Système optique anamorphoseur La présente invention concerne un système optique anamorphoseur applicable à la prise et à la projection d'images animées et aussi la prise de photographies, à travers un système anamorphoseur, d'un champ objet de largeur relativement grande par rapport à sa hauteur et l'obtention, par ce moyen, d'une image du champ objet sous une forme comprimée dans le sens horizontal sur la pellicule cinématogra phique normale dans laquelle la largeur et la hauteur des images sont dans le rapport de 4 à 3, puis la projection,
à travers le même sys tème anamorphoseur ou à travers un système anamorphoseur correspondant, de l'image comprimée dans le sens horizontal sur la pelli cule de manière à étaler dans le sens horizon tal l'image projetée pour qu'elle soit conforme au rapport de la largeur à la hauteur du champ objet original, grâce à quoi, tout en utilisant une pellicule cinématographique avec des ima ges de dimensions normales, l'image projetée est relativement large, ou panoramique, de manière désirable et donne lieu, en consé quence, à l'illusion de largeur, en particulier si l'écran de projection est légèrement concave dans le plan horizontal.
Le système optique anamorphoseur selon l'invention comprend deux composants cylin driques négatif et positif corrigés chromatique- ment, la longueur focale du composant négatif étant plus courte que la longueur focale du composant positif, la distance axiale entre ces deux composants, lorsque le système est mis au point sur l'infini, étant égale à la différence entre leurs longueurs focales, les génératrices de leurs surfaces cylindriques étant parallèles, le composant positif présentant une seule sur face extérieure convexe, le composant négatif comprenant deux doublets adjacents négatifs,
corrigés chromatiquement et ayant chacun une surface extérieure convexe opposée au compo sant positif et une surface extérieure concave tournée vers celui-ci. Il est caractérisé en ce que chacun desdits doublets négatifs comprend des éléments plan-cylindriques ayant leurs sur faces planes tournées l'une vers l'autre, le rayon de courbure de la surface concave de chacun desdits doublets négatifs étant compris entre 0,3 et 0,5 du rayon de courbure de sa surface. convexe et entre 0,6 et 0,9 du rayon de courbure de la surface convexe dudit com posant cylindrique positif, la distance axiale entre lesdits composants négatif et positif, lorsque le système est mis au point sur l'infini, étant comprise entre 1,2 et 1,5 fois le rayon de courbure de la surface convexe du compo sant positif.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel la fig. 1 en est une vue en perspective ; la fig. 2 est une coupe de ce système et d'un objectif sphérique donnant une image réelle associé fonctionnellement audit système,
coupe faite par un plan perpendiculaire aux génératrices des surfaces cylindriques du sys tème anamorphoseur. Le système anamorphoseur représenté comprend un composant cylindrique négatif frontal constitué par deux doublets 1 et 2 cy lindriques négatifs, corrigés chromatiquement et placés à une faible distance l'un de l'autre,
et un composant cylindrique positif arrière 3 constitué par un doublet cylindrique positif corrigé chromatiquement et ayant les généra trices de ses surfaces cylindriques parallèles à celles des surfaces cylindriques des compo sants négatifs, la longueur focale du composant négatif étant plus petite que la longueur focale du composant positif, la distance axiale entre les deux composants, lorsque le système est mis au point sur l'infini,
étant égale à la dif férence entre leurs longueurs focales.
Le système anamorphoseur est neutre dans son plan axial dans lequel se trouvent les gé nératrices de ses surfaces cylindriques, ce qui fait que sa formation d'images est normale dans ce plan ; par contre, dans le plan axial du système perpendiculaire aux génératrices de ses surfaces cylindriques, la formation d'images par le système par rapport à un plan objet situé, vers l'avant, au delà du composant néga tif du système, donne lieu à une compression d'une étendue relativement grande du champ objet; inversement, la formation d'images à partir d'un plan situé en arrière du composant positif donne lieu à un étalement et a pour ré sultat une étendue d'image relativement grande.
