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"Objectif multiple anamorphoseur et procédé de cinémato.- graphie en couleurs et en relief au moyen de cet objectif"
Lorsqu'on tente d'appliquer les procé- dés polychromes à la photographie en couleurs, on rencon- tre des difficultés multiples : a) Il faut obtenir plusieurs clichés distincts à partir d'un point de vue unique.
On y arrive, soit en décomposant la faisceau lumineux émergeant d'un objectif photographique ordinaire, en autant de faisceaux qu'il est nécessaire, par l'interposition de surfaces par- tiellement réfléchissantes et transparentes, soit encore en
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prenant les clichés monochromes au moyen d'autant d'ob- jectifs distincts, dont les axes doivent être aussi rapprochés que possible, afin d'atténuer les effets$ toujours extrêmement nuisibles, de la parallaxe., b) pour la restitution ou la projection, il faut ensuite superposer les différents chromogrammes.
Des difficultés de même nature se rencontrent évidemment è celles relatives à la parallaxe, qu'il faut, au contraire exalter, mises à part quand on veut obte- nir des couples d'images destinés à la restitution ou à la projection stéréoscopiques.
Ces difficultés prennent toute leur acuité dans le cas de la cinématographie, par suite de l'encombrement des images, lequel contraint à employer des pellicules et des appareils spéciaux, tant à la prise de vues - ce qui n'est généralement pas considéré comme très grave - qu'à la projection, ce qui constitue un obstacle f ondamen- tal à la diffusion de tous ces procédés.
On a essayé de remédier à ces défauts en rédui- sant les dimensions des images,, Mais le remède n'est que partiel, car, entre autres inconvénients, cette réduo- -tion entraîne généralement un changement dans-le pas; ou intervalle des groupes d'images successifs, dont doit avancer la pellicule entre chaque exposition; en d'autres . termes, cette réduction entraîne encore, finalement, un change'nent dans l'appareil.
Le procédé qui fait l'objet de la présente in- vention permet de résoudre ces difficultés. Il consiste ; le) à réduire ou à amplifier optiquement les di- mensions des images., mais dans un seul sens, soit en hauteur, soit en largeur, par anamorphose, ce qui donne la possibilité de les disposer côte à côte sur la pelli cule, sans place perdue, dans l'encombrement d'une seule image ordinaire, de manière à conserver le pas.
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2 ) à restituer ou à projeter ces/images au moyen du système optique qui a servi à les obtenir, ou d'un système semblable, rétablissait les images dans leurs proportions exactes et permettant de les superpo- ser en une image unique, après que chacune d'elles a été colorée, soit par teinture, eoit par filtration d'éclai- rage, en une couleur appropriée au résultat à obtenir : on réalise ainsi la synthèse chromatique, ou la synthèse stéréoscopique par anaglyphes.
La figure 1 fait comprendre le moyen général dont l'application constitue la caractéristique fondamen- tale du procédé :
En a, on a représenté un groupe de trois vues cinématographiques du format normal (18 x 24 mm.), disposées pour la trichromie. On y voit
1 que la largeur de la pellicule doit être de 82: mm. (3 x 24) + (2 x 5) mm.;
2 que la distance des axes des objectifs extrêmes est de 48 mm., ce qui produit une parallaxe importante des trois images, parallaxe se traduisant par des franges colorées du plus désagréable effet.
En b, on voit les trois images précédentes, ré- diiites, en largeur seulement, chacune au tiers de la lar- geur normale, par la simple interposition, entre l'objet et les objectifs, d'un dispositif optique spécial, élé- met de l'invention, dit "anamorphoseur local".
Enfin, en c on voit les trois images anamorpho- sees, qui ont été rapprochées l'une de l'autre, par l'utilisation combinée d'un anamorphoseur et d'un objectif multiple, combinaison caractéristique de l'invention. Les trois images, ainsi anamorphosées et rapprochées, occu- pent alors l'emplacement d'une image ordinaire.
