-
Optische Einrichtung für die Schallaufzeichnung und Schallwiedergabe
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einrichtung für die photographische
Schallaufzeichnung oder -wiedergabe mit einer Zylinderlinse zur Erzeugung eines
gewölbten' sekundären Bildes einer linearen Lichtquelle, welches der Bildwölbung
des Tonobjektivs entspricht, wobei gleichzeitig durch das optische System zwischen
Lichtquelle und Tonobjektiv eine Köndensorwirkung ausgeübt wird. Solche Einrichtungen,
auch mit asphärsschen Optiken, sind an sich bekannt, bestehen jedoch aus zusammengesetzten
Systemen. Die Präzisionsforderungen an optische Tonsysteme sind jedoch so hoch,
daß erhebliche Justier- und Montagekosten entstehen, selbst wenn die Einzelelemente
des optischen Systems einfach herzustellen sind. -,Erfindungsgemäß sollen nun die
gleichen Ziele wie durch solche zusammengesetzten Systeme durch eine einzige Linse
erzielt werden, welche gegenüber den bekannten Einrichtungen, die eine ganze Reihe
von Linsensystemen und Kombinationen vorsehen, ohne eine vollständige Lösung der
Aufgabe Bildfelddehnung.und gleichzeitig lichtstarke Ausleuchtung bieten zu können,
das Ideal einer auch von geringen Schwankungen der-Wendellage unabhängiger Spaltbildoptik
zu verwirklichen gestattet. Erreicht werden diese Ziele durch die Verwendung einer
einzigen torischen Linse, deren Krümmungen so gewählt sind, daß von der linearen
Lichtquelle ein astigmatisches reelles oder virtuelles Bild in der gewölbten Dingebene
des Objektivs und ein zweites astigmatisches Bild in der Eintrittspupille des Objektivs
entworfen wird. Zweckmäßig wird bei dieser Linse eine derartige Abdeckung oder Fassung
der Ringlinse vorgesehen, das das zweite astigmatische Bild die Eintrittspupille
des Objektivs wenigstens voll ausfüllt.
-
Die torische Linse weist ferner zweckmäßig sphärische Krümmungen auf,
welche derart gewählt sind, daß der kleinere Krümmungsradius in Abhängigkeit von
seinem Abstand von der optischen Achse (Azimut) veränderlich ist, so daß von einer
linearen Lichtquelle
ein gewölbtes Bild erzeugt wird, dessen Helligkeitsverteilung
durch die Veränderung der kleineren Krümmung der Linse bestimmt wird. Der Radius
der kleineren Kriiminung nimmt vorzugsweise nlit seinem Abstand von der optischen
Achse zu, so daß die Kantenhelligkeit des endgültigen linearen Spaltbildes mit der
1littenlielligheit übereinstimmt.
-
An sich sind torische Linsen und insbesondere solche, welche die erfindungsgelnäfJen
asphärischen Flächen vorsehen, teurer als manche zusammengesetzten Linsendie aus
einer Reihe von einfachen itisclien Gliedern bestehen. Diese letzteren lasen aber
die erfindungsgemäß gestellten Äufgaben überhaupt nicht vollständig lösen, schon
wegen des größeren Lichtverlustes nlelirteiliger Systeme. Die höheren Kosten der
torischen Linsen «,-erden aber vor allem nielir als ausgeglichen durch die beträchtlichen
justier- und Montagekosteil, «-elche bei dein Erfindungsgegenstand wegfallen, weil
hier nur eine Fassung erforderlich ist, deren Einstellung sich nicht nur billiger,
sondern auch einfacher gestaltet.
-
Die Erfindung ist in mehreren Au,sfüh.rungsforlnen auf den Zeichnungen
dargestellt. und zwar zeigt iln einzelnen Abb. i eine schaubildliche Darstellung
der erfindungsgemäßen Anordnung in ihren wesentlichen Teilen bei Verwendung einer
positiven Ringlinse (Außentorus), Abb.2 ei;ne'ähnliche Anordnung im -rund-s
i ätzlichen Aufbau, Abb.3 einen Querschnitt zu der Anordnung gemäß Abb. -2, Abb.
4. eine . andere Ausführungsform bei Verwendung einer negativen Ringlinse (Innentorus)
in einer der Abb. 3 tatsprechenden Darstellung.
