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Man hat versucht, Bilder (oder Projektionen), die beim Betrachten einen stereoskopischen Effekt zeigen, dadurch herzustellen, dass man zwei oder mehrere von getrennten Standpunkten aus gewonnene Aufnahmen übereinander auf einem Bild oder abwechselnd kurz nacheinander auf einem Projektionsschirm abbildete (Kanolt) oder dass man zwei oder mehrere Bilder durch ein Gitter betrachtete, hinter welchem die Bilder, die zu Streifen zerhackt sein müssen, so angebracht sind, dass das eine Auge durch die Gitterspalten nur ein Bild, das andere Auge das andere Bild sieht (Ives).
Diese beiden Methoden haben grosse Nachteile. Die erste Methode kann nie einen vollkommenen stereoskopischen Effekt vermitteln, da das Auge nur angeregt wird, aus Unschärfe im Bild auf dessen räumliche Gestaltung zu schliessen.
Bei der zweiten Methode nehmen die dunklen Rasterlinien, die für jedes Auge das falsche Bild verdecken sollen, viel Licht weg, denn sie müssen praktisch etwa viermal so breit sein wie die durchsichtigen Rasterzwischenräume. Solche Bilder sind auch nur aus ganz bestimmten Entfernungen und unter ganz bestimmten Winkeln sichtbar. Bei der Projektion müssen die Rasterstreifen des Bildes genau mit entsprechenden Rasterstreifen des Bildschirmes übereinstimmen, eine Bedingung, die bei der Projektion laufender Bilder (Filme) unmöglich eingehalten werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die folgende Aufgabenstellung zugrunde :
1. Es soll ein stereoskopischer Effekt bei der direkten Betrachtung eines einzigen Bildes ohne zusätzliche Hilfsmittel (Stereoskop oder Gitter) möglich sein. Diese Betrachtung soll in allen Entfernungen und in allen Winkeln den korrekten stereoskopischen Effekt geben.
2. Dieses Bild soll nicht durch Überlagerung zweier oder mehrerer Bilder gewonnen sein, sondern unmittelbar nebeneinanderliegende Bildpunkte aufweisen, damit es durch das Aufnahmeobjektiv auch wieder projiziert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben muss von den Verhältnissen des Sehens mit zwei Augen ausgegangen werden. Der Abstand der beiden Augen, verbunden mit einem sehr feinen (unbewussten) Gefühl für die Stellung der Augen, bildet die physiologische Grundlage des stereoskopischen Sehens. Aus der Augenstellung schätzt das Gehirn den Gesichtswinkel und damit das Mass für die räumliche Entfernung des betrachteten Gegenstandes.
Diese beiden Grössen, Augenabstand und Gesichtswinkel, müssen auch die Grundlagen für jedes Verfahren bilden, das sich mit der Erzeugung von Bildern beschäftigt, die einen stereoskopischen Effekt zeigen.
Damit in das Objektiv alle von dem Objekt ausgehenden Lichtstrahlen unter denselben Winkeln einfallen können, wie sie in die beiden Augen eines Beobachters fallen würden, der sieh an derselben Stelle befindet wie der Aufnahmeapparat, ist es notwendig, dass die wirksame Objektivöffnung einen Durchmesser besitzt, der mindestens so gross ist wie der Augenabstand des Menschen (63 mm). Es ist natürlich
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möglich, einen merkbaren stereoskopischen Effekt mit etwas kleinerem Objektivdurchmesser zu erzielen.
Im allgemeinen verschwindet er jedoch bei Aufnahmen mit einem Durchmesser von etwa 45 statt 63 min.
Die Bedeutung des Gesichtswinkels für die Apparaturdaten erhellt aus folgendem :
Ist es möglich, ein Bild herzustellen, auf welchem nicht nur die Helligkeitsuntersehiede des Aufnahmeobjektes festgehalten sind, sondern auch die Richtung der von jedem Punkt des Aufnahmeobjektes ausgehenden Lichtstrahlen, so ist damit das stereoskopisch wirkende Bild geschaffen. Durch die später zu beschreibenden besonderen Mittel der Erfindung ist dies gelungen. An dieser Stelle soll zunächst untersucht werden, welches der günstigste grösste Winkel für bei der Betrachtung des Bildes von diesem in das Auge fallenden Strahlen ist. Daraus ist dann der Wert für die Öffnung des Aufnahmeobjektivs abzuleiten.
Je grösser der Bildwinkel ist, um so näher erscheint dem Betrachter der Gegenstand. Im allgemeinen kann man jedoch nicht mehr deutlich sehen, wenn der Gegenstand weniger als 15 cm vom Auge entfernt
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gewonnenen Bildes nicht mehr ausgenutzt werden kann.
Ein grösseres Öffnungsverhältnis des Objektivs gibt keinen grösseren stereoskopischen Effekt, denn der Mensch kann aus physiologischen Gründen keinen grösseren stereoskopisehenEffekt wahrnehmen, als denjenigen, an den ihn sein Augenabstand gewöhnt hat. Wenn man eine grössere Öffnung benutzt, erhält man ein helleres Bild und eine grössere Verschiebung der Gegenstände im Raum, als sie in der Wirklichkeit auftritt, wenn man den Betrachtungswinkel in gleicher Weise ändert (dies ist später näher auseinandergesetzt).
Nun darf aber auch, wenn man unter allen Möglichkeiten der Betrachtung das Auftreten von pseudostereoskopischem Effekt vermeiden will, d. h. wenn das Bild bei direktem Betrachten aus allen in Betracht kommenden Winkeln und Entfernungen den korrekten stereoskopischen Effekt geben soll,
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in diesem Abstand das Bild, das bestimmte Strahlenrichtungen festlegt, deutlich stereoskopisch sehen wird. Nähert man das Bild dem Auge, so ergibt sich der pseudostereoskopische Effekt, d. h. die entfernten Gegenstände rutschen nach vorne und das, was als Vordergrund photographiert ist, erscheint hinten liegend. Diese Erscheinung kommt daher, dass das rechte Auge diejenigen Bildstrahlen erhält, welche, um den richtigen stereoskopisehen Eindruck zu ergeben, in das linke Auge fallen müssten und umgekehrt.
