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-Dispositif photographique extra-lumineux"
L'accroissement constamment nécessaire de la luminosité des procédés photographiques se poursuit concurremment dans deux directions bien distinctes a) accroissement de la luminosité des objec- tifs de prise de vue b) accroissement de la sensibilité des émulsions photographiques elles-mêmes*
Des progrès considérables ont été faits dans ces deux directions.
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Du côté chimique, on n'aperçoit heureusement encore rien qui limite les progrès réalisables et on peut espérer qu'un jour viendra où l'on disposera d'é- mulsions d'une sensibilité incomparablement plus gran- de que celle des émulsions actuelles. ;Nais ce jour peut se faire attendre encore longtemps.
Bu côté optique, au contraire, on a atteint la limite pratique et, même, dans bien des cas on l'a dé- passée, car l'accroissement de la luminosité des objec- tifs photographiques ne s'obtient qu'au préjudice de l'étendue de leur champ angulaire et surtout de leur tolérance de mise au point. Tour les applications à la cinématographie, par exemple, il est très désirable de pouvoir disposer d'objectifs très lumineux, ouverts à 1/2,5 et même à 1/2 et l'on construit aujourd'hui, en effet, de tels objectifs. très bien corrigés des aberrations. Cependant, ils sont pratiquement inutili- sables par suite de leur manque de profondeur de champs et c'est là une difficulté irréductible, parce qu'elle relève de la pure géométrie.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, quoique purement optique, et laissant par conséquent intégralement libre le champ des perfection- nements d'ordre chimique ultérieurs, permet néanmoins de sortir du dilemme.
Principe*- Soient (figure 1), la pupille d'é- merence de l'objectif photographique (c'est-à-dire l'i- mage du diaphragme, telle qu'on l'observe dans l'espace- image), et S la surface de la couche sensible.
Placons, en avant de cette couche, une petite lentille L, de très court foyer, et réglons les posi- tions de telle manière que la lentille L se trouve dans le plan de l'image fournie par l'objectif et que la couche sensible soit située, elle.même, dans le plan P, conjugué de P.
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On voit alors que toute la lumière qui venait former l'image en L et qui tombait sur l'aire de cette
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lentille, d$étendue/6$ est concentrée maintenant sur la couche sensible, dans une aire #, qui peut être nota- blement moindre, de sorte que, si l'on fait abstraction de la perte de lumière par réflexion et absorption au
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droit de la lentille aondensatrioe L. la luminosité pro- pre de l'objectif de prise de vue est multipliée par le facteur
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M o " ce é
Désignons par d le diamètre de la lentille L ; (2) #=Òd2/4
Si, maintenant, D mesure le diamètre de la pupille d'émergence P et # celui de son image, on aura :
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(3) - 9' D .
P
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en posant Bj = p: LS = ;i d'où (4) nj2 (Po (4) #=Òu/a (p/p) et
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(5) \0= (r 2 ^ C,..212 en désignant par (6) # = d/p' l'ouverture de la lentille L et par (7) Û= D/p celle de l'objectif de prise de vue.
Or, la luminosité d'un objectif photographique est mesurée par le carré de son ouverture de travail, La luminosité du système constitué par l'objectif et la lentille condensatrice L sera donc :
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(8) #.Û2=#2 c'est-à-dire égale à la luminosité, propre de la lentil- le L, et cela indépendamment, de l'ouverture de l'objec- tif de prise de vue*
Réalisation *- D'après ce qui vient d'être -exposé, on a remplacé la portion de l'image de l'objet qui se formait en L par une tache uniforme qui se forme en S, dont la luminosité est /\ fois plus grande que la luminosité moyenne de l'image.
