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Bildwurfsehirm für Durehprojektion, vorzugsweise von Fernsehbildern.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildwurfschirm für Durehprojektion, vorzugsweise von Fernsehbildern, mit einem Raster von Zerstreuungslinsen und einer dicht vor diesen Linsen angeordneten Sammellinse. Hiedurch soll bei entsprechender Wahl der Brennweite erreicht werden, dass der projizierende Strahl alle Einzellinsen parallel zu ihren optischen Achsen durchsetzt, die untereinander wieder parallel sind, und somit Elementarstrahlkegel mit zueinander parallelen Achsen aus dem Projektionsraster austreten.
Dabei kann an Stelle des Rasters von Zerstreuungslinsen auch ein Raster von Sammellinsen treten, da sich auch dadurch eine für die Zwecke der Erfindung geeignete optische Streuung erzielen lässt. Die Strahlen werden auch dann stets in einem bestimmten Raumwinkel je nach der festgelegten, für alle Linsen gemeinsamen Brennweite verdichtet. Es ist natürlich gegebenenfalls auch möglich, als Ersatz für den Linsenraster eine diffus streuende Fläche, beispielsweise eine Mattscheibe, zu verwenden. Die Sammellinse dicht vor dem Linsenraster besitzt ringförmige oder streifenförmige Ober- fl chenriefelung wie bei Fresnelschen Linsen.
Die parallele Ausrichtung der von den Rasterlinsen ausgehenden Strahlenbündel, wobei das Objektiv im Unendlichen abgebildet wird, hatte den Nachteil, dass noch immer nicht alle im Raum befindlichen Betrachter das projizierte Bild in ausreichender Helligkeit und Schärfe erkennen und vollständig übersehen können. Um dies zu vermeiden, soll nach der Erfindung durch die Sammellinse ein reelles, vergrössertes Bild des Projektionsobjektivs in der von den Betrachtern erfüllten Ebene erzeugt werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in beispielsgemässen Ausführungsformen dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 die lichtstreuende Wirkung einer der vielen Zerstreuungs-bzw. Sammellinsen in schematischer Darstellung, Fig. 2 die Abbildung des Projektionsobjektivs in der Ebene der Betrachter in schematischer Darstellung, Fig. 3 die Lichtstromverteilung im Raum bei stark vergrösserter Abbildung des Objektivs in der Ebene der Betrachter in schematischer Darstellung, Fig. 4 eine Einrichtung zur Querverzerrung der Abbildung des Objektivs in der Ebene der Betrachter im Schnitt, Fig. 5 die Lichtstromverteilung im Raum bei querverzerrter Abbildung des Objektivs in der Ebene der Betrachter in schematischer Darstellung, Fig. 6 die Riefelungen der Sammellinse mit toten Zonen im Strahlengang im Schnitt, Fig.
7 die Zusammenfügung von Sammellinse und Linsenraster in einer Randfassung im Schnitt und Fig. 8 den Linsenraster aus durchsichtigem Material mit eingebetteten Luftkugeln.
Die Lichtstrahlen, die parallel auf eine Zerstreuungslinse 1 fallen, besitzen einen virtuellen Brennpunkt 2 und streuen nach Durchgang durch die Linse 1 in einen bestimmten Streukegel. Die Lichtstrahlen, die parallel auf eine Sammellinse 3 fallen, vereinigen sich nach Durchgang durch die Linse 3 im reellen Brennpunkt 4 und streuen in einem ähnlichen Streukegel wie im vorher beschriebenen Falle. Die Entfernung der Brennpunkte 2 und 4 von den Linsen 1 und 3 ist unendlich klein gegenüber der Entfernung der Betrachter vom Linsenraster, so dass für die Betrachter der optische Eindruck in beiden Fällen gleich ist (Fig. 1).