Insbesondere wirkt sich dies störend bei der Projektion stereoskopischer Filme auf einen geeigneten Schirm aus. Praktisch tritt dann Pseudoeffekt periodisch in kurzen räumlichen Abständen auf, so dass mindestens die Hälfte der Plätze eines Kinosaales unbrauchbar wäre. Hervorgerufen wird die Erscheinung dadurch, dass unter diesen Verhältnissen ein Bildelement durch eine nicht dazugehörige Rasterlinse betrachtet wird (es wird später erklärt, dass die Strahlenrichtung durch Rasterlinsen festgehalten wird).
Die einfachste Methode, um diesen Nachteil zu beseitigen, besteht darin, dass das Öffnungsverhältnis
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Praktisch wird man natürlich auch mit etwas kleineren Öffnungsverhältnissen auskommen, da alle besprochenen Daten auf physiologischen Werten beruhen, die einen gewissen Spielraum zulassen.
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pensiert wird.
Um bei der Betrachtung einer stereoskopischen Photographie ebenso wie bei der Projektion derselben ganz bestimmte Strahlenriehtungen beizubehalten, wie sie auch in der Natur bestehen (aus diesen Richtungen ergibt sieh ja der stereoskopische Effekt), benutzt man nach der Erfindung ein Raster kleiner Linsen, welche direkt auf die Zelluloidschicht des Films aufgebracht sind.
Diese Linsen sind denjenigen analog gebildet, die bei der Projektion farbiger Bilder-insbesondere bei der Aufnahme und Projektion von Dreifarbenphotographien-benutzt werden, wobei jedoch der grundlegende Unterschied darin besteht, dass die beim Verfahren der Erfindung angewendeten Linsen
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in allen Konstanten durch die Konstanten des Objektivs bestimmt sind. die eben als in jeder Beziehung von den Verhältnissen des binokularen Sehens des Menschen abhängend berechnet wurden.
Die geometrischen Abmessungen und optischen Daten der Rasterlinsen ergeben sieh demnach aus folgendem :
1. Das Öffnungsverhältnis muss für die Rasterlinsen auf dem Film dasselbe sein, wie es die Aufnahmeoptik besitzt, um den pseudostereoskopischen Effekt beim Betrachten in ein Winkelgebiet zu verweisen, in welchem grössere Winkel auftreten, als sie bei binokularer Betrachtung noch aufgenommen werden können und um anderseits bei der Projektion den Vorgang der Aufnahme in allen Verhältnissen reversibel gestalten zu können.
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der Betrachtung jeder auf dieser Schicht abgebildete Punkt unabhängig vom Betrachtungswinkel nur durch diejenige Linse gesehen werden kann, die ihn auch abgebildet hat (die Rasterlinsen sind so klein, dass für sie die meisten im Aufnahmeapparat entstandenen reellen Bilder als im Unendlichen liegend wirken).
Hieraus ergeben sich eindeutig die Dimensionen des Rasters, d. h. die Breite und der Krümmungs- radius seiner Linsen (falls kugelige oder zylindrische Gestalt der Linsen vorausgesetzt ist). In der folgenden Formel bedeutet F die Brennweite des Objektivs, D dessen Durchmesser und N den Brechungsindex im Innern der Kamera, d. h. den Brechungsindex der Luft (= 1). Die entsprechenden Grössen der Rasterlinsen sind die folgenden : Da das Bild von einer Linse scharf auf die lichtempfindliche Schicht geworfen werden soll, ist die Brennweite gleich der Dicke des Films. Diese Dicke sei t genannt. Der Linsendurchmesser ist d und der Brechungsindex des Filmmaterials sei n. Er setzt sich in der Praxis aus den Einzelindices für die verwendeten Materialien zusammen.
(Man stellt solche Rasterfilme durch Auflegen eines gerasterten Zelluloidfilms-Brechungsindex 1'47-auf eine Gelatineunterlage
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Kinofilms), so erhält man für den Linsendurchmesser 0'04 mm. Dies entspricht also 25 Linsen auf 1 mm.
Der Krümmungsradius R der Rasterlinse ergibt sich einfach aus der Tatsache, dass ihr Brennpunkt auf der lichtempfindlichen Schicht liegt, nach dem bekannten Gesetz für die Brechung von Lichtstrahlen an einer Kugeloberfläche. Im Falle des Films von der Dicke t und dem Brechungsindex n hat man
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Alle angegebenen Bedingungen, welchen die Rasterlinsen (und die Aufnahmeoptik, von der oben die Rede war, ebenso auch die Projektionsoptik und die besonderen Bildschirme) genügen sollen, sind aus physiologischen Daten abgeleitet und können daher in einem gewissen Spielraum schwanken. Eine
Abweichung von 20% nach oben oder unten ist deshalb noch zulässig.
Geht man davon aus, dass der Winkel, den die beiden Augenaehsen der Beschauer mit der Horizontal- ebene einschliessen, konstant ist, u. zw. praktisch gleich Null ist, so genügt es, die obigen Bedingungen nur für eine einzige Richtung-im besonderen Falle für die Vertikalrichtung-einzuhalten.
Aus diesem Grunde benutzt die Erfindung vorzugsweise einen Linsenraster, welcher aus kleinen
Zylindersegmenten mit vertikalen Achsen gebildet wird. Infolgedessen wird das, was als Durchmesser der Linsen betrachtet wurde, zur Breite des Rasterstreifens.