Tour que le principe invoqué soit susceptible de recevoir une application industrielle, il faut donc que le diamètre d de la lentille L soit de l'ordre de grandeur du pouvoir de définition linéaire exigée dans l'image finale. Ceci conduit à des @ lentilles microscopiques. Si on parvient à les réaliser, il suffira de les dispoeer d'une manière bien jointive en une couche recouvrant toute l'étendue de l'image
On arrivera d'une manière pratique à ce résul tat en moulant une des faces du support de la couche sensible selon des calottes sphériques de rayon r tel que le plan focal de cette calotte vienne à peu près en coïncidence avec l'autre face, qui reste plane, et sue laquelle est appliquée l'émulsion.
Si l'on désigne par e l'épaisseur du support$ on devra faire, à peu près : (9) r=n-1/n e n désignant l'indice de réfraction du supporta car la distance p sera toujours considérable par rapport . e.
La distance désignée par p' est alors égale à e/n.
(10) p'= e/n
Les calottes sphériques, pour être bien jointi-
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ves, seront limitées par un contour polygonal qui se projettera orthogonalement sur la face plane selon des hexagones réguliers
Le grain apparent de l'image aura une dimension comprise entre le diamètre des cercles circonscrits et le diamètre des cercles inscrits à et dans ces hexagones, et l'on peut pratiquement adopter, pour mesure du grain de l'image, le diamètre du cercle de même surface. c'est ce diamètre qui joue le rôle de d dans les for- mules précédentes.
La formule (6) devient ainsi (11) # = n
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La luminosité (.ù2 sera donc en raisons inverses du carré du pouvoir de résolution 1/d et de l'épaisseur du support.
Désignons par Ni le nombre des lentilles conden- satrices L par unité de surface; on aura :
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1 Nl ,b s 44da ce qui donnera
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Soit, par exemple, une pellicule ciné- raatographique en celluloïd d'épaisseur courante : e=0,135 mm. et prenons pour l'indice de réfnaotion la valeur ronde n = 3/2
Le rayon de courbure r des calottes sphériques mouler sur la face libre du support sera r = 0.090 mm.
Considérons des gaufrages comportant respecti- vement :
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N1=300, 400, 500 lentilles par millimètre carré.
On obtiendra
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soit : d= 1/15,4, 1/17,8 1/20 mm. respectivement;
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soit :
1/1,4 1/1,6 1/1,8 respectivement.
Comparons la luminosité obtenue par l'emploi de ce film avec un objectif ouvert à Û= 1/6,3, avec celle obtenue par l'emploi d'un film ordinaire avec le même objectif de prise de vue, les émulsions photographiques étant les mêmes dans les deux cas.
On aura
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6,3 /(,t?2 - 20, 1516 11 respectivement.
On voit qu'un film d'épaisseur courante, capa- ble d'une définition supérieure à 1/15 de millimètre, aura une luminosité vingt fois plus grande par applica- tion de l'artifice préconisé.
3n toute rigueur,, il faut tenir compte de la perte de lumière occasionnée par l'introduction d'un
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système optique supplénentaire, perte inférieure à 10 %, et du fait que les petites lentilles ne sont pas exactement jointives. On peut s'attendre encore à une perte de 15 *Pour les joints. Enfin, l'image de diaphragme n'est pas exempte d'aberration, et, d'autre part, l'image phtographique diffuse légèrement dans la région qui lui est extérieure. lais on verra que ces derniers défauts sont pratiquement sans influence* et qu'on peut fixer à 5% le maximum de la perte de lumière qui en résulte. Tous comptes faits - et l'expérience
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confirme globalement cette évaluation 4 le facteur # doit être multiplié par 0,75 pour fournir le facteur pratique de luminosité.
Ceci donne pour l'exemple précédent = 16 fois
Un cliché négatif étant obtenu par ce procédé,
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comment se présente'-t"il ?
Si on l'examine à l'oeil, à la manière d'un cliché ordinaire, il se présente à peu près de même*
En effet, l'image est bien constituée par des petites taches circulaires noires, beaucoup plus opaques que la région correspondante d'un cliché pris à la maniè- re ordinaire; mais chaque tache est environnée d'une plage blanche et comme à/l'oeil nu on ne peut pas dis- cerner le détail de la structure, l'ensemble apparaît gris et sensiblement du même gris que dans le cas du cliché ordinaire,
Il en sera de même des épreuves que l'on en tirera par simple contact, et la complication introduite semble avoir été absolument stérile.
