way that it divides the angle between two neighboring slats into two halves: the other direction, B, coincides with that of one of the slats. It is easy to see that, as a result of the shadow effect of the slats in direction A, only beams 15, 15 'and 15 "are admitted, and, in direction B, beams 16, 16' and 16 ".
It is also clear that not only the opening of the system, that is to say the distance between the extreme rays coming from a determined direction and that the diaphragm lets through, but also the total width of the beams, it is that is to say the width of all the admitted light beams taken together, depend on the number and the width of the slats. The two quantities in question vary between two values, depending on the direction of incidence considered, and here the total width of the beams is maximum for the directions.
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tions parallel to one of the lamellae and constitutes a minimum for the directions in the middle of the gap between two lamellae (see respectively directions B and A in fig. 2).
The number and length of the slats are now chosen in such a way that, for any direction, the aperture is not greater than can be tolerated in view of the desired sharpness of the image, and that the total width of the beam has deviations as small as possible from the mean value. These deviations can be reduced to the order of magnitude of 5% and are therefore practically of little importance.
The camera according to fig. 1 and 2, can render excellent service in aerial photography for photogrammetry and reconnaissance purposes. If we suspend the camera in or against the plane, so that the plane of the spherical segment is perpendicular to the longitudinal axis of the plane, and if we direct the camera towards the earth's surface, it is possible to photograph in a single shot a very large area across the direction of flight.
By making the airplane fly at a constant speed and in a straight line and by taking pictures at fixed intervals, it is thus possible, in a very short time, to obtain the image of an extended region on a series of film tapes which intersect in the direction of flight.
FIGS. 3 and 4 represent an embodiment of the panoramic lens according to the invention, the production of which is particularly easy. It consists of 5 parts assembled by means of lut. The fundamental shape is also that of a spherical segment, formed of the portions of rings of spherical segments 20 and 21, in the concave surfaces of which are applied the spherical segments 18 and 19. The resulting space between the portions of sphere having approximately the shape of segments is partly filled by the planar-parallel plate 17. All the parts are relatively easy to manufacture and their centering does not present any special difficulties.
Figures 5 and 6 give a schematic representation
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that of the camera according to the invention, suitable for an image angle in a direction of 360, while the image angle in the perpendicular direction is for example 5. With a camera of this kind we can therefore embrace the entire horizon in a single shot. The lens of the camera again has mainly the shape of a spherical segment and consists of two assembled parts: the spherical segment 23 and, arranged all around the ring '24, which is a portion of a ring of spherical segment.
This optical system is housed in a casing 22, mainly in the form of a flat cylindrical boot, the space of which is divided into two 'stages' by a ring 29, which, on approaching the center, takes a more or less conical shape and adapts to the periphery of the spherical segment. Under the ring 29 is the space through which move the rays coming out of the objective towards the film 25 arranged around the periphery along a cylindrical surface. The light rays enter at the top of the ring 29, where the shutter 26 and the diaphragm 27 are located, and, through the optical system 23, 24, as shown in the drawing, they are refracted and converged towards the down to the point in question on the image surface, located in the lower level of the shoemaker.
The corresponding light beams coming from diametrically opposed points on the horizon enter the same southern plane and therefore intersect somewhere in the lens. The outer surface of the spherical segment is divided by the ring 29 into two circular zones located one above the other, in the upper zone of which the light enters, and of the lower zone of which the light coming from. the diametrically opposite direction comes out.
Thanks to this artifice it is possible to achieve all image angles between 1800 and 360; and it should be observed here that, for the intermediate image angles, it is not necessary that the two zones go completely around the spherical segment, but that it suffices that they intersect in the tangential direction on a determined angle.
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Here the diaphragm consists in part of lamellae 27 arranged radially, the operation of which has already been explained with reference to FIGS. 1 and 2. in the embodiment. of the sketch also function as such the plates 26 of the shutter -mounted behind the diaphragm. These. plates 26 can be rotated around small axes 30, and can be moved together, which is not shown in the drawing, by the trigger mechanism of the camera.
To this end, all the axes 30 could for example be provided with a small toothed wheel, meshed in a central toothed wheel with large diameter, driven by an axis passing through the point M.