Die Rasterlinsen müssen aneinanderliegen. Gäbe es Zwischenräume zwischen den Rasterlinsen, so wurden die Strahlen aus diesen Bildteilen keine feste Richtung haben und den stereoskopischen Effekt des Bildes stören.
Bilder, die in jeder Lage den stereoskopisehen Effekt zeigen, erhält man durch einen Raster aus I Kugelsegmenten. Will man sich mit dem Auftreten des stereoskopischen Effektes in zwei Achsen (vorzug- weise in senkrecht zueinander stehenden Achsen) begnügen, so kann man Raster aus zwei sich kreuzenden
Zylindersegmenten bilden.
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Objektiv bildet von den vor ihm gelegenen Gegenständen reelle Bilder ab, welche in verschiedenen Ebenen zwischen der Brennebene F (wo sich das Bild aus dem Unendlichen abbildet) und der Nahebelle P, wo
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die empfindliche Schicht C treffen, genau so ablenken, wie sie das Objektiv A von ihrem natürlichen Weg abgelenkt hat, um aus ihnen den Punkt N'zu bilden.
Da sich der Linsenraster in der Nahebene P befindet, haben sich alle Strahlen, die reelle Bilder (wie N) in davorliegenden Ebenen hervorgerufen haben, schon geschnitten. Die Wirkung der Rasterlinsen ist also von umgekehrtem Vorzeichen gegenüber derjenigen des Objektivs. Das Resultat der zweimaligen (einander entgegengesetzten) Ablenkung der Lichtstrahlen wird also darin bestehen, dass der Beobachter, der den Film direkt besieht, den Eindruck hat, von der Ebene P aus die Welt zu betrachten, wie wenn das Objektiv A nicht vorhanden wäre. Er wird aus diesem Grunde das natürliche Relief sehen. Bei der direkten Betrachtung des Films wird also das stereoskopische virtuelle Bild hinter dem Film in N'erscheinen.
Der Punkt N wird zwischen den Punkten und n2 eine Anzahl von Bildern auf der empfindlichen Schicht 0 ergeben. Bei der direkten Betrachtung dieser Bilder sind sie nicht alle auf einmal sichtbar,
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und umgekehrt.
Wenn man das Bild N'durch mehrere Linsen sehen kann, erscheint es unscharf. Da die durch N gegangenen Strahlen, die hinter jeder der Rasterlinsen auf der lichtempfindlichen Brennpunktschicht C bei Mi und Bildpunkte bilden, selbst für die einzelne kleine Rasterlinse nicht genau parallel sind, sind die Bildpunkte n,--n, unscharf. Beim direkten Betrachten des Bildes können deshalb von jedem Auge aus eine gewisse Zahl Bildpunkte, wie (aber durchaus nicht alle von gleichzeitig gesehen werden.
Das Bild N'erscheint also nicht ganz scharf. Trotzdem wird der stereoskopische Effekt unverändert auftreten, denn die seitliche Verschiebung ss (vgl. Fig. 2) der Bildpunkte n ist von völlig untergeordneter Bedeutung im Verhältnis zur Veränderung des Einfalls-und Beobachtungswinkels < ., wenn eine plane in der Ebene P liegende Platte durch den Rasterfilm B ersetzt wird.
Um durch die Bildverlagerung ss keine sichtbaren Veränderungen des Bildes hervorzurufen, d. h. um den Wert ss möglichst klein zu machen, muss man die Rasterlinsen sehr klein, d. h. den Film sehr dünn machen. Im Effekt läuft dies darauf hinaus, dass jede Linse für das Auge nur einen Punkt (bei
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Punkt auf mindestens 10-20 Rasterlinsen abgebildet werden.
Beim Vergleich der Fig. 1 und 3 sieht man, dass jeder Punkt der Nahebene P nur auf eine einzige Linse des Films B wirkt und dass im Gegensatz hiezu jeder Punkt der Ebene, die z. B. den Punkt N enthält, von einer gewissen Anzahl von Mikrolinse abgebildet wird, z. B. durch diejenigen, die zwischen und n2 liegen. Die Augen sehen aber nur einige dieser Bilder, nämlich diejenigen, die man auch in der Natur von einem gewissen Standpunkt aus sehen würde. Wenn man aber den Standpunkt und damit den Beobachtungswinkel wechselt, sehen die Augen andere dieser Bilder. Daher hat man den Eindruck, dass hiebei der Punkt N'seine Lage ändert, während die Bilder der Nahebene P unbeweglich bleiben, da jeder Punkt dieser Nahebene nur durch eine einzige Rasterlinse unabhängig vom Beobachtungswinkel gebildet und gesehen werden kann.
Es sieht aus, als ob die entfernten Gegenstände sich gegenüber den nahe gelegenen Gegenständen bewegen, umgekehrt wie dies bei der natürlichen Perspektive der Fall ist. Dies kommt daher, dass das beim direkten Betrachten des Films gesehene Bild ein virtuelles und kein reelles ist. Je grösser der Abstand ---n2 ist, d. h. je grösser bei sonst gleichbleibenden Dimensionen das Öffnungsverhältnis des Objektivs ist, um so grösser ist diese Verschiebung.
Die nach der Erfindung erhaltenen Filme oder Platten können, wenn sie nach dem Umkehrverfahren entwickelt sind, also als Positiv vorliegen, einfach gegen das Licht betrachtet werden, wobei man nur darauf zu achten hat, dass die die Linsen enthaltende Seite dem Auge zugekehrt ist. Es ist jedoch vorteilhafter, sie durch Reflexion zu betrachten. Zu diesem Zwecke könnte man die Seite des Films od. dgl., die nicht die Linsen trägt, metallisieren, beispielsweise dadurch, dass man sie mit einem metallischen, spiegelnden Anstrich überzieht. Man kann auch, um das Gesichtsfeld des Bildes zu erweitern, auf der Vorderseite des durch Transparens oder durch Reflexion zu betrachtenden Films oder der Platte eine Feldlinse anordnen.