Mais si, au lieu de reproduire le cliché par simple contact, on procède par voie de reproduction à la chambre photographique, en plaçant le nouveau négatif gélatine en arrière et en réglant le diaphragme de l'objectif de cette chambre en position et en diamètre, de manière à le faire coïncider avec l'image unique, que par cette disposition, les petites lentilles restituent du diaphragme de l'objectif de prise de vue, la plage blanche qui entoure chaque image sera complètement obta- rée par le contour du diaphragme et les différences de densité que présenteront sur le positif les différentes régions du sujet seront bien équivalentes à celles qu'on aurait obtenues avec un objectif de luminosité fois plus grande que celle de l'objectif réellement employé;
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- Extra-luminous photographic device "
The constantly necessary increase in the luminosity of photographic processes continues concurrently in two very distinct directions: a) an increase in the luminosity of the shooting lenses b) an increase in the sensitivity of the photographic emulsions themselves *
Considerable progress has been made in both directions.
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Fortunately, on the chemical side, we still do not see anything that limits the progress that can be made and we can hope that a day will come when we will have emulsions of incomparably greater sensitivity than that of current emulsions. But this day may be long overdue.
On the optical side, on the contrary, the practical limit has been reached and, in many cases, it has even been exceeded, since the increase in the luminosity of photographic lenses is only obtained at the expense of the extent of their angular field and especially their focusing tolerance. In applications to cinematography, for example, it is very desirable to be able to have very bright lenses, open at 1 / 2.5 and even at 1/2, and today, in fact, such Goals. very well corrected for aberrations. However, they are practically useless owing to their lack of depth of field and this is an irreducible difficulty, because it is a matter of pure geometry.
The process which forms the subject of the present invention, although purely optical, and consequently leaving the field of subsequent chemical improvements completely free, nevertheless makes it possible to overcome the dilemma.
Principle * - Let (figure 1) be the emerence pupil of the photographic lens (that is to say the image of the diaphragm, as observed in the image space ), and S the surface of the sensitive layer.
Let us place, in front of this layer, a small lens L, of very short focus, and adjust the positions in such a way that the lens L is in the plane of the image supplied by the objective and that the sensitive layer is situated, itself, in the plane P, conjugate of P.
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We then see that all the light which came to form the L-shaped image and which fell on the area of this
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lens, d $ extent / 6 $ is now concentrated on the sensitive layer, in an area #, which may be notably less, so that, if we disregard the loss of light by reflection and absorption at
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right of the aondensatrioe lens L. the clean brightness of the shooting lens is multiplied by the factor
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M o "ce é
Let us denote by d the diameter of the lens L; (2) # = Òd2 / 4
If, now, D measures the diameter of the emergence pupil P and # that of its image, we will have:
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(3) - 9 'D.
P
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by setting Bj = p: LS =; i hence (4) nj2 (Po (4) # = Òu / a (p / p) and
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(5) \ 0 = (r 2 ^ C, .. 212 denoting by (6) # = d / p 'the aperture of the lens L and by (7) Û = D / p that of the objective of shooting.
However, the luminosity of a photographic objective is measured by the square of its working aperture, The luminosity of the system constituted by the objective and the condensing lens L will therefore be:
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(8) # .Û2 = # 2 that is to say equal to the luminosity, specific to the L lens, and this independently of the opening of the shooting lens *
Realization * - According to what has just been explained, we replaced the portion of the image of the object which formed in L by a uniform spot which formed in S, whose luminosity is / \ times larger than the average brightness of the image.
