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Anamorphotisches Zylinderlinsenvorsatzsystem Die Erfindung bezieht
sich auf ein sogenanntes anamorphotisches, d. h. der Verzerrung dienendes Zylinderlinsensystem,
das mit einem rotationssymmetrischen Objektiv zusammenwirkt und das in erster Linie
(wenn auch nicht ausschließlich) zur Verwendung bei kinematographischen Systemen
zur Wiedergabe auf einem breiten Bildschirm dient.
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Das übliche Seitenverhältnis des Bildrahmens bei einem Kinofilm und
ebenso des Bildfeldes auf dem Projektionsschirm ist 4:3, häufig ist aber ein Seitenverhältnis
von z. B. 8 : 3 erwünscht, und zwar nicht nur zum Zwecke der Wiedergabe von Panoramaansichten,
sondern auch weil der weite Gesichtswinkel am Auge bei Betrachtung eines breiten
Projektionsschirmes eine augenscheinliche stereoskopische Wirkung mit sich bringt.
Bei den gegenwärtig üblichen Einrichtungen ist es praktisch nicht gangbar, diese
Wirkung lediglich dadurch herbeizuführen, daß man die Höhe des Bildrahmens bei einem
Normalfilm halbiert, und zwar hauptsächlich in Anbetracht der dann unangemessenen
Beleuchtungsverhältnisse auf dem Schirm; ferner machen die bei Verwendung eines
Films doppelter Breite in Verbindung mit normaler Bildrahmenhöhe auftretenden praktischen
Schwierigkeiten diese an sich mögliche Lösung des Problems unbefriedigend. Demgemäß
wurde schon vorgeschlagen, ein optisches Verzerrungssystem zu verwenden, das eine
seitliche Zusammendrückung eines weiten Objektbereiches derart herbeiführt, daß
dieser auf einem Normalfilm mit normalem Bildrahmenbereich photographiert werden
kann, und ein ähnliches anamorphotisches System bei der Projektionsvorrichtung zu
verwenden, das das Bild auf seine ursprünglichen Verhältnisse auf einen breiten
Projektionsschirm zurück verbreitert.
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Die Erfindung bezweckt in erster Linie, ein verbessertes anamorphotisches
Linsenvorratssystem zu schaffen, die an der Vorderseite eines gewöhnlichen photographischen
oder Projektionsobjektivs in Anwendung gebracht werden kann und ein kinematographisches
Wiedergabesystem mit derart breitem Schirm möglich macht, daß dieses für die Praxis
mit guter Wirkung und befriedigend ausgeführt werden kann.
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Zu diesem Zweck macht die Erfindung von einem anamorphotischen System
Gebrauch, das zylindrische Oberflächen besitzt und das in an sich bekannter Weise
ein vollständiges optisches Abbildungssystem ohne Komponenten mit sphärischen Oberflächen
darstellt. Das bekannte, den Ausgangspunkt der Erfindung bildende anamorphotische
Zylinderlinsensystem ist für sphärische und chromatische Aberrationen, Koma und
tangentiale Bildfeldkrümmung korrigiert und besteht aus zwei Doppellinsen, deren
sämtliche Zylinderachsen parallel zueinander sind, wobei die hintere Doppellinse
(d. h. beim Zusammenwirken des Systems mit einem rotationssymmetrischen Objektiv
mit sphärischen Linsen diejenige Doppellinse, die dem Hauptobjektiv näher liegt)
positive zylindrische Brechkraft und die andere (vordere) Doppellinse negative zylindrische
Brechkraft besitzt und der axiale Abstand zwischen den benachbarten Knotenpunkten
der beiden Doppellinsen nicht größer als d und nicht kleiner als (d - 0,15 f2) ist,
wenn f1 und f2 die Absolutbeträge bzw. positive Größe der äquivalenten Brennweite
der vorderen bzw. der hinteren Doppellinse und d die Differenz zwischen f1 und f2
bezeichnen. -Die bisher angewandten Ausführungsformen dieses bekannten anamorphotischen
Systems leiden sämtlich stark an Verzeichnung, und viele Versuche zur Korrektion
der Verzeichnung blieben erfolglos. Die Erfindung schafft erstmalig eine verbesserte
Ausführung eines solchen Systems, die nämlich sowohl für Verzeichnung zusätzlich
zu einem hohen Korrektionsstand der anderen Aberrationen korrigiert ist.