Wenn man, um schärfere Bilder zu bekommen, das Objektiv abblenden will, wobei man gleichzeitig eine bessere Lichtverteilung erhält, so muss man im Falle vertikaler Zylinderlinsen eine Blende
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in Form eines horizontalen Spaltes (Fig. 4) anwenden. Hat man gekreuzte Raster aus Zylinderlinsen, so muss die Blende die Form eines Kreuzes (Fig. 5) haben, und bei der Verwendung von Linsen in der Form von Kugelsegmenten muss man eine ringförmige Blende (Fig. 6) auf das Objektiv setzen. In allen Fällen muss sich diese Blende im vorderen Brennpunkt des Objektivs befinden, damit sie von der Hinterlinse aus gesehen im Unendlichen erscheint.
Die ringförmige Blende kann auch durch das später zu beanspruchende Telemetersystem mit ständig rotierenden Spiegeln (vgl. Fig. 7) ersetzt werden, wenn man die Dimensionen der Spiegel S und S' entsprechend einrichtet. Eine gute Wirkung lässt sich weiter durch den Ersatz dieser rotierenden Spiegel (oder des rotierenden Körpers, auf welchem die Spiegel angeordnet sind) durch eine gewisse Anzahl fester Spiegelgruppen S, S'erreichen (vgl. Fig. 8), die das Objektiv A umgeben. Vier Gruppen von Spiegeln S, S' werden ausreichend sein, um auf dem Film oder auf dem Schirm bereits den Eindruck eines zusammenhängenden Bildes zu erreichen, das streng genommen nur mit Hilfe der rotierenden Spiegel gemäss Fig. 7 erhalten werden könnte.
Oben wurde auseinandergesetzt, dass beim Hin-und Herbewegen der nach der Erfindung gewonnenen Bilder der Eindruck hervorgerufen wird, als ob die entfernten Gegenstände sich gegenüber den nahe gelegenen Gegenständen bewegen. Will man diesen Effekt der relativen Bewegung der ver-
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Die verwendeten Blenden können, wie es die Zeichnung (Fig. 9-12) erkennen lässt, für Filmmaterial mit Zylinderlinsen eine horizontal langgestreckte, rechteckige und nur auf einer Objektivseite liegenden Öffnung besitzen (Fig. 9) oder für Filmmaterial mit Kugellinsen einen halbringförmigen Ausschnitt (Fig. 10), der sich gleichfalls nur über eine Objektiv hälfte erstreckt.
Fig. 11 ist ein Horizontalschnitt durch die Anordnung nach Fig. 9. Mit A ist das Aufnahmeobjektiv, mit B der zu belichtende gaufrierte Film und mit W die der Fig. 9 entsprechende Blende
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ebenfalls nur diesen Wert.
Will man eine Farbenphotographie herstellen, so muss man den Drei-oder Mehrfarbenraster für eine Objektivhälfte allein und nicht etwa für das ganze Objektiv mit der Öffnung F/1'25 berechnen. Für den Fall eines rechteckigen Blendenausschnittes wird man beispielsweise (vgl. Fig. 12) einen dreifarbigen Raster verwenden, welcher ein rotes Feld a, ein grünes b und ein blaues c aufweist.
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gebraucht wird. Solche Telemetersysteme können nach verschiedenen Prinzipien, z. B. mit um die Achse X-X rotierenden Spiegeln (Fig. 7) oder mit Rhomben (vgl. Fig. 13-15) gebaut sein. Sie müssen nur die Wirkung haben, das Objektiv auf einen Durchmesser von wenigstens 63 mm zu vergrössern.
Es ist klar, dass das in Fig. 7 gezeigte, mit einer Umdrehung bei Aufnahme eines Bildes rotierende Telemetersystem bei entsprechender Wahl der Grössenverhältnisse auch die Wirkung der Ringblende der Fig. 6 ausübt.
Die Anordnung mit Rhomben nach Fig. 13 und 15 ergibt jedoch kein einwandfreies stereoskopisches Bild von allen Betrachtungspunkten aus, da das erhaltene Bild einer Aufnahme mit einer Blende entspricht, die die Mitte des Objektives bedeckt und zu beiden Seiten Öffnungen frei lässt. Die Rhomben wirken ähnlich wie die Spiegel der Fig. 8. Will man also ein einwandfreies stereoskopisches Bild erzielen, so muss man mehr als zwei Rhomben verwenden, entweder vier (entspricht den Spiegeln der Fig. 8) oder doch mindestens drei, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist.
Der gleiche gute Effekt lässt sich natürlich auch mit um die Objektivaehse rotierenden Rhomben erzielen.
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setzt, d. h. ein Linsensystem, welches aus einem konvergierenden System mit einem Mindestdurehmesser von 63 mtn und einem divergierenden System mit dem Durchmesser des angewendeten Objektivs besteht.
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Jedes der Einzelsysteme kann aus einer einzigen Linse oder aus mehreren miteinander verkitteten oder niehtverkitteten Linsen gebildet sein. Diese afokalen Systeme müssen zwei Bedingungen genügen.
1. Der Brennpunkt des konvergierenden vorderen Systems Gund der Brennpunkt des divergierenden hinteren Systems H müssen in einem einzigen Punkte 0 zusammenfallen (vgl. Fig. 16).
2. Denkt man sich einen Kegelmantel aus den Randstrahlen des konvergierenden vorderen Systems G gebildet, dessen Spitze im gemeinsamen BrennpunktO liegt, so muss das divergierende hintere System H von innen diesen Kegelmantel tangieren.