La distance des axes des objectifs extrêmes est maintenant de 16 mm., c'est-à-dire le tiers de ce qu'elle était dans la cas ordinaire représenté sur la figure la.
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Mais la parallaxe n'est pas seulement réduite au tiers mais bien au neuvième de sa valeur 'précédente., et les frange-- colorées deviennent imperceptibles dans tous les cas de la pratique. Cette propriété constitue un des avantages les plus précieux de l'invention pour l'appli- cation à la photographie en couleurs. Il en est notamment ainsi quand on se sert de l'anamorphoseur pour réduire en largeur la dimension des images. En effet, si l'on désigne par µ le grandissement de l'appareil* non seule- ment les axes optiques des objectifs extrêmes ont leur distance multipliée par g, niaise de plus, vus du sujet, ces axes se présentent à une distance apparente égale à leur distance réelle multipliée par g.
Il en résulte que la parallaxe est multipliée par g2 t elle est donc réduite à un neuvième dans le cas, cité à titre d'exemple., de la photographie trichrome, oû l'on a g + 1/3
On peut encore appliquer le principe de l'in- vention en choisissant le système d'objectifs de manière à obtenir directement des images réduites, et en dilatant celles-ci dans le sens perpendiculaire au précédent, au moyen d'un anamorphoseur semblable, mais retourné bout pour bout, et orienté à angle droit de la position adoptée dans le cas précédent.
Par exemple, pour le cas de trois images, indi- que sur la figure 1, on pourra utiliser des objectifs de , longuteur focale trois fois plus courte que pour obtenir la figure la, et on obtiendra ainsi trois images de 6 sur 8 mm., juxtaposées (figure 1 d). Fuis, par l'inter- position d'un anamorphoseur grossissant trois fois dans le sens verticale on leur donnera la configuration désirée, qui conserve le pas (figure 1 c).
Il est évident que le même moyen général carac téridtique de l'invention peut être appliqué en produisant l'anamorphose dans le sens de la hauteur, de manière à réduire l'encombrement des images multiple à celui d'une
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seule dans le sens du déplacement de la pellicule, comme il est indiqué sur la figure 2, en a), b) et c).
Il convient d'ailleurs de noter que la réduc tion de l'encombrement total, en largeur, à celui d'une soule image, ne présente toute sa nécesr;ité que dans le ca de la projection. A la prise de vues, l'encombrement peut être moins réduit si, pour des raisons partioulières -de luminosité, par exemple- on trouve avantageux d'employer des films de largeur différente de la normale.
Enfin, l'anamorphose peut n'être appliquée qu'à la constitution des clichés qui doivent être projetés définitivement, à partir d'originaux qui peuvent provenir d'appareils d'appareils de prise de vues quelconques, ou mené de clichés photographiques obtenus à la manière ordi- naire. Ceci:trouve surtout son application dans le cas de la stéréoscopie.
Le système optique que l'on utilise pour mettre en oeuvre ce procédé et qui constitue une caractéristi- que essentielle de l'invention résulte de la combinaison de deux parties essentielles ;
A) Un anamor phoseur local;
B) Un système d'objectifs ordinaires.
A- L'anamorphoseur local est une certaine combi- naison optique composée de deux systèmes de lentilles cylindriques, disposées les unes à la suite des autres de manière que leurs plans axiaux soient en coïncidence* Dans le but de réduire les aberrations du système quand elles sont gênantes, on forme éventuellement les lentil- les cylindriques qui le composent de plusieurs lentilles sim@les, dont certaines peuvent être collées ensemble, calculées d'après les principes connus, analogues à ceux qui sont appliqués aux systèmes optiques de révolution autour d'un axe.
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Mais, pour simplifier l'expose, on peut sup- poser que chaque système se compose d'une seule lentille mince. On sait comment on pourra tenir compte$ ensuite, très facilement des épaisseurs.
Sur la figure 3, est représentée schématiquement
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la section droite du système anaêiorphoseure supposé ré- duit aux deux lentilles minces L et L'.
