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Weichzeiehnungsfilter zur Verbesserung der Tiefenschärfe bei gleichbleibender Lichtstärke.
Die Verbesserung der Tiefenschärfe ist im allgemeinen stets mit einer Einbusse an Lichtstärke verbunden, wobei meistens auch die Zeichnung an Härte zunimmt. Durch Zusatzsysteme, welche in die Nähe des Lichtbildsystems gebracht werden, gelingt es nun, die Tiefenschärfe bei gleichzeitiger Weich- zeichnungswirkung und Erhaltung der Lichtstärke zu erhöhen. Solche Zusatzsysteme bestehen beispielsweise aus linsenähnlichen Gebilden, welche einen Teil der Objektivstrahlen unbeeinflusst lassen (diese bilden den scharfen Bildkern), einen Teil der Objektivstrahlen sammeln, daher nähere Gegenstände scharf darstellen, und einen Teil der Objektivstrahlen zerstreuen, daher entferntere Gegenstände scharf abbilden.
Das Gesamtbild setzt sieh demnach aus der Überlagerung mehrerer Einzelbilder zusammen, welche je eine Gegenstandsweite scharf und alle andern unscharf abbilden, wodurch eine gewisse Weichheit der Zeichnung erzielt wird. Die linsenähnliche Ausbildung solcher optischer Systeme erfordert stets ein genaues Anschleifen von konzentrischen Kugelflächen als teilweise Begrenzung und ist die Tiefenschärfe durch die gewählten Krümmungen der Kugelfläehen bestimmt.
Vorliegende Erfindung erreicht die gleiche bildlich Wirkung bei voller Lichtstärke in vollkommenerer und billigerer Form dadurch, dass zur Bildung des scharfen Bildkernes grundsätzlich nur die optisch wertvollen Zentralstrahlen des Lichtbildsystems herangezogen werden, welche in ihrer Gesamtheit allein den Grad der Tiefenschärfe bestimmen, während die Strahlen der Randzonen des Liehtbildsystems zwecks Weichzeichnung durch beliebige, flache, leicht herzustellende Unebenheiten eines durchsichtigen Filtermaterials ohne konzentrische Kugelflächenbegrenzung in geringem Masse abgelenkt werden.
Sie besteht nach Fig. 1 in der konzentrischen Einschaltung eines ringförmigen, möglichst durchsichtigen Filters F in den Strahlengang eines beliebigen Objektivs, so dass die durch die Öffnung des Filters unverändert durchtretenden Zentralstrahlen den scharfen Bildkern (bestehend aus den Bildpunkten B vom Gegenstande G) aufbauen, während die den Filter passierenden Randstrahlen durch kleine Unebenheiten, welche über die Filteroberfläche gleichmässig verteilt sind oder gegen den äusseren Filterrand zu grösser werden, möglichst ungeschwächt aus ihrer Bahn leicht abgelenkt werden und dadurch eine weiche, unscharfe Überstrahlung des Bildkernes von der Breite b bewirken. Die Tiefenschärfe des Bildes wird demnach durch die filterfreie Zentralzone bestimmt, während die Lichtstärke durch die volle Objektivöffnung bestimmt ist.
Die Breite der Überstrahlung b wächst mit der Grösse der Filterunebenheiten, und es zeigt sich, dass bereits ganz geringfügige Unebenheiten genügen, um ein natürliches Bild zu erzeugen.
Massgebend für die optische Wirkung der Unebenheiten sind die Winkel, die ihre Elementarfläehen mit der Filterebene einschliessen. Je flacher diese Unebenheiten zur Filterebene verlaufen, um so weniger weicht die Überstrahlung von dem scharfen Bildkern ab, je steiler sie jedoch sind, um so weiter reicht besonders die Überstrahlung der Lichter, und die weiche Zeichnung verschwindet, bis schliesslich nur mehr eine ganz zeichnungslose, fast gleichmässige Überstrahlung der ganzen Bildfläehe eintritt. Der Filter ist dann aber auch nicht mehr durchsichtig, sondern nur mehr durchscheinend, wie bei einer Mattierung.
Besonders zarte und leicht regelbare Überstrahlungen ergeben sich, wenn die Filterringzone beiderseitig wellenartig mit konzentrischen Rillen derart versehen wird, dass einem Wellenberg der einen Seite ein Wellental der andern Seite entspricht. Die Dicke der Filterscheibe wird dann an allen Stellen gleich stark, und kann ein solcher Filter leicht aus einer ebenen Scheibe gepresst werden. Durch die Wahl der Scheibendicke ergeben sich verschiedene Weichzeichnungsgrade. Die Lage des Filters F ist von geringem
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Einfluss, doch wird man gut tun, zu trachten, möglichst nahe an die Objektivlinsen damit heranzukommen.
