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Verfahren zur Projektion von LinsenrasterTarbfilmen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Projektion von Farbfilmen nach der
additiven Methode, unter Verwendung von Linsenrasterfilmen.
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Die bisher bekanntgewordenen Proj ektionssysteme dieser Art verwenden
Linsenrasterfilin mit einseitiger Rasterung. Üblicherweise ist die gerasterte Seite
des Films dem Projektionsobjektiv zugekehrt, während sich die Lichtquelle auf der
Seite der glatten Filmoberfläche befindet. Bei der Projektion von Farbfilm wird
ein Farbfilter in den Strahlengang zwischen den Film und das Projektionsobjektiv
eingeschaltet. Diese Anordnung des Farbfilters wird als objektivseitig bezeichnet.
Eine solche Beleuchtungsanordnung arbeitet nur mit sehr geringem Wirkungsgrad, da
der größte Teil des durch den Film hindurchtretenden Lichtstroms vom Farbfilter
verschluckt wird. Im Hinblick auf die thermische Belastbarkeit des Films bedeutet
das aber auch eine Begrenzung des absolut erreichbaren Höchstwertes für den Schirmlichtstrom.
Dieser beträgt kaum mehr als 5ooo bis 6ooo Lumen, was für die Projektion von Farbfilmen
mit zufriedenstellender Qualität in keiner Weise ausreicht. '
Ein weiterer
Nachteil dieser lampenseitigen Anordnung ergibt sich aus der Forderung, daß alle
Wiedergabeobjektive eines Satzes verschiedener Brennweite eine einheitliche Filterlage
aufweisen müssen, da der vom Film aus gesehene Abstand des Farbfilters oder des
Filterbildes für alle Brennweiten gleich groß sein muß. Diese Bedingung ist mit
einer zweiten verknüpft, die besagt, daß alle Objektive für das ganze Bildfeld abschattungsfrei
sein müssen, da sonst Farbdominanten über das Bildfeld entstehen. Diese zwei Bedingungen
beschränken die ausnutzbare Öffnung eines Satzes
von Projektionsobjektiven
für die Projektion von Linsenrasterfilmen, da die ungünstige Brennweite die mögliche
Öffnung der Filmlinsen bestimmt.
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Eine andere bekanntgewordene Anordnung sucht die angeführten Nachteile
dadurch zu vermeiden, daß der Film lampenseitig gerastert und objektivseitig glatt
ist. Dieses Verfahren hat jedoch in der Ptaxis infolge anderer großer Nachteile
keinen Eingang gefunden, Diese bestehen vor allem darin, daß die objektivseitig
aus dem Film austretenden Lichtbündel den doppelten Öffnungswinkel der Rasterlinsen
aufweisen. Dadurch ist bei dieser Anordnung die Apertur der einzelnen Rasterlinsen
und die Apertur des von der Lichtquelle kommenden Lichtbündels auf den halben Wert
der Apertur des verwendeten Projektionsobjektivs begrenzt, was weiter unten erläutert
werden soll. Da die Apertur der Projektionsobjek-tive im allgemeinen einen gewissen
Höchstwert nicht überschreitet, ist die sich daraus für die Projektion von Linsenrasterfilm
ergebende Apertur des Beleuchtungsbündels ebenfalls begrenzt. Darüber hinaus führt
diese Begrenzung der Apertur der Rasterlins.en auf sehr kleine Dimensionen der einzelnen
Linse, wodurch das Auflösungsvermögen .der üblicherweise verwendeten photographischen
Emulsionen nicht mehr für die zugehörige Bildregistrierung ausreicht.