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Gemäß der Erfindung ist bei einem dem Objektiv zugeordneten anamorphotischen
Zylinderlinsensystem dieser vorgenannten Art die hintere Oberfläche der hinteren
Doppellinse nach vorn konkav und besitzt einen Krümmungsradius zwischen d und 0,4
4 und ist die hintere Oberfläche der vorderen Doppellinse nach vorn konkav und besitzt
einen Krümmungsradius zwischen 0,15 f1 und 0,6 f1.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Ausdrücke » Vorder«-und »Hinter-«
hier in Zusammenhang mit dem anamorphotischen
Zylinderlinsensystem
im gleichen Sinne wie für das Hauptobjektiv verwendet werden, an dessen Vorderseite
diese Zusatzeinrichtung angeordnet ist. Die ..>Vorderseite,: ist die Seite des Hauptobjektivs,
die der längeren Konjugierten näher liegt, und die »Hinterseite« ist die Objektivseite,
die von dieser Konjugierten weiter weg liegt, wie dies dem üblichen Sprachgebrauch
entspricht; demgemäß geht im Falle eines photographischen Objektivs das Licht von
vorn nach hinten durch es hindurch, während es im Falle eines Proj ektionsobj ektivs
von hinten nach vorn durch es hindurchgeht.
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Vorzugsweise besteht jede der Doppellinsen aus einem konvergenten
Element (Einzellinse) und einem divergenten Element, wobei das konvergente Element
in der konvergenten Doppellinse hinter dem zugehörigen divergenten Element liegt,
während bei der divergenten Doppellinse das konvergente Element auf der Vorderseite
des zugehörigen divergenten Elementes liegt. Bei der konvergenten Doppellinse ist
die mittlere Brechungszahl des Werkstoffes des divergenten Elementes zweckmäßig
weniger als 0,22 größer als diejenige des konvergenten Elementes.
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Bei der divergenten Doppellinse ist die mittlere Brechungszahl des
Werkstoffes des konvergenten Elementes zweckmäßig zwischen 0,07 und 0,22 größer
als diejenige des divergenten Elementes. Der Krümmungsradius der inneren Berührungsfläche
in der divergenten Doppellinse liegt vorzugsweise zwischen x und 0,7 f1, konkav
zur Vorderseite hin.
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Der Zwischenraum zwischen den benachbarten Knotenpunkten der zwei
Doppellinsen ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der Größe
wobei D der lange konjugierte Abstand, d. h. der Objektabstand im Falle eines anamorphotischen
Vorsatzes für ein Photoobjektiv oder der Bildschirmabstand im Falle eines anamorphotischen
Vorsatzes für ein Projektionsobjektiv, wie er von dem vorderen Knotenpunkt der hinteren
Doppellinse aus gemessen wird. Es ist ersichtlich, daß dieser Ausdruck für den Zwischenraum
zu 4 wird im Falle eines unendlichen Objektabstandes.
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Es ist häufig erwünscht, Anpassungsmöglichkeiten für unterschiedliche
Objektabstände oder Schirmabstände zu treffen. Bei einer solchen Anordnung ist der
Zwischenraum zwischen den benachbarten Knotenpunkten der zwei Doppellinsen feststehend
und im wesentlichen gleich d, wobei die Anpassung für nahe Objektabstände oder für
kurze Schirmabstände dadurch gewährleistet wird, daß man an der Vorderseite des
anamorphotischen Vorsatzes eine zusätzliche Linse anbringt, deren Brennweite ungefähr
dem langen konjugierten Abstand gleich ist, gemessen von dem vorderen Knotenpunkt
der zusätzlichen Linse. Eine solche zusätzliche Linse kann eine feststehende Brennweite
haben und kann entfernbar sein, so daß sie durch eine andere zusätzliche Linse unterschiedlicher
Brennweite ersetzt werden kann, die zu einem unterschiedlichen Objektabstand oder
Schirmabstand paßt; oder statt dessen kann die zusätzliche Linse so angeordnet sein,
daß sie variable Brennweite besitzt und auf unterschiedliche Objektabstände oder
Schirmabstände eingestellt werden kann. Schließlich ist bei einer anderen Anordnung
der Zwischenraum zwischen den benachbarten Knotenpunkten der zwei Doppellinsen veränderlich
gemacht, um die Anpassung an unterschiedliche Objektabstände oder Schirmabstände
zu ermöglichen.