-
Ahb: 5 eine vergrößerte Darstellung der Linse gemäß Abb. 3, Abb. 6
bis 13 verschiedene Ausführungsformen der eigentlichen Ringlinse.
-
In der Abb. i ist die lineare Lichtquelle 22 beispielsweise waagerecht
angeordnet, und sie wird durch eine torische Linse 21 und ein Objektiv 25 als gerade
Linie 26 in der Filmebene abgebildet. Die torisclie Linse 21 ist plankonvex und
erzeugt von der Lichtquelle -2= zwei astigmatische Bilder, von denen das erste eine
ebenfalls horizontal liegende gekrümmte Lichtlinie 23 darstellt, welche als Sekundärlichtquelle
dient und genau in der gekrümmten Dingebene des Objektivs 25 liegt. @o daß das endgültige
Bild 26 gerade und eben ist. Die größere Krümmung der plankonvexen Linse 21 erfüllt
zwei wesentliche _Aufgaben. Zuniichst bestimmt diese größere Krümmung die Krümmung
des Bildes 23, und weiter wirkt sie als zylindrischer Kondensor und entwirft auf
diese `'eise das zweite der astigmatischen Bilder 2.1, genau in der Eintrittspupille
des Objektivs 25.
-
Die beiden Krümmungen, welche sich aus der Erfüllung dieser beiden
Bedingungen ergeben, können einander gleichen, d. h. unter Umständen kann eine einzige
gleichmäßige Krünunung beiden Erfordernissen in gewissen Grenzen praktisch Rechnung
getragen werden. (-sphärische Flächengestaltung wird «-eiter unten behandelt.) In
Abb. i deuten die gestrichelten Linien 31 die Kolidensorwirkung der Planringlinse
21 all. Die. Lichtstrahlen, entsprechend den gestrichelten Linien 32, deuten die
Bildung des Sekundärbildes 23 all, welches dann von dein Objektiv .:5 als Bild 26
in der Filmebene entworfen wird. Die Lichtstrahlen 33 tragen auch zur Bildung des
Sekundärbildes -23 bei; sie fallen jedoch teilweise aus dein .Bereich des Objektivs
25 heraus. Die Begrenzulig dieses Strahlenkegels 33 wird durch die senkrechte Offnung
der Ringlinse 21 gegeben und begrenzt die Abmessungen des zweiten astiginatischen
Bildes 2.1 in senkrechter Richtung. Die horizontale Begrenzung des Bildes 2:I hängt
von verschiedenen Faktoren ab, u. a. von der Länge der Lichtduelle 22, der größeren
Krünililung der Ringlinse 21 und der Gegenstands- und Bildweite der Linse 21. Die
Abmessungen des endgültigen Bildes 26 werden durch die Abmessungen des ersten astigniatischen
Bildes 23 bestimmt, die ihrerseits von der Brechkraft und der horizontalen Üftnung
der Ringlinse 21 abhängen. Die Lichtquelle 22, der größere der Planringlinse 21,
die Sekundärlichtquelle 23 und das endgültige Bild 26 der Lichtquelle schneiden
sämtlich die optische Achse .Io und liegen in der gleichen horizontalen Ebene.
-
In den Abb. -2 und 3 ist eine Lichtquelle 27 finit einem langgestreckten
Wendelglühkörper 22 dargestellt, welcher die optische Achse jo senkrecht schneidet.
Das gekrümmte L inearbild, das als Sekundärlichtquelle dient, ist als gestrichelte
Linie 23 angedeutet. Die Ringlinse 21 besteht aus drei Teilen 35, 36 und 37, die
aus einem einzigen Stück Glas hergestellt werden. Der ringlinsenförmige Teil 35
liegt auf einem planzylindrischen Teil 36, der seinerseits auf der Planparallelplatte
37 liegt. Die Tiber die Ringlinse 3 5 nach obeil und unten vorstellenden Teile 36
und 37 dienen lediglich als Fassungsstücke und werden durch undurchlässigen Lack
oder Metallfolien abgedeckt, wie aus der Abb. ersichtlich ist. Dabei ragt diese
_11>deckung 29 auch teilweise über die Ringlinse 35 tlild begrenzt dadurch deren
wirksame üffnung. @@-ie bereits ausgeführt wurde, ist die höhe des zweiteil astigniatisehen
Bildes 2,1 durch
diese Öffnung bestimmt, und sie wird auf diese
Weise so groß gewählt, daß die Eintrittspupille des Objektivs 25 wenigstens ausgefüllt
wird. Aus folgenden Gründen idird das zweite astigmatische Bild aber sowohl in *senkrechter
wie in waagerechter Richtung etwas größer ausgebildet.
