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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von bei der Projektion stereoskopischen
Bildern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von stereoskopischen Bildern für die Projektion, insbesondere für die Kinematographie, und hat den Zweck, das Verfahren und die Vorrichtung derart zu vervollkommnen, dass der stereoskopische Effekt befriedigender erhalten wird als bisher möglich war.
Das Verfahren besteht im wesentlichen darin. dass man die Entfernung zwischen den Aufnahmeobjektiven oder zwischen den Strahlenrohren. welche die von dem zu photographierenden Gegenstand ausgehenden Lichtbündel aufnehmen, je nach dem Verhältnis der wirklichen Gegenstandsgrösse zu der auf der Projektionsfläche erhaltenen Bildgrösse des Gegenstandes ändert, so dass die erwähnte Entfernung im allgemeinen dem Produkte aus dem normalen Abstand der Augen (ungefähr 63 ww) und einem Faktor n entspricht, der das genannte Verhältnis ausdrückt.
Das Verfahren beruht ferner darauf, dass eine Reihe von Bildern eines bestimmten Gegenstandes auf demselben Film hergestellt wird, wobei die Bilder paarweise angeordnet und mit einer doppelt so grossen Geschwindigkeit als üblich ist projiziert werden.
Man hat dieses Verfahren bereits in der Weise vorgeschlagen, dass für jedes Bildpaar ein Bild neben dem andern auf einem gewöhnlichen Film gleichzeitig hergestellt wird. Dabei ergibt sich jedoch die Unannehmlichkeit, sowohl für die Aufnahme als auch für die Projektion zufolge der kleinen Dimensionen und besonderen Form der Bilder sehr kostspielige und umständliche optische Systeme benützen zu müssen.
Es wurde auch vorgeschlagen, die beiden Bilder eines Bildpaares auf einem gewöhnlichen Film folgeweise herzustellen. In diesem Falle ist es jedoch infolge der zwischen der Herstellung der Bilder verlaufenden Zeit, selbst wenn sie sehr kurz ist, nicht möglich, eine hinreichende Genauigkeit zu erreichen.
Erfindungsgemäss werden die einen bestimmten Gegenstand darstellenden Bilder eines Bildpaares auf einem gewöhnlichen Film mit einer doppelt so grossen als der gewöhnlichen Geschwindigkeit in dem gleichen Augenblicke in Übereinanderlage aufgenommen.
Die Erfindung besteht auch in einer Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden beispielsweise Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Stellung, die ein gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter stereokinematographischer Apparat im Hinblick auf das zu photographierende Objekt einnimmt. Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellung die Stellung, die ein gewöhnlicher stereokinematographischer Apparat gegenüber dem gleichen Gegenstand einnimmt. Fig. 3 zeigt in gleicher Darstellung die Stellung, die ein gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter stereokinematographischer Apparat hinsichtlich des zu photographierenden Gegenstandes einnimmt. Fig. 4 zeigt in gleicher Darstellung die Stellung. die ein gewöhnlicher stereokinematographischer Apparat gegenüber dem gleichen Gegenstand einnimmt.
Fig. 5 zeigt im Grundriss, wie diese beiden Ausführungsformen kombiniert werden können. Fig. 6 zeigt im Aufriss die Stellung des Films bezüglich
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-des in Fig. 5 dargestellten Apparates. Die Fig. 7 und 8 zeigen im Aufriss (teilweise im Schnitt) und im Grundriss einen Kinematographapparat, der gemäss der in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsform ausgebildet ist.
Alle bisher durchgeführten Versuche haben nur unvollkommene Resultate gezeitigt, weil man zwischen den beiden Objektiven oder den sie ersetzenden optischen Kombinationselementen sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Projektion immer einen Abstand beibehalten hat, der dem mittleren Abstand der menschlichen Augen gleich oder fast gleich ist, also etwa 60-70 mm, im Durchschnilt etwa 63 mm beträgt ; ein richtiger Abstand, wenn es sich um Negative handelt, die mittels eines Stereoskops beliebiger Konstruktion betrachtet werden sollen, aber ein falscher Abstand, wenn es sich um stereoskopische Bilder handelt, die kinemato- graphisch oder nicht kinematographisch projiziert werden sollen, da diese Bilder immer stark vergrössert auf die Projektionsfläche geworfen werden.