Daher werden alle Strahlen, wie z. B. z, z, die mit einem bestimmten Winkel auf G fallen, unter demselben Winkel das System H verlassen ; die Strahlenriehtung wird also in keiner Weise geändert.
Will man Blenden anwenden, so müssen sich dieselben zwischen dem divergierenden System H und dem Objektiv A befinden. Fig. 17 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform. G, H ist ein afokales System, wie es in Fig. 16 besonders dargestellt ist ; der Durchmesser der Linse G beträgt mindestens 63 mm.
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Projektionsschirme gemäss der Erfindung können verschieden gebaut sein, solange sie die korrekte Wiedergabe der Tiefe des reellen Projektionsbildes gewährleisten.
1. Man kann den Strahlengang bei der Projektion mit Hilfe eines ausserordentlich grossen Projektionsobjektivs (welches durch eine geeignete Spiegelanordnung-Telemetersystem-ersetzt werden kann) in vergrösserten Verhältnissen genau dem Strahlengang gleich machen, wie er innerhalb der Aufnahmekamera bestanden hat.
2. Man kommt mit einem Projektionsobjektiv, bei welchem der Durchmesser keine entscheidende Rolle spielt, dann aus, wenn man es möglich macht, Rasterlinse für Rasterlinse des Films auf eine zugehörige Rasterlinse des Schirmes zu projizieren. In diesem Falle muss das Bild von der Rückseite des Schirmes betrachtet werden. Durch Anwendung monochromatischer Filter ist es möglich, die Schwierigkeit dieser Überdeckung zu umgehen.
3. Man kann eine vollkommene Reinheit des reellen Bildes, das bei der Projektion entsteht, durch einen Schirm erhalten, der auf dem Lippmannschen Theorem beruht.
4. Man projiziert auf einen Schirm, der aus vielen afokalen spiegelnden Linsensystemen zusammengesetzt ist.
Im folgenden sollen diese Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
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Die erste Form einer Anordnung zur Sichtbarmachung des räumlichen Projektionsbildcs stellt eine getreue Wiederholung der Verhältnisse dar, die bei der Aufnahme des Bildes in der Kamera herrschen.
Man erhielt dort ein Bild, das bei direkter Betrachtung den stereoskopischen Effekt zeigt, durch die Abbildung der drei dimensionalen reellen Bilder in der Kamera im Bereiche zwischen Brennebene und Aufnahmeplatte auf dem Rasterfilm. An die Stelle des Rasterfilms tritt bei der Projektion der Bilder- sehirm ; an die Stelle des Aufnahmeobjektivs das Projektionsobjektiv. Zur vergrösserten Wiederholung der Verhältnisse ist entsprechend dem früher für die Aufnahme Auseinandergesetzten die Einhaltung folgender Bedingungen notwendig :
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die wirksame Öffnung des Objektivs muss die genannten Zahlenwerte ergeben.
2. Die lichtbrechenden Elemente des Bildschirmes (seine Rasterlinsen) müssen das genannte charakteristische Offnungsverhältnis aufweisen.
Aber auch innerhalb der Projektionskamera selbst mÜssen entsprechende Bedingungen Geltung
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vom Projektionsobjektiv zum Bildschirm und auf die lichtbrechenden Elemente des Bildschirms selbst ausgedehnt werden.
Es werden also sehr grosse Durchmesser für Projektionsobjektive verlangt, die nach diesem Prinzip arbeiten sollen. Da es nur in Ausnahmsfällen (bei sehr geringem Abstand vom Projektionsapparat zum Bildschirm) möglich sein wird, diese Bedingung direkt zu erfüllen, wird man im allgemeinen zu Mitteln greifen, die den Durchmesser des Objektivs durch optische Kunstgriffe scheinbar vergrössern. Solche Mittel wurden bereits bei der Besprechung der Aufnahmekamera ausführlich beschrieben. Es werden sich also alle Telemetersysteme, gegebenenfalls auch die Vorschaltung eines afokalen Systems hiefür eignen (vgl. Fig. 7,8 und 13-15).
Sowohl im Lichtkondenser als auch im Strahlengang von Projektionsapparat zum Schirm kann natürlich auch, wenn die Raumverhältnisse dies erfordern, der nötige Öffnungswinkel durch Strahlenkreuzung erzielt werden, gegebenenfalls durch die Einschaltung einer Feldlinse.
In Fig. 18 und 19 sind die wesentlichen Teile einer Ausführungsform der Reliefprojektionseinrichtung gemäss diesem Prinzip schematisch veranschaulicht.
In Fig. 18 ist der gaufrierte und positiv entwickelte Film, welcher projiziert werden soll, mit B bezeichnet ; zu ist das Objektiv des Projektionsapparates, während der Projektionsschirm mit Q bezeichnet ist und im Ausschnitt und grösseren Massstabe in Fig. 19 veranschaulicht ist. Mit Z und S ist ein Prismenund Spiegelpaar bezeichnet, die in gewisser Anzahl, z. B. vier, um das Projektionsobjektiv herum angeordnet sind und die die wirksame Öffnung des Projektionsobjektivs auf den notwendigen, sehr grossen Durchmesser bringen.
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strahlen des Kondensers haben dieselbe Öffnung.
2. Das von den Spiegeln und Prismen Z, S gebildete System besitzt so genau wie möglich die Öffnung
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3. Ein jedes der lichtbrechenden Elemente, wie m, m'des Projektionsschirmes (Fig. 19) bildet
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Die genaue Einhaltung dieser Bedingung ist jedoch in der Praxis überhaupt nicht möglich. Insbesondere wird man ein laufendes Filmband nicht so genau in der richtigen Lage halten können wie es notwendig wäre. Die Zelluloidschicht der Filme und Platten ist z. B. durch den Wechsel der Luftfeuchtigkeit Ausdehnungen und Zusammenziehungen unterworfen, welche bedeutend grösser sind als sie bei Einhaltung der oben gestellten Bedingungen zugelassen werden können.