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Dies läßt sich an Hand der Fig. i sehr leicht erläutern. Fig. i stellt
einen Schnitt durch einen einseitig gerasterten Linsenrasterfilm senkrecht zu den
Kanten der Rasterlinsen dar. i bezeichnet dabei die gerasterte und 2 die ungerasterte
Oberfläche des Films. Gewöhnlich liegen die Brennpunkte 3
der Rasterlinsen
in der Ebene der glatten Filmoberfläche :2, auf welcher sich gleichzeitig die Bildregistrierung
befindet. Die Apertur einer einzelnen Rasterlinse ist gegeben durch den Winkel
A, dessen Scheitel sich im Krümmungsmittelpunkt 35 der Rasterlinse
befindet. Nach den Regeln der geometrischen Optik treffen sich alle Strahlen eines
Bündels paralleler Lichtstrahlen, das in die Oberfläche einer solchen Linse eintritt,
in der Brennebene der Linse, bei der üblichen Lage der Brennweite der Rasterlinsen
also in der glatten -Oberfläche-:# des-Filmg-. Diese Bündel treten dann -aus# d#d
-Oberfläche 2 des Films als konische Licht--bürrgel aus, weich' einen öffnungswinkel
A' gleich ,dem Aperturwinkel _A der Rasterlinse aufweisen und deren
Hauptsträhl zur ursprünglichen Richtung des- Bündels parallel ist.
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Säll also beispielsweise ein Punkt 37 am- Rand Ader zu eine'r
Rasterlinse gehörigen Bildregistrierung voll äusgeleuchtet werden, 'dann ist di(#
Neigung des zugehörigen Bündels* -paralleler Strahlen durch die sfrichpunktierte
Gerade 42 gegeben, welche den Punkt 37 mit dem Krümmufigsmittelpunkt
35 der Linse verbindet. Der mit dieser Geraden zusammenfallende Lichtstrahl
trifft die-Linsenoberfläche im rechten Winkel und erreicht, den Punkt
37, ohne .abgelenkt zu - 'werden. Das zu - diesem Strahl parallele,
auf die Linse fallende- Lichtbündel 36
vereinigt sich im Punkt 37.
Es verläßt den Film als konisches Lichtbündel 36" mit dem Öffnungswinkel
A", wobei sein Hauptstrahl um den Winkel A"12 gegen die optische Achse geneigt
ist. Um die gesamte zu dieser Linse gehörige Bildregistrierung auf der Oberfläche
2 auszuleuchten, muß das von der Lichtquelle kommende Lichtbündel einen Winkel
2 ausfüllen, welcher gleich der Apertur A
der Rasterlinse ist: Die
Begrenzungsstrahlen 4o und 41 eines solchen Bündels 38 schließen einen Winkel
A' miteinander ein und werden nach dem Verlassen der Filmoberfläche :2 gemäß
den oben erläuterten Gesetzen der geometrischen Optik so nach außen abgelenkt, daß
sie den Winkel 22' miteinander einschließen.
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Man erkennt daraus, daß ein Lichtbündel, das den Film mit der Apertur
A trifft, nach dem Durchgang durch den einseitig gerasterten Film auf den Winkel
:2 A" geöffnet wird, welcher Winkel näherungsweise dem doppelten Aperturwinkel
2 A der Filmlinsen entspricht.
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Die Öffnung der Projektionsobjektive ist aus optischen Gründen bekanntlich
beschränkt, für den 35-rnm-Norrnalfilm im allgemeinen auf i : 2. Dies bedeutet,
daß bei Projektion mit lamperiseitigen Filtern die Apertur der Filmlinsen bei Anwendung
des bekannten einseitig gaufrierten Films nur i : 4 gemacht werden darf.
Außer der damit verbundenen Beschränkung des Projektionslichtstroms auf die Hälfte
des an sich möglichen Wertes ergibt sich bei einer Filmlinsenöffnung von I
: 4 bei Anwendung eines normal dicken Filmträgers eine so hohe Anzahl Filmlinsen
pro Millimeter, daß die Farbregistrierung infolge des ungenügenden Auflösungsverm5gens
der photographischen Schicht sehr stark beeinträchtigt würde. Infolge dieser Nachteile
haben sich bisher weder lampenseitige noch objektivseitige Projektionssysteme für
Linsenrasterfilm in der Praxis mit Erfolg durchsetzen können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die angeführten Schwierigkeiten
behoben durch Verwendung lampenseitiger Filter und eines beidseitig gerasterten
Films.