Damit der reliefartige Eindruck von einem Gegenstand ebenso perspektivisch erscheine wie bei der Beobachtung dieses Gegenstandes mit freiem Auge, ist es im Falle der Projektion notwendig, das Verhältnis der wirklichen Grösse des photographierten Objektes zur Grösse des projizierten Bildes zu berücksichtigen.
Beispielsweise bei der Projektion in wahrer Grösse, d. h., wenn das projizierte Bild auf dem Projektionsschirm der Gegenstandsgrösse gleich ist, wird das Verhältnis 1 : 1 sein. In diesem Falle wird der Abstand der Aufnahmsobjektive 1 : 1 sein müssen, d. h. gleich dem
Augenabstand, also etwa 60 - 70 mm.
Bei Kinematographapparaten wird beispielsweise im Verhältnis 1 : 2 oder 1 : 3, im allgemeinen 1 : n projiziert. Der Objektivabstand wird im gleichen Verhältnisse stehen müssen,
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Bei Beobachtung dieser Regel, auf der das Prinzip der Erfindung beruht, und nur in diesem Falle, erhält man einen reliefartigen Eindruck wie beim normalen Betrachten. Dieses Prinzip ergibt sich aus der Beobachtung, dass das reliefartige Sehen nur infolge der Konvergenz beider Augen gegen einen nicht im Unendlichen liegenden Punkt entsteht und bei einer Betrachtung auf sehr grosse Entfernung (beim Blick ins Unendliche) aufhört perspektivisch zu sein, da in diesem Falle die Augenachsen parallel zueinander sind.
Der Konvergehzwinkel der beiden Augen kann als Massstab des Reliefs betrachtet werden.
Wenn man das gleiche Relief bei vergrössertem Bild erhalten will, muss man die gleichen Winkelgrössen bei der Projektion beibehalten. Andernfalls wird die reliefartige Darstellung immer mehr und mehr in dem Masse, als der Grössenunterschied wächst, vermindert, was dem verlangten Effekt widerspricht.
Ausserdem konstatiert man, dass bei der Projektion der beiden stereoskopischen Bilder (des rechten und des linken) ein Flackern am Umrand des zusammengesetzt projizierten Bildes eintritt, die davon herrührt, dass es bei sehr kleinem Aufnahmewinkel praktisch unmöglich ist. die beiden Bilder in angemessener Weise zum Überdecken zu bringen, da die Umränder der Bilder gemäss Fig. 4 verschieden sind. Dieser Nachteil lässt sich durch Vergrösserung des Objektivabstandes, wie oben beschrieben, beheben, weil ja dadurch der Beobachtungswinkel K (Fig. 1) einen konstanten Wert beibehält.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung, während Fig. 2 das allgemein bisher angewendete Prinzip angibt.
In beiden Figuren sieht man eines der Enden eines Zylinders mit der Achse C und dem Halbmesser 1'. Dieser Zylinder wird von der Seite von beiden Augen bei normalem Abstand gesehen oder von den Objektiven, die sich auf der Geraden A, B bei o und 0'befinden. Bei vergrösserter, z. B. verdoppelter Projektion wird der projizierte Zylinder die gleiche Achse C haben, dessen Halbmesser wird aber doppelt so lang, also gleich 2 l'sein und der Abstand zwischen der Achse C und der Geraden A, B wird verdoppelt sein. Die Gerade D, E ersetzt jetzt die Geraden A B.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besitzen die bei 0 und 0'auf der Geraden D E angeordneten Objektive einen doppelt so grossen Abstand als bei o. o'. Die Winkel , von denen nur einer dargestellt ist, geben die zurücktretenden Teile des Zylinders oben und unten an und sind ein Charakteristikum der reliefartigen Darstellung. Diese Winkel sind in beiden Fällen gleich, sowohl bei der Betrachtung von o, 0'als auch von 0, 0'aus. Der Zylinder mit doppeltem Durch-
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Grösse nicht verändert, da er ja die normale Ansicht des Zylinders wie in Fig. 1 vorstellt. Da dieser Winkel, wie erwähnt, die zurücktretenden Teile des Zylinders angibt, wird, wenn die Augen sich bei o, out befinden der reliefartige Eindruck bedeutend abgeschwächt.