Entre les longueurs focales f et f' de ces lentilles et la distance e = L L', qui les sépare, en établit des relations qui permettent de satisfaire aux conditions suivantes :
1 ) L'image (X') d'un plan de front-objet (X), donnée par les nappes planes de rayons lumineux qui se
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propagent dans une section droite, doit coincider. en n lan-objet lui-ùiême. Autrement dit, positiont avec plan-'ob.let lui-même. Autrement dit, ce plan doit être un plan de Bravais de la combinaison; 2 ) Le grandissement p, de cette image doit avoir une valeur donnée . Par exemple, dans le cas envi:-
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figure li a et b sera égal à 1/3, et dans le cas d et c, on prendra g = 3.
Si l'on représente,en grandeur et en signe, par : x=LX, la distance de l'objet à la première lentille ;par @ L'X, la distance, à la deuxième lentille, de l'image et si l'on se donne x, f, g l'optique élémentaire permet de calculer facilement les quantités e et f'.
On trouve ainsi :
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e l + (1 - " É àÎ) f , 1 (1 ) 2L K x - e
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) 1 4- '' 2 g x
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L'encombrement du système est de'l'ordre de
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eo (1 .. b) f; il y a donc intérêt, ei on veut le réduire, à prendre des longueurs focales courtes. Mais ceci entraîne, d'autre part, des difficultés dans la correction des aberrations. De sorte que, en définitive, il y a avantage à choisir des lentilles de puissance faible.
" En général, la distance x est grande vis-à-vis de f. On fixera la valeur de f une fois pour toutes, et l'on réglera la distance e selon les diverses dis- Lances du sujet.
A distance x finie, mais grande, on a, pour variation e de la distance des lentilles comptée à partir de eo = f + f'
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b e = fb - ± x o
L'objectif étant mis au point sur l'infini, la ' variation de tirage de la chambre à partir de cette position pour mettre au point sur la distance x, est, d'autre part : #x' :* - E2/@
On voit que les déplacements @e et X sont proportionnels et peuvent être, par suite, conjugués Mécaniquement, d'une manière très simple, de sorte que la mise au point assure, en même temps, la correc-
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tion de l'astigmatisme de l'anamorphoseur.
Le grandissement sera très légèrement variable au voisinage de sa valeur théorique, mais d'une manière négligeable.
B - Le système d'objectifs comprend autant d'objectifs photographiques (ou de projections) de types ordinaires, qu'il y a d'images élémentaires à photo- grap hier ou à projeter :deux, dans le cas de la eté- réoscopie ou de la photographie bichrome; trois, dans
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le cas de la trichromie.
Les axes optiques de ces objectifs sont placés dans un même plan) a des distances réciproques egales à celles des images à obtenir.
Tour permettre le rapprochement des axes à la distance voulue, quand le diamètre des lentilles . des objectifs est supérieur à cette distance, on peut les couper selon deux plans parallèles à l'axe, à la distance convenable, comme on le voit sur la figure 4.
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Sur la figure 5, on a représenté, à titre d'exemple descriptif, un ensemble optique pour trichromie, établi conformément à l'invention.
L est une lentille cylindrique divergen- te àe - 12 dioptries; l" est une lentille cylindrique conver- gente, de + 4 dioptries;
Ob. est un système de trois objectifs' ordinaires;
F est le système des trois filtres sé- lecteurs, rouge, vert et bleu, par exemple!
P est l'emplacement de la surface sen- sible,
Sur la figure 6, on a représenté, comme autre exemple,, un système anamorphoseur double, spécla- lement adapté à la prise de vues pour films stéréos- copiques.
Le premier système complet, qui sert à prendre la vue destinée à l'oeil droit, est composé des éléments suivants :
Ld lentille cylindrique divergente (- 12 d)
L'd lentille cylindrique convergente (+ 6 d)
Obd objectif.