Lorsqu'on utilise le système anamorpho- seur pour la formation d'images réelles, comme c'est le cas quand on photographie ou que l'on projette des images, on combine le système avec un objectif sphérique approprié, comme on le voit sur la fig. 2, sur laquelle un objectif photographique 4 est placé derrière le système anamorphoseur entre le composant positif 3 et le plan focal 5 d'une chambre noire pour la prise d'images d'un champ objet, représenté par un plan 6, situé à une certaine distance, en avant,
du système anamorphoseur, sur une pellicule placée dans le plan focal de la cham bre noire. Lorsqu'on utilise le système pour la projection d'images, on substitue à -l'objectif photographique et à la chambre noire un ob jectif de projection approprié et un projecteur, ou lanterne, l'objectif de projection étant dis posé entre le composant positif 3 et le plan de la pellicule dans le projecteur, que l'on sup pose représenté par le plan 5, pour la repro duction d'une image d'une pellicule du plan de la pellicule sur un écran que l'on suppose re présenté par le plan 6.
Quand le système combiné est mis au point sur l'infini, le système anamorphoseur et l'ob jectif sphérique sont tous deux mis au point sur l'infini, car la lumière entre l'élément posi tif 3 du système anamorphoseur et l'objectif sphérique 4 est en collimation. Quand le sys tème combiné est mis au point pour des dis tances finies, le système anamorphoseur et l'objectif sphérique sont tous deux mis au point de manière correspondante, la mise au point du système anamorphoseur se faisant par ré glage relatif entre les composants négatif et positif 1-2 et 3,
et la mise au point de l'objectif sphérique se faisant par rapport au plan 5, le composant positif 3 étant, de préférence, fixé axialement avec l'objectif sphérique et le com posant négatif 1 - 2 étant réglable par rapport au composant positif 3.
Si l'on suppose que l'on utilise le système anamorphoseur pour la prise et la projection d'images animées et que l'on se sert du type normal de pellicule cinématographique com portant des images dont le rapport de la lar geur à la hauteur est de 4 à 3, le plan axial du système perpendiculaire aux génératrices des surfaces cylindriques du système est disposé horizontalement, ce qui fait que lors de la prise de vue, la dimension verticale des images du champ objet est normale et correspond à la hauteur de l'image de la pellicule cinématogra phique normale,
tandis que la dimension ho rizontale des images du champ objet est une compression d'une étendue relativement grande du champ objet et correspond ainsi à la lar geur de l'image cinématographique normale ; à la projection de l'image comprimée dans le sens horizontal sur la pellicule, la dimension verticale de l'image sur la pellicule est nor male, tandis que sa dimension horizontale est étalée ; il s'ensuit que l'image projetée corres pond au rapport de hauteur et de largeur du champ objet original et qu'elle est ainsi, de manière désirable, de largeur panoramique. Dans l'exemple particulier décrit ici, le rap port de compression ou d'étalement est de 2 à 1.
Si l'on se réfère particulièrement à la fig. 1, on peut observer que les doublets négatifs 1 et 2 du composant négatif, qui sont de préfé rence identiques, ont des surfaces cylindriques extérieures convexes de courbure relativement faible, représentées respectivement en r1 et r4 tournées à l'opposé du composant positif, et des surfaces cylindriques extérieures concaves de courbure relativement forte, représentées respectivement en r3 et r6 tournées vers le com posant positif ;
le doublet composant positif a des surfaces cylindriques extérieures concaves de courbure relativement faible et des surfaces cylindriques extérieures convexes de courbure relativement forte, représentées respectivement par r7 <I>et</I> r6 tournées, respectivement, vers le composant négatif et à l'opposé de celui-ci, toutes ces surfaces cylindriques ayant leurs gé nératrices parallèles comme on l'a décrit ci- dessus. Chacun de ces doublets est constitué par des éléments plan-cylindriques dont les sur faces planes sont tournées l'une vers l'autre et sont, de préférence, collées l'une à l'autre,
les éléments positif et négatif du doublet négatif 1 étant désignés par Li et<I>L2,</I> respectivement, leurs surfaces planes en regard étant désignées par r2, les éléments positif et négatif du dou blet négatif 2 étant désignés par L3 et L4, res pectivement, leurs surfaces planes en regard étant désignées par<I>r5,</I> les éléments négatif et positif du doublet positif 3 étant désignés par L5 et L6, respectivement,
et leurs surfaces pla nes en regard étant désignées par r8. Les épais seurs axiales des éléments Lr à L6 sont respec tivement désignées par t1 <I>à</I> t6 et l'écartement axial entre les doublets négatifs et celui des constituants négatif et positif sont respective ment désignés par s1 et s2.