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An Hand der Fig. 2 und 3 wird dargelegt, daß bei Verwendung
eines Doppelrasterfilms die Apertur der Filmlinsen gleich jener des Projektionsobjektivs
gemacht -vverden kann, womit man den doppelten Projektionslichtstrom im Tergleich
zur Projektion mit lämpenseitigen Filtern und einseitig gerastertem Film erhält.
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Da ein Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung die Projektion
von Farbfilm ist, wird im folgenden darauf Bezug genommen. Linsenrasterfilm kann
jedoch vorteilhafterweise auch für die Projektion von Stereofilm angewendet werden.
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Fig. 2 ist ein Stück Doppelrasterfilm, wie er erfindungsgemäß 7urAnwendung
kommt, im Schnitt gezeigt. Fig. 3 stellt schematisch ein Projektionssystem
dar, welches erfindungsgemäß solchen Doppelrasterfilm mit einer lampenseitigen Anordnung
des Farbfilters kombiniert.
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In Fig. 2 stellen i und .2 die beiden gerasterten Oberflächen des
Doppelrasterfilms dar. Die Bildregistrierung befindet sich auf der Seite der Oberfläche
9-,
welche dem in Richtung des Pfeiles 4 befindlichen Projektionsobjektiv zugewendet
ist. Die Oberfläche i ist der Lichtquelle zugewendet, welche in Richtung des Pfeiles
3 liegt. Die einzelnen Linsen des Rasters 2 bedecken jeweils die zu den zugeordneten
Linsen des gegenüberliegenden Rasters gehörige Bildregistrierung. Die Brennweiten
der Linsen beider Raster sind gleich der Filmdicke. Es liegt also jeder Raster iiä#hertingsweise
in der Brennebene des gegenüberliegenden Rasters. Damit die in der Fläche 2 liegenden,
zu den einzelnen Linsen des Rasters i gehörigen Bildelemente ohneLücken oderÜberlappung
aneinander anschließen, muß Apertur A der einzelnen Linsen der Raster
dem Winkel A' entsprechen, unter welchem von einem Punkt auf der Oberfläche
des Rasters i das Farbfilter -esehen wird.
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Da die Entfernung zwischen Farbfilter und Filmoberfläche groß ist
im Verhältnis zur Breite einer Einzellinse, beispielsweise der Linse 5, 6, 7,
stellen für die Betrachtung der Verhältnisse in der Linse die von den einzelnen
Punkten der Filterfläche nach der Linsenfläche 5, 6, 7 zielenden Bündel praktisch
Parallelstrahlenbündel dar.
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Im folgenden bezeichnet eine Ziffer ohne Strich, z. B. io, einen Lichtstrahl
vor dem Eintritt in den Film, die einmal gestrichene Ziffer io' den zleichen Strahl
beim Durchlaufen des Films und die zweimal gestrichene Ziffer io" den Strahl nach
dein Verlassen des Films.
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Ein Lichtbünd.el io,. 11, 12 mit parallelen Strahlen, welches senkrecht
zur Filmfläche auf die Linse .5, 6, 7 einfällt, verläßt den Film auf der
Seite des Rasters :2 durch die zugehörige Rasterlinse 8, 9,
wobei der Hauptstrahl
12" des austretenden Bündels senkrecht zur Filmfläche steht. Die Randstrahlen io'
und ii' schneiden sich mit dem Hauptstrahl 12" in einem Punkt auf der Oberfläche
2 des Films. Nach dem Austritt aus der Oberfläche 2 bilden die Strahlen i o" und
i i" miteinander den Winkel A",
welcher annähernd gleich ist der Apertur
A der Rasterlinse.
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Ein gegen das obenerwähnte Strahlenbündel io, 11, 12 geneigtes Parallelstrahlenbündel
13, 14 vereinigt sich im Punkt 9, weicher ebenfalls auf der Oberfläche des
Rasters:2 liegt. Beim Austritt aus dem Film wird der Hauptstrahl 15" so gebrochen,
daß er zum Hauptstrahl 12"' des obenerwähnten Bündels io"*, 11"*, 12"' parallel
ist, während seine Randstrahlen lf und 14" wiederum den Winkel A"
miteinander
einschließen. Aus der Darstellung der Fig.2 ergibt sich, daß alle Parallelstrahlenbündel,
die durch die Oberfläche einer Rasterlinse auf der Seite i in den Film eintreten,
diesen durch die Oberfläche 2 als kegelförmige Lichtbündel verlassen, welche einen
Winkel A" gleich der Apertur A
der Rasterlinsen aufweisen und deren Hauptstrahlen
parallel sind.