Even though the principle invoked is capable of receiving industrial application, the diameter d of the lens L must therefore be of the order of magnitude of the linear definition power required in the final image. This leads to microscopic lenses. If we manage to achieve them, it will suffice to arrange them in a well joined way in a layer covering the entire extent of the image.
This result will be achieved in a practical manner by molding one of the faces of the support of the sensitive layer according to spherical caps of radius r such that the focal plane of this cap comes roughly in coincidence with the other face, which remains flat, and on which emulsion is applied.
If we denote by e the thickness of the support $ we will have to do, approximately: (9) r = n-1 / n e n denoting the refractive index of the supporta because the distance p will always be considerable in relation. e.
The distance designated by p 'is then equal to e / n.
(10) p '= e / n
The spherical caps, to be well joint
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ves, will be limited by a polygonal contour which will project orthogonally on the plane face according to regular hexagons
The apparent grain of the image will have a dimension between the diameter of the circumscribed circles and the diameter of the circles inscribed in and in these hexagons, and one can practically adopt, for measurement of the grain of the image, the diameter of the circle of the same surface. it is this diameter which plays the role of d in the preceding formulas.
Formula (6) thus becomes (11) # = n
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The luminosity (.ù2 will therefore be in inverse reasons of the square of the resolving power 1 / d and the thickness of the support.
Denote by Ni the number of condensing lenses L per unit area; we will have :
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1 Nl, b s 44da which will give
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Consider, for example, a celluloid cine- rographic film of standard thickness: e = 0.135 mm. and take for the index of refnation the round value n = 3/2
The radius of curvature r of the spherical caps molded on the free face of the support will be r = 0.090 mm.
Let us consider embossments comprising respectively:
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N1 = 300, 400, 500 lenses per square millimeter.
We will get
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ie: d = 1 / 15.4, 1 / 17.8 1/20 mm. respectively;
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is :
1 / 1.4 1 / 1.6 1 / 1.8 respectively.
Let us compare the luminosity obtained by the use of this film with an objective open at Û = 1 / 6.3, with that obtained by the use of an ordinary film with the same shooting objective, the photographic emulsions being the same in both cases.
We will have
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6.3 / (, t? 2 - 20, 1516 11 respectively.
It can be seen that a film of current thickness, capable of a definition greater than 1/15 of a millimeter, will have a luminosity twenty times greater by application of the recommended artifice.
3n rigorously, it is necessary to take into account the loss of light caused by the introduction of a
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additional optical system, loss less than 10%, and the fact that the small lenses are not exactly contiguous. We can still expect a loss of 15 * for the joints. Finally, the diaphragm image is not free of aberration, and, on the other hand, the phtographic image diffuses slightly in the region which is outside it. However, it will be seen that these latter defects are practically without influence * and that the maximum of the resulting loss of light can be set at 5%. All things considered - and the experience
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overall confirms this assessment 4 the factor # must be multiplied by 0.75 to provide the practical light factor.
This gives for the previous example = 16 times
A negative image being obtained by this process,
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how is he?
If we examine it visually, like an ordinary photograph, it looks roughly the same *
Indeed, the image is indeed constituted by small black circular spots, much more opaque than the corresponding region of a photograph taken in the ordinary way; but each spot is surrounded by a white area and as with the naked eye one cannot distinguish the detail of the structure, the whole appears gray and more or less the same gray as in the case of the ordinary photograph,
It will be the same for the tests which one will draw from it by simple contact, and the complication introduced seems to have been absolutely sterile.
But if, instead of reproducing the cliché by simple contact, we proceed by way of reproduction in the photographic chamber, by placing the new gelatin negative behind and by adjusting the diaphragm of the objective of this chamber in position and in diameter, so as to make it coincide with the single image, that by this arrangement, the small lenses restore the diaphragm of the shooting objective, the white area which surrounds each image will be completely blocked by the contour of the diaphragm and the differences in density that the different regions of the subject will present on the positive will be quite equivalent to those that would have been obtained with an objective of brightness times greater than that of the objective actually used;
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