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Einige zweckmäßige praktische Ausführungen eines anamorphotischen
Vorsatzes gemäß der Erfindung sind schematisch und beispielsweise in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 bis 5 je eines von fünf Beispielen des anamorphotischen
Linsenvorsatzsystems, Fig. 6 das anamorphotische Linsenvorsatzsystem nach Fig. 2
in der Anordnung an der Vorderseite eines Photoobjektivs, Fig. 7 ein abgeändertes
Beispiel nach Fig. 1 an der Vorderseite eines Projektionsobjektivs und Fig. 8 und
9 die Ausführung nach Fig. 6 mit der Abänderung, daß eine Kollimatorlinse vor dem
anamorphotischen Linsenvorsatzsystems angebracht ist, wobei nach Fig.9 die Kollimatorlinse
veränderliche Brennweite besitzt.
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Die Zahlenwerte der fünf Beispiele der Fig. 1 bis 5 sind in den nachstehenden
Zahlentafeln angegeben, in denen R1, R2 . . . die Krümmungsradien der zylindrischen
Oberflächen in der Ebene quer zu deren Erzeugenden darstellen, und ein positives
Vorzeichen besagt, daß die Oberfläche nach der Vorderseite konvex ist, während ein
negatives Vorzeichen besagt, daß sie nach vorn konkav ist. Ferner bezeichnen Dl,
D,
... die axiale Dicke der einzelnen Elemente (Einzellinsen) und S1 den
axialen Luftzwischenraum zwischen den zwei Doppellinsen. Die Zahlentafeln geben
ferner die mittleren Brechungszahlen für die d-Linie des Spektrums und schließlich
die Abbeschen V-Zahlen der Werkstoffe der einzelnen Elemente an.
| Beispiel I |
| Dicke oder Brechungs- Abbesche |
| Radius Luft- |
| zwischenraum Index ny Y-Zahl |
| R1 + 21'7188 Dl 0,500 1,6751 31,9 |
| R2 - 6,4819 D2 0,246 1,5091 64,4 |
| R3 + 2,2801 |
| R4 - 11,7717 S1 5,520 |
| R5 --f- 30,2319 Da 0,234 1,6743 32,0 |
| R6 - 3,6128 D , 0,402 1,5093 64,5 |
| Beispiel 1I |
| Dicke oder Brechungs- Abbesche |
| Radius Luft- |
| zwischenraum Index nd Y-Zahl |
| R1 + 11,4286 Dl 0,550 1,6733 32,1 |
| R2 - 3,2000 D2 0,200 1,5103 64,6 |
| R3 + 1,1426 |
| R4 - 5,8824 S1 2e16 |
| R5 -[- 13,3335 D, 0,150 1,6733 32,1 |
| Rg - 1,8349 D4 0,300 1,5103 64,6 |
| Beispiel III |
| Dicke oder Brechungs- Abbesche |
| Radius Luft- |
| zwischenraum Index ng Y-Zahl |
| R1 -,- 7'3890 Dl 0,429 1,6535 33,5 |
| R2 - 10,2908 |
| Rs #- 2,1546 Dz 0,239 1,5154 57,4 |
| R4 - 6,6512 S1 4,591 |
| R5 - 20,1578 D3 0,252 1,6258 35,7 |
| R6 - 3,1014 D4 0,399 1,5250 58,8 |
| Beispiel IV |
| Dicke oder Brechungs- Abbesche |
| Radius Luft- index ttd V-Zahl |
| zwischenrauen |
| R, -i- 3,6832 Dl 0,500 1,7169 29,4 |
| R2 00 D2 0,300 1,6120 44,9 |
| R3 + 1,5365 S, 2,985 |
| R4 - 4,2915 D3 0150 1,6205 36,2 |
| RS °° D4 0,250 1,5076 61,2 |
| RB - 2,0593 |
| Beispiel V |
| Dicke oder Brechungs- Abbesche |
| Radius Luft- index na V-Zahl |
| zwischenrauen |
| R, = 23,7906 D10,600 1,70035 30,3 |
| R2 - 9,5087 D2 0,360 1,54065 59,5 |
| R3 ± 3,3671 S1 8,170 |
| R4 - 15,2431 D3 0,300 1,65348 33,5 |
| R, -f- 22,2552 D4 0,600 1,54065 59,5 |
| R, - 5,3600 |
Bei dem ersten Beispiel sind die Abmessungen in bezug auf eine äquivalente Brennweite
f, = 6,1 für das vordere divergente Glied und für das hintere konvergente Glied
für eine Größe f2 - 12,2 angegeben, so daß die Größe von A = 6,1 und die Fernrohrvergrößerung
f2/ f, des anamorphotischen Vorsatzes 2,0 ist. Der hintere Knotenpunkt des vorderen
Gliedes liegt 0,11 hinter der hinteren Oberfläche R3 dieses Gliedes, und der vordere
Knotenpunkt des hinteren Gliedes liegt 0,69 hinter der vorderen Oberfläche R4 des
hinteren Gliedes.