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Die Wirkung dieses Verhaltens auf das ganze Projektionssystem ist
in Fig. 3 erläutert. In dieser bezeichnet 31 die Lichtquelle, 32 einen
Hohlspiegel, 33 eine Kondensorlinse und 17 das Farbfilter, welche
zusammen das Beleuchtungssystem bilden. ,34 ist ein Abschnitt Doppelrasterfilm mit
den gerasterten Oberflächen i und 2, welcher sich gegnenüber der öffnung des Bildfensters
befindet, und --8 das Projektionsobjektiv. Das Farbfilter ist in die drei
Farbzonen: Rot R, Grün G und Blau B aufgeteilt.
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Gemäß der oben beschriebenen optischen Wirkung des Doppelrasters treten
alle auf die einzelnen Rasterlinsen auffallendenBündel parallelerStrahlen aus der
Oberfläche :2 des Films als konische Lichtbündel aus, welche alle den -leichen öffnungswinkel
A aufweisen und deren Hauptstrahlen zueinander und zur optischen Achse des
Projektionssystems parallel sind. Dies gilt für alle Strahlenbündel, ganz gleich
ob sie vom Mittelpunkt oder von Randpunkten, z. B. 18 oder 2o, des Farbfilters 17
ausgehen, solange sie nur innerhalb des Aperturwinkels A der Filmlinsen liegen.
Es ergibt sich aus der Betrachtung der Fig. 3, daß das gesamte Beleuchtungsbündel,
welches vom Farbfilter 17 ausgebt, welches durch die Randstrahlen 13, 1-1
und 21, 22 begrenzt ist und einen öffnungswinkel A besitzt, au's dem Film
34 als ein Lichtbündel mit dem Öffnungswinlizel A" austritt.
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Die Paare 13, 14 und 21,:22 sind dabei Strahlen, welche, von
einem gemeinsamen Punkt auf der Filterfläche ausgehend, auf die beiden Ränder einer
einzelnen Rasterlinse fallen. Die Lage dieser Linse gemäß Fig. 3 in der Mitte
des Filmbildes ist an sich belanglos, in dem hier betrachteten Fall ergelben sich
aber für die Betrachtung die übersielitlichsten Verhältnisse. Wie weiter oben erläutert
wurde, kann ein solches Strahlenpaar wegen geringer Breite der Rasterlinse im Verhältnis
zur Entfernung zwischen Farbfilter und Film praktisch als parallel angesehen werden
und, wie oben besprochen, als konisches Lichtbündel mit dem Öffnuiigs,%",#inl,#el
A"
austreten.
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Durch die Verwendung von Doppelrasterfilm kann jetzt erfindun,-s-,emäß
bei lampenseiti,-er Anordnung des Farbfilters die Apertur des Beeleuchtungsbündels
und der Rasterlinsen gleich dex Apertur des Projektionsobjektivs gemacht werden,
also doppelt so groß wie bei Verwendung einseitig gerasterten Films.
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Die sich bei Anwendung eines Films normaler Dicke ergebende Anzahl
von Rasterlinsen pro Millimeter beträgt nur noch die Hälfte der bei einseitig gerastertem
Film erforderlichen Anzahl. Dadurch wird die erreichbare Bildqualität und die Wiedergabe
von Einzelheiten erhöht, da jetzt das Auflösungsvermögen der verwendeten photographischen
Schicht besser der erforderlichen Feinheit der Bildregistrierunz entspricht.
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Das vorstehend beschriebene Projektionssystem bietet für die Projektion
von Farbfilmen nach der additiven Methode noch einen weiteren Vorteil. Bekanntlich
erhält man bei dieser Methode die Farbe eines einzelnen Bildpunktes auf dem Projektionsschirm
dadurch, daß rote, grüne und blaue Lichtstra!hl-en auf diesen Punkt projiziert werden.