Es hat sich gezeigt, dass es nicht notwendig ist, die Filmlage genau einzuhalten, wenn man den Rasterfilm durch drei oder mehr monochromatische Farbraster projiziert und entsprechende farbige Rasterflächen in der Brennpunktebene des Bildschirmes hinter jedem Rasterelement anbringt. Reihenfolge und Anzahl der Farbraster auf dem Schirm müssen genau der Anordnung der Farbraster in oder vor dem Objektiv entsprechen. Bei dieser Art der Projektion muss das projizierte Bild durch den Schirm (weil durch die Farbraster) hindurch betrachtet werden. Das Publikum wird also auf der einen Seite und der Projektionsapparat auf der andern Seite des Bildschirmes sich befinden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 20 dargestellt.
Mit B ist der die aufgenommenen Bilder positiv zeigende Rasterfilm bezeichnet. Die Punkte J, K, L bedeuten bestimmte Zonen des auf dem Film abgebildeten Reliefbildes hinter einem besonderen lichtbrechenden Element ; der Einfachheit halber seien drei solcher Zonen dargestellt und untersucht (an dieser Stelle besteht kein Farbraster).
Vor dem Projektionsobjektiv befindet sich ein Filter t mit drei verschiedenen monochromatischfarbigen Bereichen i, k, !.
Der Projektionsschirm ist mit Q bezeichnet und mit lichtbrechenden Elementen versehen, hinter deren jedem drei monochromatischfarbige und durchschneidende Zonen J', K', L'liegen, deren Reihenfolge der Anordnung der Zonen i, k, l des Filters t entspricht.
Mit Y ist schliesslich das Auge eines Beschauers im Saale bezeichnet. Die nach Durchqueren des Objektivs A und seines Filters i, k, I stark vergrösserte Projektion des Films B ergibt ein gutes Bild in der Ebene der monochromatischen Zonen J', K', L'des Schirmes Q.
Da eine monochromatisch kolorierte Zone auf dem Bildschirm, wie z. B. J', nur von monochromatischem Licht der gleichen Farbe durchleuchtet werden kann, wird an den betreffenden Stellen des Bildschirmes nur Licht, welches durch die zugehörige Zone i des Filters t gegangen ist, sichtbar sein.
Ist also falsches Licht auf diese Stelle des Projektionsschirmes gekommen, so wird es verschluckt. Es ist leicht einzusehen, dass bei dieser Anordnung ein Abweichen von der Übereinstimmung von Filmlage und Bildschirm kein störendes Bild hervorrufen kann.
Von Lippmann wurde gezeigt, dass eine Kugel aus Glas, deren Brechungskoeffizient ungefähr 2 beträgt, auf ihrer hinteren Schale das genaue Bild der vor der vorderen Schale befindlichen Objekte wiedergibt.
Wenn man also in einer Ebene eine Mehrzahl durchsichtige Kugeln mit dem Breehungskoeffizienten 2 aneinanderreiht, deren hintere Fläche versilbert ist, so bildet sich auf der hinteren Fläche jeder Kugel ein vollständiges Bild aller vor den Kugeln gelegenen Objekte ab, und die Betrachtung aller dieser Kugeln aus einer Entfernung zeigt im Massstab der Objekte selbst jedes der von jeder Kugel aufgenommenen Bilder.
Der Beschauer wird also die Objekte im Raum sehen, als wenn die Vielzahl der Kugeln, die er betrachtet, durch einen gewöhnlichen Planspiegel ersetzt wäre. Auf dieser Erscheinung beruht die dritte Ausführungsform des Projektionsverfahrens nach der Erfindung.
Da man nicht gezwungen ist, den Eindruck eines Reliefes in allen Horizonten zu erwecken, weil ja die Augen des Beschauers praktisch immer in derselben Horizontalebene liegen, kann man, ohne das zuvor behandelte Prinzip zu verlassen, die Kugeln durch zylindrische Linsen ersetzen.
Zu dieser Ausführungsform kann man dünne Glasröhre verwenden, die mit einer stark brechenden Flüssigkeit gefüllt sind. Man erhält so eine zylindrische Linse, deren Brennebene genau mit der rückwärtigen Fläche zusammenfällt. Ein solcher Schirm besteht also aus dünnen senkrechten und anein- andergereihten Glasröhre, die mit einer einen Brechungskoeffizienten von ungefähr 2 aufweisenden Flüssigkeit gefüllt sind. Gut geeignet zur Füllung ist beispielsweise ein nicht brennender Phosphorsäureester.
Wenn man auf diesen Schirm Filme, Platten od. dgl. projiziert, die in der oben beschriebenen Weise aufgenommen wurden, indem man dafür Sorge trägt, dass für jeden Punkt des Schirmes der Winkel, unter dem von da aus die Ränder des Projektionsobjektivs gesehen werden, grösser ist als der Winkel, den die Augen des Beschauers mit dem Punkt auf dem Schirm bilden, so wird der Beschauer bei unmittelbarer Betrachtung des Schirmes den Eindruck eines Reliefes gewinnen.
Man wird die hintere Fläche der Glasröhre vorzugsweise mit einem nichtreflektierenden Belag versehen, der z. B. aus einem Anstrich mit Aluminiumbronze bestehen kann, oder man wird einfach die hintere Fläche der Röhren mattieren.
In Fig. 21 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schirmes gemäss der Erfindung in gebrochenem Aufriss und im Querschnitt dargestellt.
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Mit l'sind die dünnen Glasröhren bezeichnet, die beispielsweise mit einem Phosphorsäureester s gefüllt sind, dessen Brechungskoeffizient ungefähr 2 beträgt ; diese Röhren sind derart fortlaufend aneinandergereiht, dass sie einen zusammenhängenden Schirm bilden.