In the figure it is assumed that the plates of the shutter 26 describe at each exposure an arc of a circle of more than 180.
They are drawn in the closed state while the open position is indicated by dotted lines. Here the shutter plates are located in the extension of the corresponding blades of the diaphragm, and therefore play the same role as these. It is clear that, in certain cases, the role of the fixed diaphragm blades can also be entirely taken over during the exposure by the shutter plates, which makes it possible to eliminate the blades. To prevent false light, the opaque annular screen 28 was still mounted.
The data of the optical system in Figures 5 and 6 are as follows:
The radius of curvature of the outer surface of the spherical segment ring is 56.4 mm, that of the inner surface 28.3 mm. The ring of the spherical segment is made of optical glass with nD = 1.648 and a dispersion coefficient = 34.1, while part 2 is made of glass with nD = 1.510 and = 63.8. The focal length is 100mm., And the relative aperture is 1: 5.6. The image angle is 5 x 360.
FIGS. 7 and 8 represent sections of another embodiment of the horizon camera according to the invention. The optical system here again consists of a ring portion of
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spherical segment 32, and a partially spherical nucleus. The spherical segment thus formed is provided with a concave lower surface 35, on which the plate 36 is applied, the function of which will be explained in detail later. The focal length is 102 mm., The inner radius of the ring of spherical segment 32 is 28.18 mm., The outer radius is 56.23 mm. The rope is 36 mm wide. and has a double perforation. The radius of the lower surface 35, shown as spherical in the example of the sketch, is 200 mm.
Plate 36 is made of the same material as the ring of spherical segment 3-2, namely glass with nD = 1.648, and = 34.1. The core 31 is here also made of glass with nD = 1.510, and = 63.8.
The shutter is formed by an opaque ring 37, which falls with its lower edge into a groove 37 'of the partition, and which, via a channel 38, can be moved upwards by means not indicated in the figure. The diaphragm blades are indicated by the number 39.
In FIG. 7 are drawn the light beams 40 and 41 coming from the points in the plane to be photographed assumed to be at infinity, which are at the extreme limits of the vertical visual field. The vertical visual field angle is a total of 13.5, or 9.5, above and 4 below the horizon. In cases where one seeks a visual field as large as possible in the vertical direction, this difference in field above and below the horizon arises mainly from the preserice of the cylindrical film chamber below the exit zone of the horizon. the goal.
This is because, while the field below the horizon is thus practically bounded with limits, the field above the horizon must not remain limited to the same angle for the purposes of symmetry. By the downward displacement of the film holder 43, the latter came to be located with its middle under the horizontal plane passing through the point M of the objective. This amounts to an angle of view above the horizon, which is greater than. this-
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him below the horizon. Here it is a favorable circumstance that this difference in angle meets what will be required of the camera in normal use.
In fact, the camera will almost always be placed at a relatively low height above the ground for a shot, where the objects (buildings, trees, mountains) are at some distance around the camera, appear in full, but where the united foreground, located immediately around the camera, which is not very interesting for a panorama, does not appear.
By proper execution of the film holders as aplanatic lens 44, care has been taken that the image surface remains cylindrical also when the film 42 is mounted non-concentrically with respect to the objective.
As it follows from fig. 7, the relatively large field of view of the camera in the vertical direction results in the end beam 40 passing substantially along the lower surface of the spherical segment. It is undesirable that this lower surface be moved further downwards, since in this case the spherical segment ring 32 could no longer be made in one piece for manufacturing reasons. As has already been pointed out, according to the invention, a strong inadmissible reflection at the lower surface 35 of the spherical segment is now avoided, because this surface is recessed and provided with the plate 36 applied thereto, made of a material. with roughly the same refractive index.
At its lower surface, the plate is naturally worked in such a way that here too there is as little reflection of the light scattered by the system as possible.
Let us add, for the sake of completeness, that anti-reflective plates, such as plate 36, can be applied, if necessary, either to the two end surfaces or only to the upper end surface of the spherical segment.
In figures 7 and 8 a special solution of the drive has been shown at the same time in a schematic form.