Un exemple pratique préféré de cette forme d'exécution possède les caractéristiques indi quées au tableau suivant dans lequel les di mensions sont données en millimètres, les in dices de réfraction pour la raie D et les nom bres d'Abbe étant respectivement indiqués en nDetenv:
EMI0003.0040
r1 <SEP> + <SEP> 178,58
<tb> Li <SEP> t1 <SEP> 12,85 <SEP> nD <SEP> 1,649 <SEP> v <SEP> 33,8
<tb> r2 <SEP> 00
<tb> L2 <SEP> t2 <SEP> 6,85 <SEP> nD <SEP> 1,530 <SEP> v <SEP> 51,6
<tb> r3 <SEP> -I- <SEP> 72,03
<tb> <B>Si <SEP> 8,58</B>
<tb> r4 <SEP> -i-- <SEP> 178,58
<tb> L3 <SEP> t3 <SEP> 12,85 <SEP> nD <SEP> 1,649 <SEP> v <SEP> 33,8
<tb> r5 <SEP> 00
<tb> L4 <SEP> t4 <SEP> 6,85 <SEP> nD <SEP> 1,530 <SEP> v <SEP> 51,6
<tb> r6 <SEP> -I- <SEP> 72,03
<tb> s2 <SEP> 129,18 <SEP> (à <SEP> l'oo)
<tb> r7 <SEP> - <SEP> 209,09
<tb> L5 <SEP> t5 <SEP> 5,15 <SEP> nD <SEP> 1,720 <SEP> v <SEP> 29,3
<tb> r$ <SEP> 00
<tb> L6 <SEP> t6 <SEP> 11,12 <SEP> nD <SEP> 1,651 <SEP> v <SEP> 55,6
<tb> r9- <SEP> 96,18 Le constituant négatif 1 - 2 comprenant deux doublets,
les courbures de ses surfaces cylindriques sont réduites par rapport à celles d'un constituant composé d'un seul doublet, ce qui entraîne la réduction de la distorsion et des autres aberrations ; les doublets du système comprenant des éléments plan-cylindriques ayant leurs surfaces planes en regard l'une de l'autre, les éléments ne sont pas difficiles à fa briquer, ce quia pour conséquence une dimi- nution des frais et une orientation commode lors du montage pour amener les génératrices de leurs surfaces cylindriques en parallélisme précis :
le système décrit se distingue ainsi de ceux avec lesquels on rencontre des difficultés de fabrication d'éléments dont les deux surfa ces sont cylindriques, auquel cas il faut que, lors de la fabrication, les génératrices des deux surfaces cylindriques de chaque élément soient maintenues parallèles entre elles avec une fai ble tolérance, par exemple une minute d'arc, pour ne pas nuire à la qualité du système.
Malgré les limitations imposées, en ce qui concerne les corrections, par les interfaces pla nes des doublets du système, celui-ci, tel qu'il est décrit ici, est hautement corrigé pour les aberrations sphérique et chromatique, pour la coma, pour la distorsion et pour la courbure de champ, particulièrement en ce qu'il donne un champ tangentiel relativement plan dans un plan perpendiculaire aux génératrices de ces surfaces cylindriques ;
en plus de la réduction des courbures des surfaces cylindriques du composant négatif résultant du fait qu'il com prend deux doublets, les limitations suivantes, qui s'appliquent à l'exemple particulier décrit ici, contribuent à la correction du système Le rayon de courbure de la surface con cave de chacun des doublets négatifs (r3 et r6) est compris entre 0,6 et 0,9 du rayon de cour bure r3 de la surface convexe du composant positif, pour obtenir un degré élevé de correc tion en ce qui concerne l'aberration sphérique, la comma, et un champ tangentiel plan, mais il n'en est plus ainsi quand le composant positif comprend deux doublets.