-
Die Lage und Richtung des ersten astigmatischen Bildes 23 hängt in
erster Linie von der Lage und Richtung der Ringlinse 2i ab und ist praktisch unabhängig
von geringen Bewegungen oder Vibrationen des Wendels 22 der Glühlampe.
-
Daher ist auch die Intensität und Lage des endgültigen Bildes 26 nicht
vollkommen abhängig von der Lage des Lampenwendels 22, allerdings unter der Voraussetzung,
daß die Höhe des zweiten astigmatischen Bildes 24, die durch die senkrechte Öffnung
der Ringlinse 21 festgelegt ist, so groß ist, daß die Eintrittspupille des Objektivs
25 auch dann noch überdeckt ist, wenn der Wendel 22 und damit das Bild 24 in senkrechter
Richtung schwingt. Auf diese Weise werden die Übertragungsgeräusche, welche sonst
sehr leicht bei der Tonabnahme auftreten können, vermieden oder wenigstens sehr
starkverringert, ohne daß die wirksame Öffnung des Objektivs verkleinert werden
braucht. Die Breite des zweiten astigmatischen Bildes 24-ist so groß, daß der von
den äußeren Enden des Wendels 22 ausgestrahlte Lichtteil, der im allgemeinen schwächer
ist als die Durchschnittshelligkeit des Wendels 22, nicht in dem Bereich des Objektivs
liegt. Der Wendel 22 erteilt dem zweiten astigmatischen Bild ein streifiges Aussehen,
wie in Abb. i angedeutet ist.
-
Das reelle Bild 23, das durch die kleinere Krümmung der Ringlinse
21 gebildet wird, ist gleichförmiger, da in diesem Bild die einzelnen Spiralen des
Wendels 22 nicht mehr unterscheidbar sind. Bei der Anordnung gemäß Abb. a wird das
Bild 23 in Glas entworfen. Je nach der Stärke und der Form des Ringlinsenteils kann
es auch gemäß Abb. i in der Luft entstehen. In jedem Falle sind die Krümmungen der
Ringlinse oder des Ringlinsenteils derart gewählt, daß die Krümmung des erzeugten
Bildes 23- in die Dingebene des Objektivs 25 fällt, gleichgültig ob es in Mittel
Glas oder Luft verläuft oder teilweise in Luft und in Glas liegt.
-
Gemäß Abb. 4 kann die Brechkraft der kleinen Krümmung der Ringlinse
41 negativ sein. Das in diesem Falle erzeugte Bild ist virtuell und schneidet die
optische Achse 40 im Punkt 43. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bildet
es die Sekundärlichtquelle für das Objektiv 25. Der negative Ringlinsenteil 45 der
Linse 41 kann innerhalb oder außerhalb, der Oberfläche des planzylindrischen Teiles
36 ausgebildet sein, oder er kann auch lediglich in einer Einprägung dieser Oberfläche
bestehen. Das in diesem Falle erzeugte virtuelle Bild ist jedoch verschieden von
dem Bild, das in einer bereits bekannten Anordnung durch eine gebräuchliche Negativlinse
erzeugt wird. Denn nach der vorliegenden Erfindung ist die Krümmung des Bildes von
der größeren Krümmung der Ringlinse abhängig, dagegen unabhängig davon, ob das -Bild
selbst virtuell ist.
-
In den Abb.6 bis 13 sind acht Ausführungsformen von Ringlinsen dargestellt,
die in der Hauptsache zur Verwendung kommen. Im allgemeinen besitzt das Bildfeld
des Objektivs 25 keine rein kreisförmige Krümmung. Um nun die Krümmung der Sekundärlichtquelle
genau der Krümmung des Objektivbildfeldes anpassen zu können, werden Ringlinsen
verwendet, deren größere Krümmung etwa gemäß Abb. 8 nicht kreisförmig ist, sondern
asphärisch. Diese größere Krümmung ist meist positiv, d. h. konvex zum einfallenden
Licht gerichtet, da die in der Hauptsache für den vorliegenden Zweck in Frage kommenden
Objektive ein nach innen gekrümmtes Bildfeld aufweisen; andernfalls muß die größere
Krümmung der Ringlinse negativ sein.