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Beim zweiten Beispiel sind die Abmessungen für eine äquivalente Brennweite
f, = 3,1 des vorderen divergenten Gliedes und für eine äquivalente Brennweite f2
= 6,2 des hinteren konvergenten Gliedes angegeben, so daß A = 3,1 und die Fernrohrvergrößerung
wiederum 2,0 ist. Der hintere Knotenpunkt des vorderen Gliedes liegt 0,11 hinter
der Oberfläche R3, und der vordere Knotenpunkt des hinteren Gliedes liegt 0,49 hinter
der Oberfläche R4.
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Beim dritten Beispiel sind die Abmessungen für eine äquivalente Brennweite
f, = 7,8 des vorderen divergenten Gliedes und für f2 = 13,0 des hinteren konvergenten
Gliedes angegeben, so daß A = 5,2 und die Fernrohrvergrößerung 1,67 ist. Der hintere
Knotenpunkt des vorderen Gliedes liegt 0,30 hinter der Oberfläche R3, und der vordere
Knotenpunkt des hinteren Gliedes liegt 0,91 hinter der Oberfläche R4.
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Bei dem vierten Beispiel sind die Abmessungen für eine äquivalente
Brennweite f, = 6,0 des vorderen divergenten Gliedes und für f2 = 9,0 des hinteren
konvergenten Gliedes angegeben, so daß A = 3,0 und die Fernrohrvergrößerung 1,5
ist. Der hintere Knotenpunkt des vorderen Gliedes liegt 0,56 hinter der Oberfläche
R3, und der vordere Knotenpunkt des hinteren Gliedes liegt 0,57 hinter der Oberfläche
R4.
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Bei dem fünften Beispiel sind die Abmessungen für eine äquivalente
Brennweite f, = 9,0 des vorderen divergenten Gliedes und für f, = 18,0 des hinteren
konvergenten Gliedes angegeben, so daß A = 9,0 und die Fernrohrvergrößerung 2,0
beträgt. Der hintere Knotenpunkt des vorderen Gliedes liegt 0,19 hinter der Oberfläche
R3, und der vordere Knotenpunkt des hinteren Gliedes liegt 1,02 hinter der Oberfläche
R4. Die Ausführungen nach den fünf Beispielen sind gut hinsichtlich sphärischer
und chromatischer Aberrationen, Koma und tangentialer Krümmung korrigiert. Das vierte
Beispiel unterscheidet sich von den übrigen hauptsächlich darin, daß zur Vereinfachung
der Herstellung jedes der vier Elemente des anamorphotischen Vorsatzes mit einer
ebenen Oberfläche ausgebildet ist. Dieser Fertigungsvorteil wird auf Kosten einer
kleinen Einbuße hinsichtlich der Verzerrungskorrektur und einer Verringerung in
der Fernrohrvergrößerung von 2,0 auf 1,5 erreicht.
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Fig. 6 zeigt bei A beispielsweise das anamorphotische Linsenvorsatzsystem
der Fig. 2 an der Vorderseite eines Photoobjektivs B angeordnet, dessen hintere
Brennebne mit C bezeichnet ist. Die in vollen Linien ausgezeichnete Lage des vorderen
Gliedes des anamorphotisch#m Vorsatzes A ist di°jenigc, die einer Fokussierung auf
ein unendlich fernes Objekt angepaßt ist, während die in gestrichelten Linien eingezeichnete
Lage zur Fokussierung auf ein Objekt mit endlichem Abstand geeignet ist, wie es
bei E angedeutet ist.
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Fig. 7 zeigt in gleicher Meise bei A 1 den anamorphotischen Vorsatz
der Fig. 1, in diesem Falle an der Vordersaite eines Projektionsobjektivs B1, dessen
hintere Brennebene mit Cl bezeichnet ist. Hier entspricht wieder die in vollen Linien
ausgezeichnete Stellung des vorderen Gliedes des anamorphotischen Vorsatzes einem
unendlichen Abstand des Projektionsschirmes, während die in gestrichelten Linien
gezeichnete Lage einem Schirm El entspricht, der sich in einem gewählten endlichen
Abstand befindet.