Auf der Rückseite kann eine jede der Röhren bei t mit einem niehtreflektierenden Niedersc ag versehen oder zweckmässigerweise einfach mattiert sein.
Ein ganz ausgezeichnetes Resultat wird mit dem Schirm nach dem vierten der oben aufgezählten Prinzipien erzielt. Dieser Schirm, der in Auf- oder Durchsicht betrachtet werden kann, besteht aus einer oder mehreren lichtbrechenden hintereinanderliegenden Schichten, deren Vorder-und Rückflächen optische Elemente bilden, die aus kugeligen und gegenüberliegenden Menisken bestehen, wobei die dem Projektionsobjektiv am weitesten abgekehrten und mit einer reflektierenden oder diffundierenden Schicht bedeckten Elemente eine solche Krümmung besitzen, dass ihr Brennpunkt ungefähr mit dem Brennpunkt der vorderen und durchsichtigen Elemente zusammenfällt.
Der Schirm kann entweder aus einer einzigen Schicht bestehen, deren eine Seite vorspringende und deren andere Seite einspringende Wölbungen besitzt. Bildet man den Schirm aus einer einzigen Schicht, so kann bei Verwendung von Material mit bestimmten Brechungskoeffizienten der Nachteil auftreten, dass der Schirm zu dick wird, wodurch, wenn das Material nicht gut durchsichtig ist, seine Transparenz leidet. Aus diesem Grunde ist es unter Umständen zweckmässig, ihn aus mehreren, beispielsweise aus drei aufeinanderliegenden Schichten zu bilden, deren mittlere aus gut durchsichtigem Material, z. B. aus Glas, mit grossem Brechungskoeffizienten besteht.
In dem einfachsten Falle, in welchem der Schirm aus einer einzelnen Schicht besteht, kann die eben angegebene Bedingung durch die nachstehende und sehr einfache Beziehung zwischen der Dicke e der Rippe und den Krümmungsradien Bi und R2 der Menisken der vorderen und hinteren Elemente erfüllt werden :
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worin M den Breehungskoeffizienten der betreffenden Rippe bezeichnet.
Die oben angegebenen Bedingungen sind nicht vollkommen genau und können einen gewissen Spielraum zulassen. Insbesondere kann man in der oben angegebenen Formel eine Abweichung von 20% nach oben oder unten zulassen, sei es für die Bestimmung von e als Funktion von Rl und R2, sei es in der Bestimmung des Verhältnisses von zu R2 bei gegebenem e ; immer wird man sowohl einen plastischen Eindruck der aufgenommenen Gegenstände als auch deren relative Verschiebung im Raume bei Be- traehtung unter verschiedenem Gesichtswinkel erhalten.
In Fig. 22 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Horizontalschnitt dargestellt.
Mit Q ist eine lichtbreehende Schicht bezeichnet, die beispielsweise aus Glas besteht und deren beide Flächen kugelige und gegenüberliegende Wölbungen g und h besitzen. Die dem Projektionsobjektiv zugekehrte Fläche des Schirmes ist durchsichtig, während die Hinterseite mit einer reflektierenden oder diffundierenden, beispielsweise mit einer Silberschicht C bedeckt ist.
Die Stärke der Rippe und die Krümmungsradien der Menisken g und h erfüllen die oben genannte Gleichung
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Fig. 23 zeigt einen entsprechenden Schirm aus zwei Schichten u und M) aus durchsichtigem Material, z. B. Azetylzellulose, in welches die Linsenelemente eingepresst werden ; v ist eine Zwischenschicht aus z. B. Glas, auf welche die andern Schichten gegebenenfalls aufgekittet sind. Es kann natürlich auch ein Luftzwischenraum zwischen den einzelnen Schirmteilen vorgesehen sein.
Wenn man ein Bild oder die Projektion eines Bildes auf einen der besprochenen vier Schirme betrachtet und entweder das Bild (bzw. den Projektionsschirm) um eine senkrechte Achse dreht oder sich horizontal vor dem Bild (bzw. dem Projektionsschirm) zur Seite bewegt, so scheinen sieh die abgebildeten Gegenstände relativ zueinander zu bewegen. Oben wurde auseinandergesetzt, worauf diese scheinbare Bewegung beruht. Es wurde dort gefunden, dass ihre Grösse von den optischen Daten der Aufnahme-bzw. Projektionsoptik abhängt, im besonderen, dass sie mit dem Öffnungsverhältnis des Objektivs wächst.
Versucht man eine Grösse für diese scheinbare Bewegung festzulegen, so wird man wohl am besten zu ihrer Bezeichnung den Winkel wählen, um welchen das Bild (bzw. der Schirm) gedreht werden muss, wenn man von der äussersten Bildverschiebung nach einer Seite zur äussersten Bildverschiebung nach der andern Seite geht. Bei ruhendem Bild entspricht diesem Winkel die Veränderung des Betrachtungwinkels. Diese für den besprochenen besonderen Effekt der scheinbaren Bewegung (Verschiebung) der abgebildeten Gegenstände auf dem Bild bei der Bewegung des Betrachtenden charakteristische Grösse sei im folgenden als Versehiebungswinkel"bezeichnet.
Der Verschiebungseffekt ist von besonderer Bedeutung bei dem Betrachten von Bildern, die nach dem beschriebenen Verfahren aufgenommen worden sind, denn der stereoskopische Eindruck wird durch
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das Auftreten dieses Effektes ganz ausserordentlich verstärkt. Bei der Betrachtung von Projektionen solcher Bilder, insbesondere bei der Betrachtung lebender Bilder, ist die Bedeutung des Verschiebungeffektes deswegen nicht so gross, weil hier die lebende Bewegung der Bilder im Raum an sich schon den stereoskopisehen Effekt verstärkt hervorhebt. Man wird also im Falle der Projektion stereoskopiseher Filme, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt sind, auf eine grosse Verschiebung bei geringer Änderung des Betrachtungswinkels (bzw. des Beobachtungsstandpunktes) weniger Wert legen.