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of the film, where the reserve reel and the unwinding reel of the camera are arranged below and not next to the optical system, so as to obtain a very compact construction of the camera housing. For this purpose the film is brought to the film holder and, after exposure, brought back in loops.
In the figures the number 42 is that of the camera casing, which has on one side a projection 63, where the loops for the film are located. The lower edge of the casing closes hermetically to light in a gutter 49 of a base plate 48. To this base plate is attached by pins a frame plate 47, held at a distance by the pins. In these two plates 47 and 48 is housed the film drive mechanism, consisting of the toothed drive rollers (sprockets) 57, 58, 57 ', 58' and the clamping rollers 60, 61, 60 'and 61 '.
For clarity of the figure, the details of this arrangement are left out. The drive rollers 57, 58 on the film start side are fixed to the shaft 56, which passes through the base plate 48, and which can be rotated from the outside by means not shown in the figure. The corresponding drive rollers on the inlet side 57 ', 58' are attached to an axle 56 'which is not driven. The clamping rollers 60, 61 are fixed, so as to rotate freely, on the axis 59, housed in levers subject to control, but not shown in the figure, and whose role is to prevent the film from s' escapes from the teeth of the feed rollers
The clamp rollers 60 ', 61' (these are not visible in the sketch) work correspondingly with the drive rollers 57 ', 58'. Between the plates 47 and 48 are also the winding reel 51 and the film reserve reel 51 '. The axis 52 of the first reel is moved by sliding, via a rope drive 53, 54, 55 by the axis 56 of the drive roller, so that the film remains constantly stretched. The reserve spool 51 'rotates freely around the axis 52'.
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The film holder 44 is mounted on a close round table 45, fixed, at point 46, and rotating freely on the chassis plate 47. "The film 43 passes from the reserve spool 51 'between the sprockets 57 and the rollers. clamp 61 and is then engaged in a loop 62 'of 360; thus it comes to the same height as the film holder of the camera. Between the sprockets 58' and the clamping rollers 60 '(not visible in the figures) the film passes through the image surface, is stretched at an angle of nearly 3600 around the film holder, and is finally guided in a corresponding manner using sprockets 57, 58 and rollers. tightening 60,61 to winding reel 51 ..
It will be understood that, since the film holder 44 is mounted so as to be able to turn, as the figure indicates, is avoided, any movement between the film and the film holder reciprocally, which could damage the film. After each shot, the table 45 with the film holder 44 makes a complete revolution, whereby the exposed part of the film is unwound, and a new portion of the film is wound up.
Figures 9 - 11 show three embodiments of a horizon camera with a horizontal visual field of 360, which are equipped with a shutter-Kerr.
, According to fig. 9 is placed in the camera housing 64 the optical system consisting of the spherical segment ring 65 and the liquid 66 filling in all or part the space between the plate-shaped electrodes 67 and 68 and the ring of spherical segment 65. The film holder 69 is coaxial with the spherical segment 65, 66 placed in the film chamber 70, which is below the annular partition 71. As shown in the figure, the light beams enter in the camera above the partition 71, then pass through the lamellar diaphragm 72, are curved downwards by the optical system and focused on the film. In front of the entry field of the optical system is arranged a cylindrical polarizer 73, while in the film chamber 70
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the analyzer 74 is also located in front of the film holder 69.
The polarization directions of the two polarizing filters intersect perpendicularly for each radial direction, and therefore for each incident light beam, and form angles of 45 with the radial plane. Between the plates 67 and 68, which seal off the space in the ring of spherical segment in a liquid-tight manner, an electrical voltage can be established via the conductors 75 and 76.
Under the influence of the electric field, the plane of polarization of the beams emerging from the polarizer 73 rotates, and thus light can reach the film via the analyzer 74.
The electrodes 67 and 68 are curved and their convex sides face each other. The purpose of this is to keep the average distance between the plates as small as possible to still allow the passage of light rays. This method of construction is characterized by a particularly low element voltage, necessary to "open" the shutter. This is possible thanks to the arrangement of the element in the center of the optical system, where the light beams occupy the minimum height.