La constringence de l'élément négatif L5 du doublet positif n'est pas supérieure au nom- bre d'Abbe de 36 et l'indice de réfraction de l'élément positif L6 du doublet positif n'est pas inférieur à 1,635 pour la raie D ; on obtient ainsi un degré élevé de correction chromatique pour le composant positif, en même temps qu'une correction totale, ou d'ensemble, du système.
Le rayon de courbure de la surface con cave de chacun des doublets négatifs (r3 et r6) est compris entre 0,3 et 0,5 du rayon de cour bure de sa surface convexe (r1 <I>et</I> r4), que les doublets soient identiques ou non, pour per mettre d'obtenir un degré élevé de correction chromatique du composant négatif, en même temps qu'une correction totale, ou d'ensemble, du système.
La distance axiale<I>s,</I> (r6 <I>à</I> r,) entre les composants négatif et positif est comprise entre 1,2 et 1,5 fois le rayon r3 de courbure de la surface convexe du doublet positif quand le système est mis au point sur l'infini, en vue de l'obtention d'un degré élevé de correction satisfaisante simultanée des aberrations, mais il n'en est plus ainsi quand le composant posi tif comprend deux doublets.
L'épaisseur axiale t6 de l'élément positif L6 du doublet positif n'est pas inférieure à 0,065 du rayon r,9 de courbure de la surface convexe de l'élément, pour l'obtention d'une épaisseur marginale convenable de cet élément, pour des ouvertures relativement grandes, sans augmen ter fortement l'encombrement total du sys tème.
The present invention relates to an anamorphic optical system applicable to taking and projecting moving images and also taking photographs, through an anamorphic system, of an object field of relatively large width compared to its height. and obtaining, by this means, an image of the object field in a horizontally compressed form on the normal motion picture film in which the width and height of the images are in the ratio of 4 to 3, then the projection,
through the same anamorphic system or through a corresponding anamorphic system, of the image compressed in the horizontal direction on the film so as to spread out in the horizontal direction the projected image so that it conforms to the ratio of width at the height of the original object field, whereby, while using motion picture film with normal-sized images, the projected image is relatively wide, or panoramic, desirably and results, accordingly, illusion of width, especially if the projection screen is slightly concave in the horizontal plane.
The anamorphic optical system according to the invention comprises two chromatically corrected negative and positive cylindrical components, the focal length of the negative component being shorter than the focal length of the positive component, the axial distance between these two components, when the system is focused on infinity, being equal to the difference between their focal lengths, the generatrices of their cylindrical surfaces being parallel, the positive component having only one convex outer face, the negative component comprising two adjacent negative doublets,
chromatically corrected and each having a convex outer surface opposite the positive component and a concave outer surface facing the positive component. It is characterized in that each of said negative doublets comprises plano-cylindrical elements having their on plane faces turned towards one another, the radius of curvature of the concave surface of each of said negative doublets being between 0.3 and 0.5 of the radius of curvature of its surface. convex and between 0.6 and 0.9 of the radius of curvature of the convex surface of said positive cylindrical component, the axial distance between said negative and positive components, when the system is focused on infinity, being between 1 , 2 and 1.5 times the radius of curvature of the convex surface of the positive component.
An embodiment of the object of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing in which FIG. 1 is a perspective view; fig. 2 is a cross section of this system and of a spherical lens giving a real image functionally associated with said system,
section made by a plane perpendicular to the generatrices of the cylindrical surfaces of the anamorphic system. The anamorphic system shown comprises a frontal negative cylindrical component consisting of two doublets 1 and 2 negative cylinders, chromatically corrected and placed at a small distance from each other,
and a rear positive cylindrical component 3 constituted by a chromatically corrected positive cylindrical doublet and having the generators of its cylindrical surfaces parallel to those of the cylindrical surfaces of the negative components, the focal length of the negative component being smaller than the focal length of the component positive, the axial distance between the two components, when the system is focused on infinity,
being equal to the dif ference between their focal lengths.
