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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein anamorphotisches Objektiv und System.
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HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
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Anamorphotische Objektive, auch kurz „Anamorphoten” genannt, sind in der Filmindustrie seit den 50er Jahren bekannt. Beeinflusst durch die damals stark voranschreitende Ausbreitung des Fernsehens, begann die Filmindustrie in dieser Zeit, Filme im Breitwandformat zu produzieren, um sich vom Fernsehen – nicht zuletzt in qualitativer Hinsicht – abzusetzen zu können. So führte die 20th Century Fox das CinemaScope-Verfahren ein, bei dem ein Anamorphot verwendet wird, um horizontal breitere Bilder aufzunehmen und sie zur Aufzeichnung auf das Filmmaterial horizontal zu stauchen, sodass sie auf den auf dem beim herkömmlichen Film verfügbaren Platz passen; das auf dem Film gestauchte Bild wird dann bei der Projektion unter Verwendung eines zweiten Anamorphoten wieder horizontal gestreckt, und das Endresultat ist ein auf die Kinoleinwand projiziertes Breitwandbild. In ähnlicher Weise führte Panavision ein Breitwandverfahren mit einem Bildverhältnis von 2,4:1 ein, zu dessen Produktion eine 2-fache horizontale Stauchung verwendet wurde. Das anamorphotische Verfahren wird also verwendet, um bei Verwendung des herkömmlichen Filmformates dennoch ein breiteres Projektionsformat zu erreichen.
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Die
US 3,865,738 von Miklos Lente aus dem Jahr 1975 führt das anamorphotische Verfahren verfeinert fort und offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Breitwandfilmes auf 35 mm Film, wobei die Bilder hier einer horizontalen Stauchung im Bereich von 1,5:1 bis 1,25:1 unterworfen werden und das Format des dann wieder mit Anamorphoten gestreckten Filmbildes ein Seitenverhätnis von 2,35:1 hat.
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Den oben genannten anamorphotischen Verfahren bzw. Systemen ist gemeinsam, dass sie noch zu Zeiten des herkömmlichen analogen Films entwickelt wurden und sich an der vorgegebenen Grösse des 35 mm Films mit seiner Perforation (d. h. der Anzahl der Löcher) an den Filmrändern orientieren mussten. So beinhaltet das in der
US 3,865,738 geschilderte Verfahren z. B. explizit, dass die Bilder in Längsrichtung des Filmes nicht grösser als die von drei Filmtransportlöchern eingenommene Strecke sein dürfen und dass der Film wiederholt um diese drei Löcher vorgeschoben wird.
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Heutzutage werden zunehmend Digitalsensoren zur Aufzeichnung der Filmbilder verwendet, was zwar zur Befreiung von der Orientierung an Format und Perforation des analogen Filmes führt, jedoch immer noch an bestimmte Formate (d. h. Höhen- und Seitenverhältnisse) gebunden ist, die sich im Laufe der Zeit – nicht zuletzt auch aus Standardisierungsgründen – eingebürgert haben. Die gängigsten Sensoren sind heutzutage 16:9 Sensoren, die jedoch mit einem 2-fach Anamorphoten nicht effektiv verwendet werden können: Das Verhältnis 16:9 entspricht 1,78:1, was bei 2-facher Streckung des voll genutzten Sensorformats zum Format 3,56:1 bei der Projektion führen würde. Aus diesem Grunde hat die Anmelderin bereits erfolgreich 1,3-fache Anamorphoten entwickelt, die bei wiederum voll genutztem Sensorformat zu einem Format von 2,31:1 bei der Projektion führen würden, was deutlich näher am üblicherweise geforderten Format von 2,39:1 liegt.
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Die oben beschriebenen anamorphotischen Systeme weisen jedoch Nachteile auf. Die aus den Anfängen bekannten 2-fachen Anamorphoten können den Bereich der durch die Digitaltechnik frei gewordenen Tonspur, die beim analogen Film noch notwendig war, nicht nutzen. Darüberhinaus lässt die Bildqualität der 2-fachen Anamorphoten generell – durch die mit der stärkeren Krümmung der Linsen einhergehende Aberration – zu wünschen übrig. Die 1,3-fachen Anamorphoten führen wiederum zu einem Verlust der seit der Verwendung der 2-fachen Anamorphoten gewohnten Bildästhetik, die sich im Laufe der Zeit nicht nur eingebürgert hat, sondern auch heute noch bevorzugt wird. Quantitativ kann man von einem Verlust von 2/3 dieser Bildästhetik sprechen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein anamorphotisches Objektiv und System vorzusehen, das bei Beibehaltung der Bildästhetik der 2-fachen Anamorphoten gleichzeitig zu einer besseren Ausnutzung des Sensorformates und zu besserer Bildqualität führt.