Die Intensität dieser roten, grünen und blauen Liehtstrahlen entspricht der roten,
grünen und
bläueii Komponente der Farbe dieses Punktes', die dann
auf dem Schirm durch Addition der Komponenten wiederhergestellt wird. Werden die
zugehörigen Lichtstrahlen in unterschiedlicher Weise auf ihrem Weg zum Schirm abgeschattet,
so wird das Verhältnis der Farbkomponenten geändert, und es treten iii den Teilen
des projizierten Bildes, die einer solchen Abschattung unterliegen, Farbdominanten
auf. Bei Projektionsobjektiven mit großer Öffnung, die zur Erreichung einer ausreichenden
Bildhelligkeit erforderlich sind, ist jedoch eine solche Abschattung niemals völlig
zu vermeiden. Solche Objektive können also nicht in Projektionssysteinen verwendet
werden, bei denen die zu den einzelnen Farbkomponenten gehörigen Lichtstrahlen den
Projektionsschirm auf verschiedenen Pfaden erreichen. Das ist bei den für einseitigen
Rasterfilm vorgeschlagenen Projektionssysteinen aber der Fall. Die Verwendung von
Doppelrasterfilm hat jedoch zur Folge, daß die Lichtstrahlen der drei zusammengehörigen
Komponenten den Projektionsschirm auf nahezu identischen Pfaden erreichen, da durch
die oben beschriebene Wirkung des Doppelrasters alle zusammengehörigen Lichtstrahlen,
die aus einer Rasterlinse austreten, übereinanderliegen und damit im Falle einer
Ab-
schattung in gleicher Weise beschnitten werden.
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Dies geht auch aus Fig, 3 hervor. Ein Lichtbündel mit den Randstrahlen
if und 14', welches die Blaukomponente eines bestimmten Punktes enthält, der durch
-das blaufarbige Bündel 13, 14 beleuchtet wird, erfüllt den gleichen Winkel
A"" wie beispielsweise ein zweites Bündel mit den Randstrahlen,2i"' und:22",
welches die Rotkomponente dieses Punktes enthält und von dem rotfarbigen Beleuchtungsbündel
21,:22 herrührt. Infolge der geringen Breite der Filmlinsen fallen jeweils die Strahlen
13 und 14 bzw. 21 und 22 links vom Film sowohl wie die Strahlen
13" und 14" bzw. 21" und 22" rechts vom Film praktisch zusammen. Dies gilt
so lange, wie die vom Farbfilter kommenden Beleuchtungsbündel inn-erhalb des Öffnungswinkels
A verlaufen. Ein Lichtstrahl, der von irgendeinem Punkt der Filmoberfläche
zum Projektionsobjektiv und weiter zum Projektionsschirm verläuft, besitzt also
bereits die endgültige Farbe des zugehörigen Bildpunktes, da ja in dieser Lichtröhre
die drei Farbkomponenten übereinanderliegen. Durchläuft ein solcher Lichtstrahl
die äußeren Zonen des ProjelAionsobjektivs und wird er dabei abgeschattet, so werden
alle drei Farbkoniponenten in gleichem Maße betroffen, und es wird lediglich die
Helligkeit des zugehörigen Punktes auf dem Projektionsschirm verringert. Farbdominanten,
welche nur durch eine Verschiebung der Relativwerte der Farbkomponenten der einzelnen
Punkte entstehen, können also durch eine solche Abschattung nicht hervorgerufen
werden.
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Ein Projektionssystem, welches erfindungsgemäßerweise Doppelrasterfilm
mit einer lampenseitigen Farbfilteranordnung vereinigt, gestattet die Verwendung
von Projektionsobjektiven mit großer Öffnung, wodurch bei gleichzeitiger Vermeidung
von Farbdorninanten eine höhere Ausnutzung der Apert ur der Wiedergabeobjektive
und eine lichtstärkere Projektion ermöglicht wird.