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Les plans axiaux des lentilles Ld et L'd sont décalés au moyen de deux miroirs plans Md et M' interposés entre les lentilles. Ces miroirs d peuvent être formés par les faces d'un parallélipi- pede de verre.
Un système identique Lg, L'g, Obg eto est disposé symétriquement, à gauche du précédent.
Le grandissement anamorphotique sera g = 1/2 par exemple, pour le cas de la prise de vues directes pour la cinématographie.
La figure 7 représente un dispositif simple, convenable pour la projection etéréoscopique, par le procédé des "anaglyphes", des vues obtenues avec le dispositif de la figure 6. Ici, il suffit d'un seul anamorphoseur, L, L'et de deux objectifs rappro" chés Obd et Obg; il n'y a pas de prismes. Les filtres colorés de couleurs complémentaires, V et R,, peuvent être placés légèrement en arrière du cliché P.
La théorie des systèmes anamorphotiques a été donnée par Abbe, qui a décrit des combinaisons formées de lentilles cylindriques croisées, ce qui est t,ien une nécessité quand on se place dans le cas géné- ral envisagé par Abbé.
Le cas de l'imagerie aux points de Bravais est un cas de dégénérescence de la théorie gé- i.érale, qui fait exception aux cas envisagés par Abbe en ce sens qu'il conduit à l'utilisation de lentilles cylindriques à génératrices toutes parallèles.
On remarquera que le procédé faisant l'objet de l'invention présente les menés facilités d'application que les procédés actuels en blanc et noir : emploi de pellicules panchromatiques du commerce; obtention d'images négatives permettant de tirer des copies positives en nombre illimité; conservation des appareils de prise de vues et de projections ac-
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tuellement en usage; et, surtout, absence de paral- laxe chromatique nuisible et même tolérance de mise au point que pour les procédés ordinaires en blanc et en noir.
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"Multiple anamorphic lens and method of cinematography. Color and relief graphics using this lens"
When attempting to apply polychrome processes to color photography, one encounters multiple difficulties: a) It is necessary to obtain several distinct images from a single point of view.
This is achieved either by breaking down the light beam emerging from an ordinary photographic lens into as many beams as necessary, by the interposition of partially reflective and transparent surfaces, or by
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taking the monochrome images by means of as many distinct objectives, the axes of which must be as close as possible, in order to attenuate the always extremely harmful effects of parallax., b) for restitution or projection , it is then necessary to superimpose the different chromograms.
Difficulties of the same nature are obviously encountered with those relating to parallax, which must, on the contrary, be exalted, except when one wishes to obtain pairs of images intended for stereoscopic reproduction or projection.
These difficulties are particularly acute in the case of cinematography, owing to the clutter of the images, which forces the use of films and special devices, both when taking pictures - which is generally not considered very serious - than to projection, which constitutes a fundamental obstacle to the dissemination of all these processes.
Attempts have been made to remedy these shortcomings by reducing the dimensions of the images, but the remedy is only partial, since, among other drawbacks, this reduction usually results in a change in pitch; or interval of successive groups of images, which must advance the film between each exposure; in others. In short, this reduction still leads to a change in the apparatus.
The method which forms the subject of the present invention makes it possible to resolve these difficulties. It consists ; le) to optically reduce or amplify the dimensions of the images., but in only one direction, either in height or in width, by anamorphosis, which gives the possibility of placing them side by side on the film, without place lost, in the clutter of a single ordinary image, so as to maintain the pitch.
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2) to restore or project these / images by means of the optical system which served to obtain them, or of a similar system, restored the images in their exact proportions and allowing them to be superimposed in a single image, after that each of them has been colored, either by dyeing or by lighting filtration, in a color appropriate to the result to be obtained: the chromatic synthesis, or the stereoscopic synthesis by anaglyphs, is thus carried out.