Die oben beschriebenen vier Ausführungsformen von Bildschirmen, die zur Projektion der nach dem beschriebenen Verfahren gewonnenen Bilder geeignet sind, zeigen alle einen verhältnismässig kleinen "Verschiebungswinkel", d. h. eine verhältnismässig starke Verschiebung der Gegenstände zueinander bei Bewegung des Betrachters um kleine Beträge. Ein Kinobesucher wird, wenn er sich durch den ganzen Saal vor dem Projektionsschirm vorbeibewegt, mehrmals die ganze Grösse des Versehiebungswinkels abschreiten. Er wird dabei an gewissen Stellen den Eindruck haben, dass das Bild plötzlich aus einer Extremlage in die andere Extremlage umklappt. An den Saalstellen, an welchen ein solches Umklappen" stattfindet, hat er einen unscharfen Bildeindruck.
Solange diese Saalstellen nur eine kleine räumliche Ausdehnung hätten, würde dies wenig schaden. Bei grosser Saallänge nehmen die unscharfen Umklapp- bereiche"jedoch eine solche Breite (bei 25 m Saallänge 1 m) ein, dass viel nutzbarer Platz verlorengeht.
Eine Überschlagrechnung zeigt, dass in besonders ungünstigen Fällen ein Viertel der Plätze aus diesem Grunde ein unscharfes Bild zeigen. Es lässt sich zeigen, dass es unmöglich ist, diese Umklappbereiche" zu vermeiden, wenn man gleichzeitig das Auftreten des pseudostereoskopischen Effektes verhindern will. Unter Beachtung der oben erwähnten Tatsache, dass es bei der Kinoprojektion gar nicht so sehr auf eine grosse Verschiebung bei kleiner Seitwärtsbewegung ankommt, wird ein Projektionsschirm zu empfehlen sein, welcher im Saale gar keine Umklappbereiehe"auftreten lässt. Damit wäre eine völlige Benutzbarkeit aller Plätze im Saal gesichert.
Ein Schirm, der diesen Bedingungen genügt, besteht aus spiegelnden, sich berührenden (Fig. 24) oder sich schneidenden (Fig. 27) Kugelsegmenten, die auf einer ebenen Fläche angeordnet sind. Beim Schirm mit sich berührenden Kugelsegmenten dürfen die aus kleinen bogenförmig begrenzten Zwickeln bestehenden, zwischen den Kugelsegmenten bleibenden Restflächen nicht spiegelnd sein und werden am besten geschwärzt.
Fig. 25 zeigt den Schnitt nach 25-25 der Fig. 24, u. zw. durch einen Schirm, der aus lauter aneinanderliegenden Halbkugeln gebildet ist.
Fig. 24 und 27 zeigen Aufsichten auf Schirme, bei denen sich die Kugelsegmente einmal berühren, das andere Mal schneiden und bei welchen die Kugelsegmente mögliehst eng aneinander gepackt sind, was natürlich den vorteilhaftesten Effekt geben wird. Der Versehiebungswinkel", d. h. die Differenz derjenigen Betrachtungswinkel, die die beiden Extreme der Verschiebung zeigen, beträgt im Falle der Fig. 25 1800. Ein so extrem grosser Verschiebungswinkel ist jedoch nicht nur nicht notwendig, sondern deswegen sogar schädlich, weil man durch Verkleinern dieses Versehiebungswinkels einen lichtstärkeren Schirm erhält.
Eine Verkleinerung des Verschiebungswinkels wird einfach dadurch erreicht, dass die spiegelnde Fläche nicht aus halbkugeligen Kugelsegmenten, sondern aus kleineren Kugelsegmenten besteht.
In Fig. 26 ist ein Schirmquerschnitt gezeichnet, bei welchem die Kugelabschnitte so klein gemacht sind, dass die Radien von gegenüberliegenden Punkten den Winkel 450 bilden ; dann ist auch der Ver- schiebungswinkel"etwa gleich 90 .
InFig. 28 ist gezeigt, wie sich die Sichtverhältnisse im Kino bei der Benutzung eines solchen Schirmes mit dem Verschiebungswinkel"90 verhalten. Q ist der Projektionsschirm von beispielsweise 6m Breite.
Im Raume T, U, V, W, X wird man an jeder Stelle ein einwandfreies Bild erhalten. Der Punkt V ist vom Schirm 3 m entfernt. Dort hätte nur ein einziger Stuhl Platz. In einer derartig nahen Entfernung wird man jedoch keine Sitzreihe anbringen. Die erste Sitzreihe U, W sei in einer Entfernung von 6 m vom Bildschirm aufgestellt. Dann kann sie bereits 6 m breit sein. Der nutzbare Raum T, U, W, X verbreitert sich nach hinten sehr schnell.
Die grösstmögliche Verschiebung erhält man also beim Abschreiten der ganzen Strecke U, W, während man bei Verwendung der zuvor beschriebenen Bildschirme beim Abschreiten derselben Strecke mehrmals diese grösstmögliche Verschiebung durchläuft. "Umklappstellen" und damit Zonen unscharfer Bilder gibt es also bei dem zuletzt beschriebenen Schirm im Gegensatz zu den zuerst beschriebenen Bildschirmen im gesamten nutzbaren Raum des Saales überhaupt nicht, ohne dass der stereoskopische Effekt darunter leidet.
Die Rasterelemente eines jeden der besprochenen fünf Schirmarten sollen möglichst klein sein, aber nicht so klein, dass die Dispersion störend zum Vorschein kommt. Für die praktische Anwendung haben sich Durchmesser der Rasterelemente zwischen 1 und 20 mm bewährt.
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