Am gleichmässigsten wird die WeichzeichnuÌ1g über die ganze Bildfläche verteilt, wenn der Filter nahe der Objektivblende angeordnet wird. Eine gewisse Regelbarkeit der Überstrahlungswirkung ist durch die Objektivblende A gegeben, wobei sich die Tiefenschärfe so lange nicht ändert, als die Objektivblenden- öffnung grösser ist als die des Filters. Sind die Filterunebenheiten bis zum Rande gleichmässig verteilt, so wirkt die Regelung mit der Objektivblende A nur auf die Intensität der Überstrahlung, nicht aber auf die Breite b derselben.
Bei gegen den Rand zunehmenden Unebenheiten des Filters kann auch die Breite der Überstrahlung b mit der Objektivblende beeinflusst werden. Schliesslich kann auch der Filter für sich regelbar ausgebildet werden, etwa als System von schwach unebenen, durchsichtigen Platten in Form einer durchsichtigen Iris oder als System von zwei bzw. mehreren sich deckenden, ringförmigen Filtern mit sternförmiger, zentraler Öffnung, welche zum Zwecke der Regelung der wirksamen Ringfläche gegeneinander verdreht werden können. Die Filterunebenheiten sollen peripherisch möglichst gleichmässig verteilt sein und können in einer genarbten oder gerillten Oberfläche bestehen.
Die Richtung der Rillen muss jedoch so gewechselt werden, dass keine Rillenrichtung vorherrscht, am einfachsten etwa konzentrisch kreisförmig oder in Evolventenform gekrümmte Rillen oder ganz regelmässig radial verlaufende Rillen. Um den ringförmigen Filterraum möglichst auszunutzen, sind planebene Zwischenräume zwischen den Rillen oder Narben zu vermeiden. Sie würden auch die Tiefenschärfe ungünstig beeinträchtigen. Wohl kann aber an Stelle der zentralen Filteröffnung die Filterscheibe planeben sein.
Scheibenförmige, durchsichtige Filter mit über der ganzen Oberfläche verteilten Unebenheiten und dazwischenliegenden, planebenen Stellen, wie z. B. voneinander distanzierte, konzentrische oder spiralig gewundene Rillen, sind allgemein bekannt, lassen aber nicht jene Tiefenschärfe und jenen sauberen Bildkern erreichen als obige, der Erfindung zugrunde gelegte Ausführungen. Auch lässt sich an ihnen eine wirksame Regelung der Weichzeichnung nicht gut durchführen.
Schliesslich wird in der deutschen Patentschrift Nr. 454347 (Hehner) ein Verfahren angegeben, nach welchem bei weichzeichnenden Objektiven Filter mit gegen die Ränder zu zunehmender Absorption angewendet werden. Selbe lassen ebenfalls das Zentralstrahlenbündel unverändert durch und absorbieren nur einen Teil der weichzeichnenden Randstrahlen, verringern also die bereits den Objektiven eigene Weichzeichnung bei Verminderung der Lichtstärke im Gegensatz zu vorliegendem Verfahren, welches durch die Anwendung eines geeigneten Filters erst die gewünschte Weichzeichnung und Tiefenschärfe bei Erhaltung der ursprünglichen Lichtstärke vermittelt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Farbloser, durchsichtiger Weiehzeiehnungsfilter mit zentraler planparalleler Seheibenzone oder Öffnung zur Verbesserung der Tiefenschärfe beliebiger Objektive bei gleichbleibender Lichtstärke, dadurch gekennzeichnet, dass die anschliessende ringförmige Filterzone nicht linsenförmig geschliffen, sondern ein-oder beiderseitig lückenlos mit flachen Unebenheiten beliebiger Art (Narben oder Rillen) versehen ist, welche die optischen Randstrahlen zum Zwecke der Weichzeichnung in gewünschtem Masse wohl ablenken, aber nicht absorbieren.
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Softness filter to improve the depth of field with constant light intensity.
The improvement in the depth of field is generally always associated with a decrease in light intensity, with the drawing usually also increasing in hardness. With additional systems that are brought close to the photo system, it is now possible to increase the depth of field while at the same time providing a soft focus and maintaining the light intensity. Such additional systems consist, for example, of lens-like structures, which leave some of the objective rays unaffected (these form the sharp image core), collect some of the objective rays, therefore depicting closer objects in focus, and scattering some of the objective rays, therefore showing more distant objects in focus.