The anamorphic system is neutral in its axial plane in which the generators of its cylindrical surfaces are located, so that its image formation is normal in this plane; on the other hand, in the axial plane of the system perpendicular to the generatrices of its cylindrical surfaces, the formation of images by the system with respect to an object plane located, towards the front, beyond the negative component of the system, gives rise to a compression of a relatively large extent of the object field; conversely, forming images from a plane behind the positive component results in smearing and results in a relatively large image extent.
When using the anamorphic system for the formation of real images, as is the case when photographing or projecting images, the system is combined with a suitable spherical objective, as seen on fig. 2, on which a photographic lens 4 is placed behind the anamorphic system between the positive component 3 and the focal plane 5 of a darkroom for taking images of an object field, represented by a plane 6, located at a distance a certain distance, forward,
of the anamorphic system, on a film placed in the focal plane of the dark room. When the system is used for image projection, the photographic lens and the darkroom are replaced by an appropriate projection lens and a projector, or lantern, the projection lens being arranged between the component. positive 3 and the plane of the film in the projector, which one supposes represented by the plane 5, for the reproduction of an image of a film of the plane of the film on a screen which is supposed to be re presented by plan 6.
When the combined system is focused on infinity, both the anamorphic system and the spherical lens are focused on infinity, because the light between the positive element 3 of the anamorphic system and the lens spherical 4 is in collimation. When the combined system is tuned for finite distances, the anamorphic system and the spherical lens are both tuned correspondingly, with the tuning of the anamorphic system being achieved by relative adjustment between the negative components. and positive 1-2 and 3,
and the focusing of the spherical objective being relative to the plane 5, the positive component 3 being preferably fixed axially with the spherical objective and the negative component 1 - 2 being adjustable relative to the positive component 3 .
Assuming that you are using the anamorphic system for taking and projecting moving images, and that you are using the normal type of motion picture film comprising images with a ratio of width to height. is 4 to 3, the axial plane of the system perpendicular to the generatrices of the cylindrical surfaces of the system is arranged horizontally, so that when shooting, the vertical dimension of the images of the object field is normal and corresponds to the height of the image of normal motion picture film,
while the horizontal dimension of the images of the object field is a compression of a relatively large extent of the object field and thus corresponds to the width of the normal cinematographic image; when projecting the compressed image horizontally onto the film, the vertical dimension of the image on the film is normal, while its horizontal dimension is spread out; it follows that the projected image corresponds to the height and width ratio of the original object field and is thus, desirably, of panoramic width. In the particular example described here, the compression or spreading ratio is 2 to 1.
If we refer particularly to FIG. 1, it can be observed that the negative doublets 1 and 2 of the negative component, which are preferably identical, have convex outer cylindrical surfaces of relatively small curvature, represented respectively at r1 and r4 facing away from the positive component, and concave outer cylindrical surfaces of relatively strong curvature, represented respectively by r3 and r6 facing the positive component;
the positive component doublet has concave outer cylindrical surfaces of relatively low curvature and convex outer cylindrical surfaces of relatively high curvature, represented respectively by r7 <I> and </I> r6 facing, respectively, towards the negative component and to the opposite thereof, all of these cylindrical surfaces having their generators parallel as described above. Each of these doublets is formed by plan-cylindrical elements whose flat surfaces face one another and are preferably glued to each other,
the positive and negative elements of negative doublet 1 being designated by Li and <I> L2, </I> respectively, their facing flat surfaces being designated by r2, the positive and negative elements of negative doublet 2 being designated by L3 and L4, respectively, their facing flat surfaces being designated by <I> r5, </I> the negative and positive elements of positive doublet 3 being designated by L5 and L6, respectively,
and their facing flat surfaces being designated by r8. The axial thicknesses of the elements Lr to L6 are respectively designated by t1 <I> to </I> t6 and the axial spacing between the negative doublets and that of the negative and positive components are respectively designated by s1 and s2.