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Dies ist erfindungsgemäss erreicht worden mit einem anamorphotischen Objektiv zur Aufzeichung von Filmen nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen horizontalen Stauchungsfaktor von 1,8 aufweist. Dies ist weiterhin erreicht worden mit einem anamorphotischen System zur Aufzeichnung von Filmen nach Anspruch 2, umfassend ein anamorphotisches Objektiv, mit dem ein horizontal gestauchtes Bild auf einem Sensor abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv einen horizontalen Stauchungsfaktor von 1,8 aufweist.
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Andere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemässen anamorphotischen Systems sind in den Unteransprüchen 3–6 offenbart.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein mit einem anamorphotischen System nach dem Stand der Technik auf einen 35 mm Film abgebildetes Objekt;
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2 zeigt einen 2-fachen Anamorphoten nach dem Stand der Technik;
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3 zeigt die Adaption von 1 auf einen Digitalsensor mit dem Format 4:3;
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4 zeigt den Sensor aus 3, jedoch mit einem mit dem erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten abgebildeten Objekt;
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5 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten; und
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6 zeigt den Sensor aus 4, bei dem jedoch nun der vollständige Sensorbereich genutzt wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen herkömmlichen 35 mm Film 4, auf dem ein Objekt 3 mit einem 2-fachen horizontalen Stauchfaktor – also unter Verwendung eines 2-fachen Anamorphoten – nach dem Stand der Technik abgebildet ist. Das ursprüngliche Objekt war ein Kreis, der durch die 2-fache horizontale Stauchung nun zu einem Oval geworden ist und bei der Projektion wieder zu einem Kreis wird. Zur Projektion wird ein weiterer 2-facher Anamorphot verwendet, um das Filmbild wieder zu entzerren und ein Breitwandbild zu erhalten, wie es schon die eingangs beschriebenen Systeme von CinemaScope und Panavision in den 50er Jahren verwendet haben. Der weisse Bereich in 1 hat ein Format von 1,19:1, das bei 2-facher anamorphotischer Stauchung bzw.
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Streckung nutzbar ist, um zum Projektionsformat von 2,39:1 zu kommen. Der schwarze senkrechte Steg links neben dem weissen Bereich ist die Tonspur.
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Wie die Schnittansicht in 2 zeigt, weisen die 2-fachen Anamorphoten nach dem Stand der Technik relativ starke Linsenkrümmungen auf, die wiederum zu Aberationen und damit zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen. Weiterhin können die 2-fachen Anamorphoten bei den heute hauptsächlich gebräuchlichen 16:9 Sensoren nicht effektiv verwendet werden, da 16:9 dem Format 1,78:1 entspricht, was bei 2-facher Streckung des voll genutzten Sensorformats zum Format 3,56:1 bei der Projektion führen würde und damit weit ausserhalb des gebräuchlichen Formats 2,39:1 liegt.
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Die von der Anmelderin angebotenen 1,3-fachen Anamorphoten würden zwar bei voll genutztem 16:9 Sensorformat zum Projektionsformat von 2,31:1 führen, was deutlich näher am geforderten Format von 2,39:1 liegt, haben aber dafür den Nachteil, dass die durch die 2-fachen Anamorphoten entstehende Bildästhetik, die sich seit deren Einführung eingebürgert hat und auch heute noch als bevorzugt gilt, weitgehend verloren geht – quantitativ gesprochen handelt es sich um einen Verlust von 2/3 dieser Bildästhetik bei Verwendung von 1,3-fachen Anamorphoten.
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3 zeigt die Adaption des Filmformates von 4:3 (was 1,33:1 entspricht) aus 1 auf einen digitalen Sensor 2 mit dem gleichen Format 4:3. Der für die herkömmlichen 2-fachen Anamorphoten nutzbare Bereich ist der weisse Bereich A in 3. Der grau gekennzeichnete Bereich 5 links neben Bereich A entspricht 15% der Sensorgrösse, die bei der Verwendung von 2-fachen Anamorphoten frei bleiben müssen, wenn das gewünschte Projektionsformat 2,39:1 erreicht werden soll. Das Resultat ist also, dass 2-fache Anamorphoten den Bereich der durch die Digitaltechnik nun frei gewordenen Tonspur 5 nicht nutzen können – ein Problem, das sich in verstärkter Weise auch schon bei der Verwendung von 2-fachen Anamorphoten mit 16:9 Sensoren gezeigt und zur Einführung der 1,3-fachen Anamorphoten der Anmelderin geführt hatte.