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Die für S, in den vorstehenden Zahlentabellen jeweils gegebene Größe
ist diejenige, die zu einem unendlich fernen Objekt oder Schirm gehört, wobei der
Zwischenraum zwischen den benachbarten Knotenpunkten der zwei Doppellinsen gleich
A ist. Zur Fokussierung auf ein Objekt oder einen Schirm mit endlichem Abstand sollte
die Größe S, derart geändert .verden, daß der Abstand zwischen den zwei benachbarten
Knotenpunkten die nachstehende Größe hat
wobei D der lange konjugierte Abstand (d. h. der Objekt-oder Schirmabstand) ist,
(der Einfachheit der Rechnung halber) gemessen von dem vorderen Knotenpunkt der
hinteren Doppellinse. Es ist ersichtlich, daß, wenn D = x ist, der vorgenannte
Ausdruck sich auf (f2 - f,), d. h. auf A zurückführt.
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Die Fokussierung für ein Objekt oder einen Schirm in endlichem Abstand
kann statt dessen gewünschtenfalls dadurch bewirkt werden, daß man den in den Zahlentafeln
angegebenen Wert von S, anwendet, so daß der anamorphotische Vorsatz auf Unendlich
fokussiert ist, und an der Vorderseite des anamorphotischen Vorsatzes eine Kollimatorlinse
(die sphärische Oberflächen hat) anbringt, d. h. eine so angebrachte Linse, daß
der Abstand des Objektes oder Schirmes an der Vorderseite ihres vorderen Knotenpunktes
der äquivalenten Brennweite gleich ist. Eine derartige Kollimatorlinse kann lediglich
aus einem einfachen Element (Einzellinse) bestehen, wie es z. B. bei F in Fig. 8
gezeigt ist, wobei der Rest des Systems ähnlich demjenigen in Fig.6 gezeigten ausgebildet
ist.
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In Fällen, in denen es erwünscht ist, den anamorphotischen Vorsatz
einstellbar an verschiedene Objekt- oder Schirmabstände anzupassen, kann dies auf
verschiedene Weise erfolgen. Zum Beispiel kann bei dem einfachen System nach Fig.
6 oder 7 der Zwischenraum zwischen den Doppellinsen einstellbar gemacht werden,
oder es kann bei der Anordnung nach Fig. 8 die Kollimatorlinse F
auswechselbar
gegen einen Satz von anderen Kollimatorlinsen unterschiedlicher Brennweiten gemacht
werden, wobei der anamorphotische Vorsatz auf Unendlich fokussiert gehalten wird.
Bei einer weiteren Alternativausführung gemäß Fig. 9 wird die Kollimatorlinse F
durch eine komplexere Linse ersetzt, die ihrerseits so eingestellt werden kann,
daß sie sich hinsichtlich ihrer Brennweite verändert, wobei der anamorphotische
Vorsatz wieder auf Unendlich fokussiert gehalten wird. Solche Kollimatorlirsen mit
verände-lichem Brennpunki köni:en, wie dargestellt, aus zwei-Doppellinsenkomponenten
bestehen, deren Zwischenraum einstellbar ist.
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Bei diesen Anordnungen werden die Hauptobjektive B oder B1 aus einem
voll korrigierten Objektiv beliebiger bekannter Bauart bestehen. Da der anamorphotische
Vorsatz afokal ist, ist es hinsichtlich des axialen Strahlenganges unwesentlich,
wie weit sie vor dem Hauptobjektiv angeordnet ist; um jedoch die Schrägstrahlen
aberrationen auf ein Minimum herabzusetzen und einen weiten Betrachtungswinkel ohne
Vignettieren bzw. Verzeichnen zu gewährleisten, wird der anamorphotische Vorsatz
vorzugs"i-eise so nahe wie möglich vor dem Hauptobjektiv angeordnet.
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Wenn der anamorphotische Vorsatz auf Unendlich fokussiert ist, sollte
das Hauptobjektiv gleichfalls auf Unendlich fokussiert werden. Wenn der anamorphotische
Vorsatz auf ein in endlichem Abstand befindliches Objekt oder einen solchen Schirm
durch zweckentsprechende Wahl des Zwischenraumes zwischen seinen zwei Doppellinsen
fokussiert ist, so muß das Hauptobjektiv gleichfalls auf das Objekt oder den Schirm
fokussiert werden. Wenn jedoch die Anpassung auf ein in endlichem Abstand befindliches
Objekt oder einen solchen Schirm durch Anwendung einer Vorderkollimatorlinse bewirkt
wird, so muß das Hauptobjektiv auf Unendlich fokussiert werden.