ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЭКРАНЕ Советский патент 1934 года по МПК G03B41/08 

Предлагаемое изобретение имеет целью устранение недостатков существующих оптических выравнивателей в виде вращающихся призм, помещаемых между объективом и кадровым окном.

Как известно, смещение луча плоскопараллельной средой происходит неравномерно по формуле

где α есть угол падения, равный углу поворота призмы относительно оптической оси объектива.

При равномерном вращении призмы получаются следующие разницы перемещения изображения и фильма:

Обычно применяемая механическая компенсация неравномерности оптического смещения создает сотрясения за счет инерции равномерно движущихся частей и преждевременный износ механизмов проектора.

В предлагаемом приспособлении недостатки применения одной призмы устраняются оптическими средствами при полном сохранении принципа равномерного движения всех механизмов. Указанная корреляция технически осуществляется добавлением к призме плоско-параллельной пластинки, вращающейся в противоположную сторону.

Размеры и скорость вращения пластинки находятся в определенных соотношениях с размерами и скоростью вращения призмы в соответствии с приводимыми ниже теоретическими соображениями.

На схематическом чертеже показано расположение частей предлагаемого приспособления,

Приспособление состоит из призмы 1, компенсирующей пластинки 2, оси вращения 5 и 6 которых должны быть параллельны между собой, расположены в плоскости оптической оси 3, перпендикулярны к последней и параллельны к плоскости фильма 4. Направление движения фильма должно совпадать с плоскостью вращения призмы.

Для правильной работы системы необходимо выполнение следующих условий: 1) вращение пластинки должно совершаться в сторону, обратную вращению призмы 1, 2) угловая скорость пластинки должна быть вдвое больше угловой скорости призмы 1, 3) параллельное положение плоскостей призмы 1 и пластинки 2 должно совпадать с фазой перпендикулярного положения их плоскостей к оптической оси объектива 3 и 4) определенное соотношение между толщиной пластинки 2 и призмы 1 в соответствии с теоретическими соображениями, специально для этого разработанными.

Сущность последних заключается в том, что относительные размеры и характер вращения оптических компонентов являются производными от размеров «основной призмы». Под «основной призмой» здесь подразумевается призма, размеры которой обеспечивают совпадение смещения изображения и фильма в пределах поворота на 1-2° по отношению к оптической оси объектива.

Характер вращения призмы определяется уравнением

где Y есть относительное смещение изображения и фильма в миллиметрах, X - угол поворота призмы относительно оптической оси объектива, b и d - константы. Уравнение выведено из условий работы «основной» призмы и по существу представляет выражение нерезкости изображения Y, как функцию угла поворота призмы.

Для представления об абсолютных размерах этой функции автор приводит некоторые данные, вычисленные для призмы с показателем преломления=1,52.

Остановимся на тех следствиях из уравнения (II), которые определяют размеры и относительную скорость вращения пластинки 2 и призмы 1.

1) Для двух углов Х₁ и Х₂, находящихся в отношении имеем:

и

Разделив второе на первое, получим:

2) В частном случае, когда n=d, получим:

Логарифмируя, получим:

откуда

Следовательно, при увеличении X в d раз относительное смещение возрастает в десять раз. Практически это соответствует увеличению угла, примерно, в 2,12 раза в зависимости от показателя преломления. Таким образом, константа является градиентом изменения углов поворота, соответствующим изменению нерезкости в 10 раз.

3) Величина константы d определяется из величины tg угла наклона прямой из линейного уравнения, получаемого путем логарифмирования уравнения (II):

или из уравнения:

К этим выводам необходимо добавить, что изменения Y пропорциональны толщине призмы.

Выравнивание изображения с точки зрения физической интерпретации математических результатов приводит к задаче - подыскания оптической системы, дающей равные по величине, но отрицательные значения Y, как функции X.

Такая возможность открывается, как следствие из соотношений, даваемых уравнением (IV). Для решения задачи достаточно взять пластинку 2 в 10 раз меньшей толщины и поставить ее под углами к оптической оси в d раз большими, чем углы для призмы, т.е. придать ей вращение в d раз большей скорости, чем скорость вращения призмы. Уменьшению угольников в 10 раз в первом случае последует увеличение их в 10 раз во втором, отчего величина их останется без изменения.

Если такую пластинку 2 поставить впереди или позади призмы 1 и заставить ее вращаться в обратную сторону, как показано на чертеже, то все значения Y приобретут отрицательный знак. Смещение изображения исчезнет.

Такая схема, в которой отношение числа оборотов равно дробному числу (около 2,12), практически не пригодна, так как не дает совпадающих фаз на каждый кадр, поэтому скорость вращения пластинки компенсатора необходимо делать точно в 2 раза больше вращения призмы.

При этом отношение угольников уменьшается до раз.

Чтобы поднять его до 10, следует увеличить толщину пластинки в

(1,194 раза при показателе преломления=1,52).

Призма 1 должна быть равна размерам основной призмы, чтобы при X=1°-2° обеспечить скорость смещения, равную скорости движения фильма. Если обозначить толщину основной призмы 1, через а, то толщина компенсирующей пластинки 2 определится уравнением:

На чертеже пунктиром показано взаимное положение призмы 1 и пластинки 2 при Х=30° для призмы и 2X=60° для пластинки,

Ломаная линия ABCDEF отражает работу схемы в отношении луча, идущего в направлении оптической оси. Параллельная пунктирная линия показывает путь луча без компенсации.

В качестве материала для призмы 1 и пластинки 2 желательно стекло с возможно высоким показателем преломления для уменьшения общих размеров компенсационного приспособления.

Описанные схемы пригодны как для киносъемки, так и для кинопроекции.

Приспособление для оптического выравнивания изображений на экране в кинопроекторах с вращающеюся призмою, отличающееся применением добавочной плоскопараллельной пластинки 2, устанавливаемой около вращающейся призмы 1 и приводимой во вращение в противоположную сторону с вдвое большей скоростью, чем призма 1, причем ось вращения 6 пластинки 2 параллельна оси вращения 5 призмы 1 и перпендикулярна к оптической оси объектива 3.