The general construction of the camera according to fig. 10 is the same as in fig. 9. But this time the Kerr element is executed in the form of an annular cup 79, arranged around the optical system 77, 78 and placed above the partition 84 in the path of the light rays. The cuvette consists of rising, spherically curved Polaroid rings 80 and 81 and horizontal rings 82 and 83 which are good electrically conductive or covered with a layer of a good conductive material. The whole thing is liquid tight and filled with a liquid producing the Kerr effect. It is also possible to mount in the Kerr element at regular intervals electrodes in the radial direction and perpendicular to the plane of the spherical segment.
These electrodes, which are not drawn in the figure, can be connected all around with the poles of the voltage source and limit in
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at the same time the opening of the optical system in the direction of the greatest angle of the visual field, as has been explained in detail in the foregoing. In this case, the electric field is located tangentially with respect to the optical system.
Finally, fig. 11 shows one embodiment, in which the Kerr element is formed between the spherical segment area 87 and the spherical core 86 of the optical system. The space between these elements is filled by the liquid 88, while at some distance from each other are arranged the rings 91 and 92, which can be energized via the conductors 93 and 94.
The cylindrical polarization filters 95 and 96 respectively act as polarizer and analyzer, which is entirely in accordance with the construction mode of FIG. 9. The elements 86 and 87 of the optical system are centered by means of the plates 85 and 90, which also close the space containing the liquid. The camera is equipped with a lamella diaphragm 98 and a mechanical auxiliary shutter 97.
If, in this latter mode of construction, the distance between the electrodes becomes a little greater than in the previous example, on the other hand the advantage is obtained that a good degree of correction of the optical system can be achieved more easily.
As the liquid used to fill the Kerr element, only substances which have a relatively large Kerr constant and do not absorb too much light are taken into account; furthermore, the refractive index and the dispersion should be such that, by judicious choice of the other optical data, a good degree of aberration correction can be obtained.
Nitrobenzene and phenylisosulfocyanate (C7H5NS) have been found to be very suitable, and we will report a few more properties below. In addition, it is clear that, in certain cases, it is possible, by a mixture of liquids having different properties, to obtain a filling liquid meeting determined specifications. Then you can, if desired, add to the liquid of
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filling a dye, which means that the Kerr element serves at the same time as a color filter and that the reduction in the quality of the image by the so-called secondary spectrum can be eliminated.
It is a known fact that it has not yet been possible to manufacture a plate-shaped polarization material (polaroid) of such quality that perfect polarization takes place.
In practice it is therefore necessary to expect that a set of two crossed plates will still allow a certain remainder of intensity to pass, which will result in a camera loaded with film giving, in the event of long exposure. in the light, a veiled film.
If this exposure is necessary, this drawback can be overcome by providing the camera with an auxiliary mechanical shutter, which is opened immediately before the picture is taken. Other methods for this include, for example. setting up a very slow motion film transport device, operating continuously, which ensures that there is always a portion of film not veiled in reserve; or else a film emulsion will be used which is insensitive to the wavelengths which the analyzer lets through.
For two examples of the system according to fig. 3 the data are as follows: Example I. f = 100 mm.
Liquid: nitrobenzene, nD = 1.553 = 25.1
B = 3.86.10-5 e.s.e.
Spherical segment ring spokes: outer r = 60.26 mm inner r = 41.04 mm
Core radius: r core = 30.20 mm
Glass spherical segment ring:
SF2; nD = 1.648 = 33.9
Core glass: R / K1; nD = 1.511 = 63.6
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Example II. f = 100 mm.
Liquid: phenylisosulfocyanate (C7H5NS), nD = 1.651 = 18.6
Kerr's constant is about 1/3 that of nitrobenzene.
Radius area of spherical segment r outside = 56.5 mm inside = 39.3 mm
Core spokes: r core = 28.4 mm
Glass spherical segment area:
SF 17; nD = 1.650 = 33.6
Core glass KF 6; nD = 1.511 = 50.9
It goes without saying that with the examples given the invention is not exhausted, neither as regards the objective, nor as regards the other devices of the camera. It is further pointed out especially that the optical system can be, with a view to the desired correction, made of a greater number of elements; it may for example comprise several rings or parts of rings of spherical segments made of several kinds of glass.
CLAIMS.
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