Der Zylinder mit doppeltem Durchmesser hat daher nicht mehr das gleiche Aussehen wie der ursprüngliche Zylinder. Der Teil, der sich innerhalb des Winkels pus befindet ist bedeutend erweitert und ist vergrössert um den doppelten Bogen, der dem Winkel y entspricht, da der zurücktretende Teil auf 2 vermindert ist. Der Zylinder bietet dann nicht mehr dasselbe Aussehen, sondern erscheint viel flacher, als wenn er in seiner natürlichen Grösse gesehen wird.
Das vorstehend Beschriebene gilt auch für die Projektion von Gegenständen, wie Porträte, Büsten, Personen, die sich als richtiges Relief von einem vorzugsweise neutralen oder einem entfernten Hintergrund abheben.
Die praktische Durchführung des Verfahrens bietet keinerlei Schwierigkeiten.
Zu diesem Zwecke werden entweder zwei übliche Kinematographapparate verwendet, die miteinander verbunden sind und mit denen man zwei gewöhnliche Filme erhält. Die hergestellten Positive werden mittels zwei in gleicher Weise vereinigter gewöhnlicher Projektionsapparate projiziert.
Oder man kann auch einen einzigen Kinematographapparat verwenden, mit einem Film von doppelter Breite, dessen Positive ebenfalls mittels eines einzigen, entsprechend ausgebildeten Projektionsapparates projizierbar sind. Dieser Projektionsapparat muss geeignet sein, bei der Projektion ein Überdecken beider Bilder zu ermöglichen.
Endlich kann auch ein gewöhnlicher Film verwendet werden, der beide Bilder zugleich oder nacheinander aufnimmt und dessen Positive mittels eines gewöhnlichen Vorführungsapparates projiziert werden. Dabei muss die Vorführungsgeschwindigkeit dieses Filmes auf das Doppelte der üblichen Geschwindigkeit gesteigert werden, d. h. die Zahl der zu projizierenden Bilder wird gegenüber der üblichen Zahl von 16 bis 17 pro Sekunde, im vorliegenden Falle auf 32 bis 34 erhöht, wobei diese Zahl jedoch noch gesteigert werden kann.
Die Vergrösserung des Abstandes der Objektive bzw. der sie ersetzenden optischen Einrichtungen verursacht Störungen im Mittel-und Hintergrunde des Bildes, da sich die Lichtstrahlen in gewissen Fällen hinter dem Vordergrund, rechts oder links, kreuzen können.
Vor allem muss man bedenken, dass ein reliefartiger Eindruck tatsächlich nur im Vordergrunde erhalten wird und dass die relativen Grössen der Objekte, die sich im Mittel-oder Hintergrund befinden. nur durch einfachen Vergleich mit den Objekten im Vordergrund bestimmt werden, zum grössten Teil durch die Empfindung des Schon-gesehen-habens*. (dejä vue) und nicht durch wirkliches perspektivisches Heraustreten der Objekte.
Ferner ist zu berücksichtigen, dass die Augen sehr wenig für Unterschiede der Entfernung in horizontaler Richtung empfindlich sind, da der maximale Augenwinkel in den Augenhöhlen im Mittel 850 ist. Dieser Winkel dient zur Bestimmung, ob ein Bild noch zur Gänze-vom Beschauer gesehen werden kann. Daraus kann man unmittelbar schliessen, dass, wenn der Betrachter sich nahe dem Projektionsschirm befindet, er nur einen beschränkten Teil des projizierten Bildes beobachten kann und ihm daher die möglicherweise vorhandenen Mängel an den Seiten entgehen.