The overall picture is therefore composed of the superimposition of several individual pictures, each of which depicts one object distance in focus and all others in a blurred manner, whereby a certain softness of the drawing is achieved. The lens-like design of such optical systems always requires precise grinding of concentric spherical surfaces as a partial limitation and the depth of field is determined by the selected curvatures of the spherical surfaces.
The present invention achieves the same pictorial effect at full light intensity in a more perfect and cheaper form in that, in principle, only the optically valuable central rays of the photographic system are used to form the sharp image core, which in their entirety alone determine the degree of depth of focus, while the rays of the edge zones of the Liehtbildsystem for the purpose of soft focus can be deflected to a small extent by any, flat, easy-to-produce unevenness of a transparent filter material without concentric spherical surface delimitation.
According to FIG. 1, it consists of the concentric inclusion of a ring-shaped, as transparent as possible filter F in the beam path of any objective, so that the central rays passing through the opening of the filter unchanged build up the sharp image core (consisting of the image points B of the object G), while the marginal rays passing through the filter are easily deflected from their path by small unevenness which are evenly distributed over the filter surface or which become too large towards the outer filter edge, and thus cause a soft, fuzzy irradiation of the image core of width b. The depth of focus of the image is determined by the filter-free central zone, while the light intensity is determined by the full lens opening.
The width of the irradiation b increases with the size of the filter unevenness, and it is shown that even very slight unevenness is sufficient to produce a natural image.
The angles that their elementary surfaces enclose with the filter level are decisive for the optical effect of the unevenness. The flatter these unevennesses run towards the filter plane, the less the over-exposure deviates from the sharp image core, but the steeper they are, the further the over-exposure of the lights extends, and the soft drawing disappears, until finally only one that is completely without drawing, almost uniform overexposure of the entire image area occurs. The filter is then no longer transparent, but only translucent, like a matt finish.
Particularly delicate and easily controllable glare results if the filter ring zone is provided with concentric grooves on both sides in a wave-like manner such that a wave crest on one side corresponds to a wave valley on the other side. The thickness of the filter disc is then the same at all points, and such a filter can easily be pressed from a flat disc. The choice of pane thickness results in different degrees of soft focus. The position of the filter F is of minor importance
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Influence, but one will do well to try to get as close as possible to the objective lenses.
The soft focus is distributed most evenly over the entire image area if the filter is placed near the lens aperture. A certain controllability of the irradiation effect is given by the objective diaphragm A, the depth of field not changing as long as the objective diaphragm opening is larger than that of the filter. If the unevenness of the filter is evenly distributed up to the edge, the control with the lens diaphragm A only affects the intensity of the over-exposure, but not the width b thereof.
If the unevenness of the filter increases towards the edge, the width of the irradiation b can also be influenced with the lens diaphragm. Finally, the filter itself can also be designed to be adjustable, for example as a system of slightly uneven, transparent plates in the form of a transparent iris or as a system of two or more congruent, ring-shaped filters with a star-shaped, central opening, which are used for the purpose of regulating the effective ring surface can be rotated against each other. The unevenness of the filter should be distributed as evenly as possible at the periphery and can consist of a grained or grooved surface.
The direction of the grooves must, however, be changed in such a way that no groove direction prevails, the simplest being roughly concentric circular or involute curved grooves or very regular radial grooves. In order to utilize the annular filter space as much as possible, planar spaces between the grooves or scars should be avoided. You would also adversely affect the depth of field. However, instead of the central filter opening, the filter disk can be flat.
Disc-shaped, transparent filters with unevenness distributed over the entire surface and flat areas in between, such as B. spaced apart, concentric or spirally wound grooves are generally known, but do not allow that depth of field and that clean image core to be achieved as the above embodiments on which the invention is based. An effective control of the soft focus cannot be carried out effectively on them either.
Finally, the German patent specification No. 454347 (Hehner) specifies a method according to which filters with increasing absorption towards the edges are used in soft-focus lenses. The same also allow the central beam of rays to pass through unchanged and absorb only part of the soft focus marginal rays, i.e. reduce the soft focus already inherent in the lenses when the light intensity is reduced, in contrast to the present method, which only creates the desired soft focus and depth of field by using a suitable filter while maintaining the original light intensity conveyed.
PATENT CLAIMS:
1. Colorless, transparent plastic filter with a central plane-parallel disc zone or opening to improve the depth of field of any lenses with constant light intensity, characterized in that the subsequent ring-shaped filter zone is not ground lens-shaped, but one or both sides without gaps with flat unevenness of any type (scars or grooves) is provided which deflect the optical marginal rays for the purpose of softening to the desired extent, but not absorb them.