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4 zeigt das Resultat mit dem gleichen Sensor 2 wie in 3, nun jedoch bei Verwendung des erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten. Der in diesem Fall nutzbare weisse Sensorbereich B ist deutlich grösser als der nutzbare Sensorbereich A aus 3, da der Bereich der Tonspur 5 aus 4 ganz wegfällt. Der schwarze Rahmen 6 um das weisse aktive Aufnahmefeld B herum ist der sogenannte ”surround view”, der dazu dient, schon bei der Aufnahme rechtzeitig störende Bildinhalte auf dem Sensor zu erkennen, bevor sie in den tatsächlichen Aufnahmebereich B hineingeraten. Die Verwendung des erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten ist auch an der gegenüber 3 geringeren horizontalen Stauchung des auf dem Sensor abgebildeten Objekts 3 zu erkennen.
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Die Vorzüge der erfindungsgemässen Anordnung nach 4 bestehen darin, dass bei geeigneter Wahl des Bildkreises des Objektivs prinzipiell der gesamte Sensorbereich eines 4:3 Sensors nutzbar ist, dass aber andererseits die seit der Verwendung der 2-fachen Anamorphoten bevorzugte Bildästhetik weitgehend erhalten bleibt – anders als bei den 1,3-fachen Anamorphoten, die, wie bereits erwähnt, erhebliche Verluste dieser Bildästhetik mit sich führen. Im Zusammenhang mit dieser Bildästhetik sind vier Aspekte von besonderer Bedeutung: Unschärfe, Schärfentiefe, Verzeichnung und Reflexbilder.
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Im Hinblick auf die Unschärfe ist festzuhalten, dass durch die zylindrischen Teile der Optik außerhalb der Schärfenebene ovale unscharfe Verläufe entstehen. Die Anamorphoten haben horizontal und vertikal unterschiedliche Brennweiten z. B. horizontal 50 mm und vertikal 100 mm Brennweite. Das beeinflusst alle Details, die in den Unschärfebereichen liegen. Sie werden verzerrt als ovale Verläufe abgebildet. Das stellt eine gewisse Entfremdung dar, die als sehr ästhetisch gilt. Analoges für die Spitzlichter, die nicht als helle kreisrunde Scheibchen abgebildet werden, sondern auch als ovale, was ebenfalls als ästhetisch gilt. Beim erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten wird das von 2-fachen Anamorphoten her bekannte Verhältnis kaum verändert, denn es beträgt horizontal 50 mm und vertikal 90 mm – das bedeutet, dass die von 2-fachen Anamorphoten her bekannten Entfremdungen weitgehend erhalten bleiben.
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Generell gilt im Hinblick auf die Schärfentiefe, dass, wenn bei sphärischen Objektiven z. z. ein 50 mm Objektiv verwendet wird, dies bei einem 2-fachen Anamorphoten ein 100 mm Objektiv sein muss, um den gleichen horizontalen Bildwinkel zu erreichen. D. h. bei Anamorphoten werden generell längere Brennweiten benutzt, und zwar genau um den Faktor der anamorphotischen Komprimierung (also 2-, 1,8- oder 1,3-fach) – das aber führt zu geringerer Schärfentiefe, wodurch z. B. Schauspieler stärker vom Hintergrund getrennt und somit präsenter wiedergegeben werden, was in der Kinematographie generell als vorteilhaft angesehen wird. Auch hier gilt wieder, dass beim erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten das von 2-fachen Anamorphoten her bekannte Verhältnis – und somit die Schärfentiefe – kaum verändert wird.
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Im Hinblick auf die Verzeichnung ist festzuhalten, dass die zylindrischen Komponenten der Anamorphoten zu tonnenförmiger geometrischer Verzeichnung führen, die sich als Besonderheit der anamorphotischen Kinematographie etabliert hat und von vielen Kameramännern ebenfalls als ästhetisch empfunden wird – andererseits kann sie, insbesondere bei kurzen Brennweiten, zu durchaus störenden Krümmungen gerader Linien führen (siehe hierzu auch weiter unten).