Wenn dagegen der Beschauer sich in grösserer Entfernung von der Projektionsfläche befindet, wird er einen grösseren Teil des projizierten Bildes erfassen, aber die Entfernung lässt ihn jene Genauigkeit der Betrachtung verlieren, die notwendig ist, um die geringen Fehler an den Seiten des projizierten Bildes zu konstatieren.
Endlich muss man berücksichtigen, dass die Augen einen Entfernungsunterschied in vertikaler Richtung sehr schlecht, im allgemeinen überhaupt nicht erfassen.
Auf Grund der vorstehenden drei Bemerkungen kann man schliessen, dass die Neigung der Objektive in horizontaler Richtung von Wichtigkeit sein kann ; aber das gleiche gilt nicht für die Neigung in vertikaler Richtung. Die Neigung in horizontaler Richtung kann ohne Schwierigkeiten einen Winkel von ungefähr 850 bei miteinander verbundenen und konvergierenden Apparaten betragen.
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bestenfalls zueinander parallel, wie bei den gewöhnlichen photographischen stereoskopischenApparaten.
Die Augen beschreiben bekanntlich eine genaue definierbare Kurve, die durch den Konvergenzwinkel messbar ist. Die beiden Apparate oder die ersetzenden optischen Einrichtungen müssen nach dem gleichen Prinzip gebaut sein, um das gleiche praktische Ergebnis zu zeitigen.
Wird zur Aufnahme, wie erwähnt, ein doppelter stereoskopischer Apparat oder ein einfacher Apparat mit optischer Zurückstrahlung an Stelle der Objektive verwendet, kann man wie folgt vorgehen.
Für das rechte Bild wird auf das Zentrum des zu photographierenden Gegenstandes eingestellt, für das linke Bild auf den Rand des Gegenstandes, oder es kann auch umgekehrt verfahren werden.
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Weiters kann man ein-kombiniertes mittleres Verfahren anwenden. indem man mehr oder weniger das eine oder das andere Bild hervorhebt.
Die beiden Bilder können bei den vorangeführten drei Fällen über Wunsch von verschiedener Lichtstärke sein. Dies erreicht man auf irgendeine übliche Weise, z. B. vermittels Lichtschirmen.
Bei der Projektion überdecken sich beide Bilder und der reliefartige Eindruck wird mehr oder weniger, je nach der gewählten Kombination, hervorgerufen.
Um bei der Projektion ein richtiges Überdecken der Bilder bei Mehrfachapparaten zu erreichen oder um ein richtiges Filmpositiv zu erhalten, können die zuerst hergestellten Bilder mit einfachen Merkzeichen versehen werden, z. B. mit einer in der Mitte befindlichen horizontalen oder vertikalen Linie oder einem Kreuz- oder irgend einem andern Zeichen. Man bewirkt die Zentrierung der rechten, linken, mittleren usw. Bilder durch Überdecken der Zeichen, in ähnlicher Weise wie bei der Mehrfarbendarstellung.
Fig. 4 zeigt schematisch einen stereokinematographischen Apparat, wie man ihn bisher
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und die Filme Fund Fl, die durch ihre Spuren angedeutet sind, sind senkrecht zu den genannten Achsen angeordnet.
G ist die Achse eines Zylinders, der von der Seite aus von den Objektiven aufgenommen wird. Jedes Bild dieses Zylinders entsteht auf dem entsprechenden Film in deformierter, nicht symmetrisch ovaler Form, in der Zeichnung mittels vollem Linienzug auf dem umgelegten Film dargestellt. Dieses Bild befindet sich zwischen den beiden Kreislinien. die in der Zeichnung strichliert angedeutet sind.