-
In Abb. 6 ist eine Ringlinse dargestellt, deren größere Krümmung kreisförmig
ist, während in Abb. 7 eine asphätische größere Krümmung verwendet wird, die die
Bildung eines flachen Bildes 26 leichter zu erreichen gestattet.
-
In Abb. 9 ist eine weitere sehr zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der sowohl die größeren wie auch die kleineren Krümmungen der Ringlinse
kreisförmig oder asphärisch ausgeführt sind. Das wesentlichste Merkmal dieser Ausführungsform
ist jedoch, daß die kleinere Krümmung längs des größeren Meridians veränderlich
ist, und zwar wächst der kleinere Krümmungsradius mit dein Abstand von der optischen
Achse, d. h. finit dem Azimut gemessen.von der optischen Achse ab längs des größeren
Meridians. Eine Ringlinse mit einer konstanten kleinen Krümmung etwa gemäß Abb.
6 erzeugt ein gekrümmtes Bild 23, das mit dem Abstand von der optischen Achse sich
etwas verschmälert. Ebenso verkleinert sich der Abstand zwischen dem größeren Meridian
der Ringlinse 21 und dem Bild 23 bei zunehmendem Azimut. Beide Änderungen sind auf
die Zunaliriie des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche der Linse
zurückzuführen und darauf, daß das von jedem Punkt der Lichtquelle 2a auf die Linse
fallende Licht unter einem Winkel i (Abb. 6) in die Linse eintritt, ,der mit dem
Azimut
wächst. Die wirksame Brechkraft der kleineren Krüniniung
wächst aber bei zunehmendem Winkel i. Außerdem nimmt die Intensität des Bildes -23
mit wachsendem Azimut ab, und zwar wenigstens teilweise infolge der zunehmenden
Reflexionsverluste bei wachsendem Winkel i.
-
Durch Vergrößerung des kleineren Kriintinungsradius gemäß Abb. g nach
den Seiten zu wird die Öffnung und damit die Lichtmenge je Längeneinheit nach den
Kanten des gekrümmten Bildes zu gesteigert. Auch wird der Krümmungsradius der Sekundärlichtquelle
23 leicht verringert. Beide Veränderungen sind für sich erwünscht und werden durch
eine Maßnahme zu gleicher Zeit erhalten. Die Veränderung des kleinen Krümmungsradius
längs des größeren Meridianes wird zweckmäßig derart gewählt, daß das Bild 23 eine
genaue gleiche Breite und genaue gleiche Helligkeit je Längeneinheit erhält. Vorzugsweise
wird die Veränderung des kleineren Krümmungsradius etwas stärker gewählt, so daß
das erhaltene gekrümmte Bild ausreichend gleichmäßig sowohl bezüglich seiner Breite
wie seiner Helligkeit ist. Die Wahl der Stärke dieser Veränderung wird zu einem
gewissen Maße auch durch ihren Einfluß auf die Krümmung der Sekundärlichtquelle
23 bestimmt.
-
Die Abb. io bis 18 entsprechen den Abb. 6 bis 9, jedoch unterscheiden
sie sich dadurch, daß sie negative kleine Krümmungen auf-«-eisen.
-
Es wurde ausgeführt, daß die größeren Krümmungen der Ringlinse kreisförmig
oder asphärisch; positiv oder negativ sein können und daß die kleineren Krümmungen
kreisförmig oder asphärisch, konstant oder variabel, positiv oder negativ sein können,
wenn nur die erzeugten Bilder ausreichend mit der Bildebene und der Eintrittspupille
des Objektivs übereinstimmen.
-
Es ist einleuchtend, daß eine große Reihe von Kombinationsmöglichkeiten
bestehen, um den in den Ansprüchen gekennzeichneten Bedingungen gerecht zu werden,
so daß die Erfindung keineswegs auf die im einzelnen beschriebenen Ausführungsforinenbeschränktist.