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Im Hinblick auf die Reflexbilder ist schliesslich festzuhalten, dass durch die stark gekrümmten zylindrischen Linsen bei Gegenlicht horizontale Flares entstehen, die von der Lichtquelle im Bild ausgehen – diese Reflexlichter gelten in der Branche als ästhetisch und bleiben beim erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten vollständig erhalten.
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Neben der fast vollständigen Beibehaltung der Bildästhetik der 2-fachen Anamorphoten besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten andererseits darin, dass er deutlich bessere Abbildungseigenschaften als die 2-fachen Anamorphoten aufweist. 5 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten 1, dem zu entnehmen ist, dass die Linsen deutlich geringere Krümmungen aufweisen als die Linsen der herkömmlichen 2-fachen Anamorphoten aus 2. Die geringeren Linsenkrümmungen des erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten 1 führen zu einer erheblich verbesserten Bildqualität aufgrund einer deutlichen Verringerung von Bildfehlern, insbesondere von Aberration und Verzeichnung.
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Im Hinblick auf die Aberration ist festzuhalten, dass es generell schwierig ist, die stark gekrümmten zylindrischen Elemente von Anamorphoten in die Optikrechnung zu integrieren: Damit die oben genannten bildästhetischen Attribute nicht verloren gehen, müssen die Zylinder vor der aufnehmenden sphärischen Optik positioniert sein. Durch diese Anordnung ergeben sich allerdings einige Aberrationen: Im Bildfeld entstehen im oberen und unteren Bereich sowie in den Ecken und an den seitlichen Rändern Unschärfen, die sich bei voll geöffneter Blende störend bemerkbar machen und vor allem bei 2-fachen Anamorphoten nicht 100%-ig zu korrigieren sind – bei 1,3-fachen Anamorphoten sind diese Bildfehler vollständig korrigierbar und auch beim erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten werden sie zumindest so weit abgeschwächt, das sie wohl noch gemessen werden können, aber im Auge des Betrachters keine Rolle mehr spielen.
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Die bereits im Zusammenhang mit der Bildästhetik erwähnte geometrische Verzeichnung steigert sich bei 2-fachen Anamorphoten mit kurzer Brennweite auf einen Wert, der nicht mehr als angenehm empfunden wird, weil gerade Linien zu stark gekrümmt werden. Hier wird durch die Verwendung des erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten eine deutliche Abschwächung erreicht, so dass sich diese geometrischen Verzeichnungen wieder ins ästhetische Gesamtkonzept der anamorphotischen Objektive fügen.
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Diese Verbesserung der Bildqualität gegenüber den 2-fachen Anamorphoten setzt sich im übrigen nicht linear fort, d. h. der Unterschied der Abbildungsqualität zwischen dem erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten und den 1,3-fachen Anamorphoten ist unerheblich.
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Aufgrund der oben erwähnten Möglichkeit, mit dem erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten der vorliegenden Erfindung bei geeigneter Wahl des Bildkreises den gesamten Sensorbereich eines 4:3 Digitalsensors nutzen zu können, kann noch eine weitere Verbesserung der Bildqualität erzielt werden. 6 zeigt die Nutzung des vollständigen Sensorbereichs C unter Auslassung des ”surround view”, d. h. des schwarzen Randes 6 aus 4, der den dort nutzbaren Sensorbereich B umgibt. Zwar entfällt auf diese Weise der oben beschriebene Vorteil des ”surround view”, der ein Erkennen störender Bildelemente bereits vor deren Eintreten in das Aufnahmefeld ermöglicht, dafür wird jedoch eine noch bessere Bildqualität durch Ausnutzung des kompletten Sensorformates erzielt. Eine derartige Anwendung ist daher dann sinnvoll, wenn der ”surround view” entweder nicht benötigt oder auf andere Weise ersetzt wird.
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Es sollte auch erwähnt werden, dass auch die Verwendung von 16:9 Sensoren mit dem erfindungsgemässen 1,8-fachen Anamorphoten immer noch zu einer um 15% verbesserten Ausnutzung des Sensorformats führt. Diese Kombination ist z. B. dann geboten, wenn die von den 2-fachen Anamorphoten her bekannte Bildästhetik eine grössere Rolle spielt als die Ausnutzung des 16:9 Sensorformates.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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