Diese bekannte Deformation ist bei gewöhnlicher Stereophotographie wenig bemerkbar. denn das zusammengesetzte Bild, das durch Überdecken der Punkte fund ft erhalten wird (für jedes einzelne deformierte Bild sind die Mittelpunkte der beiden entsprechenden Kreise. zwischen denen sich das genannte Bild befindet, gemeinsam), ist bedeutend kleiner als der wirkliche, photographierte Gegenstand. Dieser Fehler wirkt sich aber sehr stark bei Stereo- kinematographen aus, wo die Bilder immer bedeutend vergrössert werden.
Fig. 3 zeigt, im gleichen Schema wie Fig. 4, wie diese Nachteile sich mehr oder weniger vollkommen verbessern lassen. Die beiden Achsen der Objektive o und (/sind gegeneinander konvergierend und die Filme, die durch ihre Spur dargestellt sind, sind senkrecht zu den Achsen ihrer Objektive angeordnet. Das Bild gibt nun sehr genau die wirkliche Form des photographierten Gegenstandes wieder, d. h. ohne jede Deformation. Diese Lösung ist für die Stereokinematographie allein annehmbar.
Die vorstehenden Erwägungen, die keineswegs neu sind, haben nur den Zweck, über die Natur des normalen Sehens Klarheit zu verschaffen. Bisher hat man aber von derartigen Untersuchungen keine Nutzanwendung auf die Kinematographie gemacht und nur sehr wenig für die Photostereoskopie.
Trotz all dem besteht noch eine bedeutende Unvollkommenheit.
Der Gegenstand, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Zylinder, wird nicht in natürlicher Grösse reproduziert, sondern ist in seiner Ausdehnung verkleinert. Von der einen Seite wird er mit dem scheinbaren Durchmesser G, H gesehen, von der andern Seite mit dem Durchmesser Gt El. Beim Überdecken der Bilder erscheint der Gegenstand mit einem scheinbaren fiktiven Durchmesser G Ho, der etwas kleiner ist als der wirkliche Zylinderdurchmesser. Die Teile G Gl und R H, deren jeder nur einmal aufgenommen wird, erwecken den Eindruck des Zurückweichens und der Bogen C J H, der zweimal aufgenommen wird, wird hiedurch als hervortretend betont, so dass auf diese Weise der reliefartige Eindruck entsteht.
Der Punkt 1 weist eine geringere Entfernung von den Objektiven auf als die Punkte G und M bzw. Cxf und H. Die Objektive können so gut wie nur in einem fixen Abstand von den entsprechenden Filmen angeordnet werden.
Wenn der Punkt 1 auf dem Film genau wahrgenommen wird, so können natürlich die Plmkte wie G ! und E und in noch stärkerem Masse G und H'nicht so genau wahrgenommen werden und umgekehrt.
Diese Ungenauigkeit ist praktisch vernachlässigbar bzw. nicht wahrnehmbar für Gegen- stande, die sich weit von den Objektiven befinden. Denn die Strahlen, z. B. G'0'und H o.
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Man kann praktisch annehmen, dass die im Vordergrund befindlichen Gegenstände in ihren Dimensionen virtuell verkleinert sind, während die entfernteren Gegenstände in ihren tatsächlichen Dimensionen aufgenommen werden. So wie bei der kinematographischen Projektion, bei welcher die Bilder im allgemeinen, sehr vergrössert sind, die betreffende Reliefwirkung auch noch durch diese Tatsache abgeschwächt wird.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen schematisch nur als Ausführungsbeispiel eine Einrichtung. mittels welcher ein negativer stereoskopischer Film hergestellt werden kann.
Diese Einrichtung besteht aus zwei röhrenförmigen, teleskopischen, horizontalen Armen g, die untereinander in zwei horizontalen Ebenen angeordnet sind, in einer gegenseitigen Entfernung, die gleich der Entfernung der Bildhöhe ist.
Diese beiden Arme. können vermittels einer gemeinsamen vertikalen Achse verschiedene
Winkel-und Symmetriestellungen annehmen.
An dem freien Ende jedes Armes ist ein Reflektorensystem angeordnet, z. B. ein Prisma gl mit totaler Reflexion, das geeignet ist, die von dem zu photographierenden Gegenstand ausgesendeten Strahlenbündel gegen die Achse zu reflektieren.