Figure 1 shows the general means, the application of which constitutes the fundamental characteristic of the process:
In a, there is shown a group of three cinematographic views of the normal format (18 x 24 mm.), Arranged for trichromy. We see
1 that the width of the film should be 82: mm. (3 x 24) + (2 x 5) mm .;
2 that the distance of the axes of the extreme lenses is 48 mm., Which produces a significant parallax of the three images, parallax resulting in colored fringes of the most unpleasant effect.
In b, we see the three previous images, reduced in width only, each one third of the normal width, by the simple interposition, between the object and the objectives, of a special optical device, ele- puts the invention, called "local anamorphic".
Finally, in c we see the three anamorphic images, which have been brought closer to one another, by the combined use of an anamorphosis and a multiple objective, a characteristic combination of the invention. The three images, thus anamorphosed and brought together, then occupy the location of an ordinary image.
The distance of the axes of the extreme objectives is now 16 mm., That is to say one third of what it was in the ordinary case shown in FIG.
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But parallax is not only reduced to a third but to a ninth of its previous value, and the colored fringes become imperceptible in all cases of practice. This property constitutes one of the most valuable advantages of the invention for the application to color photography. This is particularly the case when the anamorphoser is used to reduce the size of the images in width. Indeed, if we denote by µ the magnification of the camera * not only the optical axes of the extreme objectives have their distance multiplied by g, but moreover, seen from the subject, these axes appear at an apparent distance equal to their actual distance multiplied by g.
It follows that the parallax is multiplied by g2 t it is therefore reduced to one ninth in the case, cited by way of example, of trichrome photography, where we have g + 1/3
The principle of the invention can also be applied by choosing the system of objectives so as to obtain directly reduced images, and by dilating them in the direction perpendicular to the previous one, by means of a similar anamorphic device, but turned end to end, and oriented at a right angle to the position adopted in the previous case.
For example, for the case of three images, indicated in FIG. 1, it is possible to use objectives of focal length three times shorter than for obtaining FIG. 1a, and thus three images of 6 by 8 mm will be obtained. , juxtaposed (figure 1 d). Flee, by the interposition of an anamorphoser magnifying three times in the vertical direction, we will give them the desired configuration, which preserves the pitch (figure 1c).
It is obvious that the same general characteristic means of the invention can be applied by producing the anamorphosis in the direction of the height, so as to reduce the size of the multiple images to that of one.
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only in the direction of movement of the film, as indicated in Figure 2, in a), b) and c).
It should also be noted that the reduction of the total size, in width, to that of an image soule, presents all its necesr; ity only in the ca of the projection. When taking pictures, the bulk can be reduced if, for particular reasons - of brightness, for example - it is advantageous to use films of different width from the normal.
Finally, the anamorphosis can only be applied to the constitution of the photographs which must be definitively projected, starting from the originals which can come from any cameras of any kind of camera, or taken from photographic photographs obtained at the ordinary way. This: finds its application especially in the case of stereoscopy.
The optical system which is used to implement this method and which constitutes an essential characteristic of the invention results from the combination of two essential parts;
A) A local anamor phoser;
B) A system of ordinary objectives.
A- The local anamorphoser is a certain optical combination made up of two systems of cylindrical lenses, arranged one after the other so that their axial planes are in coincidence * In order to reduce the aberrations of the system when they are troublesome, the cylindrical lenses which compose it are possibly formed from several sim @ les lenses, some of which can be glued together, calculated according to known principles, analogous to those applied to optical systems of revolution around an axe.
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But, to simplify the explanation, it can be assumed that each system consists of a single thin lens. We know how we can then take account of the thicknesses very easily.
In Figure 3, is shown schematically
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the cross section of the assumed anaeflower system is reduced to the two thin lenses L and L '.
Between the focal lengths f and f 'of these lenses and the distance e = L L', which separates them, establishes relationships which make it possible to satisfy the following conditions:
1) The image (X ') of a front-object plane (X), given by the flat layers of light rays which
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propagate in a straight section, must coincide. in n the object itself. In other words, position with plan-'ob.let itself. In other words, this plane must be a Bravais plane of the combination; 2) The magnification p i of this image must have a given value. For example, in the case of envi: -
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figure li a and b will be equal to 1/3, and in the case of d and c, we will take g = 3.