A preferred practical example of this embodiment has the characteristics indicated in the following table in which the dimensions are given in millimeters, the refractive indices for the D line and the Abbe numbers being respectively indicated in nDetenv:
EMI0003.0040
r1 <SEP> + <SEP> 178.58
<tb> Li <SEP> t1 <SEP> 12.85 <SEP> nD <SEP> 1.649 <SEP> v <SEP> 33.8
<tb> r2 <SEP> 00
<tb> L2 <SEP> t2 <SEP> 6.85 <SEP> nD <SEP> 1.530 <SEP> v <SEP> 51.6
<tb> r3 <SEP> -I- <SEP> 72.03
<tb> <B> If <SEP> 8.58 </B>
<tb> r4 <SEP> -i-- <SEP> 178.58
<tb> L3 <SEP> t3 <SEP> 12.85 <SEP> nD <SEP> 1.649 <SEP> v <SEP> 33.8
<tb> r5 <SEP> 00
<tb> L4 <SEP> t4 <SEP> 6.85 <SEP> nD <SEP> 1.530 <SEP> v <SEP> 51.6
<tb> r6 <SEP> -I- <SEP> 72.03
<tb> s2 <SEP> 129,18 <SEP> (at <SEP> the oo)
<tb> r7 <SEP> - <SEP> 209.09
<tb> L5 <SEP> t5 <SEP> 5.15 <SEP> nD <SEP> 1.720 <SEP> v <SEP> 29.3
<tb> r $ <SEP> 00
<tb> L6 <SEP> t6 <SEP> 11.12 <SEP> nD <SEP> 1.651 <SEP> v <SEP> 55.6
<tb> r9- <SEP> 96,18 The negative constituent 1 - 2 comprising two doublets,
the curvatures of its cylindrical surfaces are reduced compared to those of a component composed of a single doublet, resulting in the reduction of distortion and other aberrations; since the doublets of the system comprising plan-cylindrical elements having their flat surfaces facing each other, the elements are not difficult to fabricate, resulting in lower costs and convenient orientation during fabrication. assembly to bring the generators of their cylindrical surfaces in precise parallelism:
the system described is thus distinguished from those with which difficulties are encountered in the manufacture of elements whose two surfaces are cylindrical, in which case it is necessary that, during manufacture, the generatrices of the two cylindrical surfaces of each element are kept parallel between them with a small tolerance, for example one minute of arc, so as not to affect the quality of the system.
Despite the limitations imposed, with regard to corrections, by the plane interfaces of the doublets of the system, the latter, as described here, is highly corrected for spherical and chromatic aberrations, for coma, for distortion and for field curvature, particularly in that it gives a relatively flat tangential field in a plane perpendicular to the generatrices of these cylindrical surfaces;
in addition to the reduction in the curvatures of the cylindrical surfaces of the negative component resulting from the fact that it consists of two doublets, the following limitations, which apply to the particular example described here, contribute to the correction of the system The radius of curvature of the convex surface of each of the negative doublets (r3 and r6) is between 0.6 and 0.9 of the radius of curvature r3 of the convex surface of the positive component, to obtain a high degree of correction in terms of concerns spherical aberration, comma, and a plane tangential field, but this is no longer the case when the positive component includes two doublets.
The constringence of the negative element L5 of the positive doublet is not greater than the Abbe number of 36 and the refractive index of the positive element L6 of the positive doublet is not less than 1.635 for the line D; this results in a high degree of chromatic correction for the positive component, together with total, or overall, correction of the system.
The radius of curvature of the con cave surface of each of the negative doublets (r3 and r6) is between 0.3 and 0.5 of the radius of curvature of its convex surface (r1 <I> and </I> r4) whether the doublets are identical or not, to achieve a high degree of chromatic correction of the negative component, along with total or overall correction of the system.
The axial distance <I> s, </I> (r6 <I> to </I> r,) between the negative and positive components is between 1.2 and 1.5 times the radius r3 of curvature of the surface convex of the positive doublet when the system is focused on infinity, with a view to obtaining a high degree of satisfactory simultaneous aberration correction, but this is no longer the case when the positive component comprises two doublets .
The axial thickness t6 of the positive element L6 of the positive doublet is not less than 0.065 of the radius r, 9 of curvature of the convex surface of the element, in order to obtain a suitable marginal thickness of this element , for relatively large openings, without greatly increasing the overall size of the system.