Zu jedem Arm gehört ein Spiegel g2, der um die vertikale Achse drehbar und derart angeordnet ist, dass er die von dem entsprechenden Prisma reflektierten Strahlen gegen das
Objektiv i wirft. Die beiden übereinander angeordneten Objektive können auch durch ein einziges bifokales Objektiv ersetzt werden.
Der Spiegel bzw. die Objektive belichten gleichzeitig ein Bilderpaar j j1 eines gewöhnlichen
Filmes k. Der Film muss sich daher jedesmal um die doppelte Bildhöhe verschieben.
Die Arme g, die hinsichtlich des fixen Gestelles l beweglich sind, sind gemeinsam mittels eines aus Schneckenrad mit endloser Schnecke bestehenden Vorgeleges betätigbar. Diese
Bewegung darf nur sehr langsam, sehr präzise und nur mit grosser Übersetzung erfolgen. Der Konvergenzwinkel e ist in Fig. 5 zwecks deutlicherer Darstellung übertrieben gezeichnet.
Die Fig. 7 und 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel. Ein Zahnrad m, das direkt durch ein nicht dargestelltes Rädchen betätigt wird, wirkt auf die Zahnräder n, die auf den
Achsen n1 fix gelagert sind. Diese Achsen tragen zwei Schnecken, die mit den Zahnsegmenten g3 der Arme g in Eingriff sind.
Wenn man das oben erwähnte Rädchen bewegt, so wird diese Bewegung direkt auf die Arme übertragen, die sich gegeneinander bewegen, um den gleichen Winkel, u. zw. um die zentral angeordnete vertikale Achse des fixen Teiles I. Gleichzeitig mit dieser Konvergenz- bewegung werden die beiden Spiegel g2 im gleichen Sinne wie die bezügliche Arme 9 bewegt.
Diese Spiegel müssen einen Bogen beschreiben, der halb so gross ist wie der von den
Armen 9 beschriebene Bogen. Zu diesem Zwecke ist der obere Antrieb verlängert. u. zw. mittels einer vertikalen Achse o, die oben ein Schneckenrad 0'trägt, das seine Bewegung von den beiden Rädern n3, die auf den Achsen n'fix gelagert sind, erhält. Das gleiche Vorgelege befindet sich am unteren Teil und treibt bei der Bewegung die Schnecken p, die die zwei
Räder 94 betätigt.
Die letzteren Räder bewirken die Drehung des Spiegels g2 um die konzentrischen
Achsen dz Die Durchmesser, die Anzahl der Zähne und die Ganghöhe derselben sowie auch die der Gewinderichtungen sind derart bestimmt. dass die von den Spiegeln beschriebenen Bögen genau die Hälfte der von den Armen 9 beschriebenen Bögen sind.
Der Antrieb der Spiegelbewegung ist in der Zeichnung zwecks deutlicherer Veranschau- lichung auf die Vorderfläche des Trägers l verschoben. Vorteilhafterweise wird dieses Getriebe in der Mitte des Trägers angeordnet, wobei sich alle Antriebsteile konzentrisch auf der oberen oder unteren Fläche des fixen Trägers befinden.
Die Vorrichtung kann auch für fixe Projektionen verwendet werden oder die Arme 9 können, statt im Winkel zueinander verschiebbar, fix sein, in welchem Falle die Prismen g1 durch Spiegel ersetzt werden, die geeignet sind, gleichzeitig mit der Verschiebung der zentralen
Spiegel g2 eine bestimmte Richtung anzunehmen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von bei der Projektion stereoskopischen Bildern, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Objektiven des Aufnahmeapparates oder zwischen den Strahlenrohren, welche die von dem zu photographierenden Gegenstand ausgehenden Strahlen- bündel aufnehmen, je nach dem Verhältnis der wirklichen Grösse des Gegenstandes zu seiner auf der Projektionsfläche erhaltenen Bildgrösse geändert wird.