If we represent, in magnitude and sign, by: x = LX, the distance from the object to the first lens; by @ L'X, the distance, to the second lens, from the image and if l 'we give ourselves x, f, g elementary optics makes it possible to easily calculate the quantities e and f'.
We thus find:
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e l + (1 - "É to Î) f, 1 (1) 2L K x - e
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) 1 4- '' 2 g x
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The congestion of the system is of the order of
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eo (1 .. b) f; there is therefore an advantage, and we want to reduce it, to take short focal lengths. But this leads, on the other hand, to difficulties in correcting the aberrations. So, ultimately, there is an advantage in choosing low power lenses.
"In general, the distance x is large with respect to f. We will fix the value of f once and for all, and we will adjust the distance e according to the various distances of the subject.
At finite distance x, but large, we have, for variation e of the distance of the lenses counted from eo = f + f '
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b e = fb - ± x o
The lens being focused on infinity, the 'variation of the chamber's draft from this position to focus on the distance x, is, on the other hand: #x': * - E2 / @
It can be seen that the displacements @e and X are proportional and can therefore be combined mechanically, in a very simple way, so that the focusing ensures, at the same time, the correction.
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tion of astigmatism of the anamorphoser.
The magnification will be very slightly variable around its theoretical value, but in a negligible way.
B - The system of objectives comprises as many photographic objectives (or projections) of ordinary types, as there are elementary images to be photographed yesterday or to be projected: two, in the case of eteroscopy or two-color photography; three in
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the case of trichromy.
The optical axes of these objectives are placed in the same plane) at reciprocal distances equal to those of the images to be obtained.
Tower allow the approximation of the axes to the desired distance, when the diameter of the lenses. of the objectives is greater than this distance, they can be cut along two planes parallel to the axis, at the suitable distance, as seen in Figure 4.
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In FIG. 5, there is shown, by way of descriptive example, an optical assembly for trichromy, established in accordance with the invention.
L is a 12 diopter diverging cylindrical lens; 1 "is a converging cylindrical lens, of +4 diopters;
Ob. is a system of three ordinary objectives;
F is the system of the three selection filters, red, green and blue, for example!
P is the location of the sensitive surface,
In FIG. 6, there is shown, as another example, a double anamorphic system, specially adapted for taking pictures for stereoscopic films.
The first complete system, which is used to take the view for the right eye, consists of the following elements:
Ld diverging cylindrical lens (- 12 d)
L'd convergent cylindrical lens (+ 6d)
Obd objective.
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The axial planes of the lenses Ld and L'd are offset by means of two plane mirrors Md and M 'interposed between the lenses. These mirrors d can be formed by the faces of a glass parallelepiped.
An identical system Lg, L'g, Obg eto is arranged symmetrically, to the left of the previous one.
The anamorphic magnification will be g = 1/2 for example, for the case of direct shooting for cinematography.
FIG. 7 represents a simple device, suitable for etereoscopic projection, by the "anaglyphs" process, of the views obtained with the device of FIG. 6. Here, a single anamorphoser, L, L', and two is sufficient. Close objectives Obd and Obg; there are no prisms. Color filters of complementary colors, G and R ,, can be placed slightly behind the P.
The theory of anamorphotic systems was given by Abbe, who described combinations formed of crossed cylindrical lenses, which is very necessary when we consider the general case envisaged by Abbot.
The case of imaging at Bravais points is a case of degeneration of general theory, which is an exception to the cases considered by Abbe in that it leads to the use of cylindrical lenses with all parallel generators. .
It will be noted that the method forming the subject of the invention has the simplicity of application as the current methods in white and black: use of panchromatic films on the market; obtaining negative images making it possible to make unlimited positive copies; conservation of cameras and projections that have been
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currently in use; and, most importantly, no harmful chromatic parallelism and same focus tolerance as for ordinary white and black processes.