Das Bild des Leuchtschirms 5 der Braunschen Röhre 6 zwischen den Punkten 5a und 5b wird im Objektiv 7 abgebildet, Dann würde an sich auf dem Projektionsschirm 9 ein Bild des Leucht-
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schirms zwischen den Punkten 5b'und 5a'entstehen. Es wird nun das Objektiv 7 zwischen den Punkten 7a und 7b durch die geriefelte Sammellinse 8 in der Ebene der Betrachter 10 zwischen den Punkten 7b'und 7a'abgebildet (Fig. 2).
Dies wird erreicht durch eine entsprechende Einstellung der Brennweite der geriefelten Sammellinse. Der Abstand des Objektivs vom Schirm ist, beispielsweise bei Fernsehprojektoren, gegeben durch die mechanischen Daten des Empfangsapparates, der Abstand des Schirms von den Betrachtern
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diese Anordnung eine gleichmässige Aufhellung des ganzen Bildfeldes für die Betrachter.
Die volle Breite der Betrachterreihe als Durchmesser des Objektivbildes zu wählen, ist ungünstig, da über und unter dem Gesichtsfeld des Betrachters sich Zonen befinden, die vom Lichtstrom ungenutzt durchsetzt werden. Von vorn in Richtung auf die Betrachter gesehen ergibt sich dann eine langgezogene, mittlere Blickfeldzone 11, die mässig erhellt ist, und darüber und darunter liegend die kreisabschnittförmigen Lichtstromzonen 12a und 12b, die ebenso hell sind wie die mittlere Zone und für die Betrachter ungenutzt bleiben (Fig. 3).
Wenn man das Bild des Objektivs so gross macht wie einen menschlichen Kopf, so kann zunächst nur eine Person den vollen Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung geniessen : die Anzahl der Personen ist also entsprechend der Abbildungsgrösse beschränkt. Meistens wird aber doch, wie oben angenommen, eine grössere Betraehterzahl in Frage kommen, als sie innerhalb der Abbildungszone des Objektivs untergebracht werden kann. Zu diesem Zweck wird nach einem weiteren Schritt der Erfindung das beispielsweise der Grösse eines menschlichen Körpers entsprechende Bild des Objektivs in der Ebene der Betrachter so weit in die Breite verzerrt, wie die Reihe der Betrachter im Raum sieh in die Breite erstreckt.
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass man einen Bildwurfschirm 13 mit senkrechten Riefelungen, die die Strahlen nach beiden Seiten streuen, und davorgelegter Sammellinse 8 mit ringförmigen Riefelungen verwendet (Fig. 4).
In Fig. 5 deutet der gestrichelte Kreis zwischen den Punkten 7b'und 7a'die gemäss Fig. 3 sich ergebende von Lichtstrom erfüllte Zone an. Der mittlere Kreis zwischen den Punkten 7b" und 7 a" stellt die entsprechende Zone ohne Benutzung des längsgeriefelten Schirms, aber bei kleinerem Abbil- dungsmass dar. 14 ist die ellipsenförmig querverzerrte Zone, die alle Betrachter umfasst.
Auf diese Weise gelingt es, eine ellipsenartig ausgeleuchtete Zone im Raume zu erhalten, innerhalb der eine durchweg gute Bildbeobachtung möglich ist. Das bedeutet für diese Zone dann einen erheblichen Lichtgewinn. Wer von den Betrachtern sieh mit den Augen aus dieser Zone herausbewegt oder sich überhaupt ausserhalb dieser Zone befindet, wird nichts mehr vom Bild sehen können.
Dabei ist noch zu bemerken, dass die Breite der Oberflächenriefelung der Sammellinse möglichst kleiner sein soll als die Breite der zu projizierenden Bildzeile für den Fall, dass man ein Fernsehbild projiziert. Zweckmässigerweise beträgt sie die Hälfte der Bildzeilenbreite. Dann wird man sicher gehen, dass die Kreisriefelung für den Betrachter nicht mehr wahrnehmbar ist. In den Fällen, wo die Einhaltung dieser Bedingung Schwierigkeiten bereitet, genügt es bis zu einem gewissen Grad, wenn man die zwischen zwei Riefen auftretenden Dunkelzonen im Strahlengang sehmaler macht als die Zeile breit ist.
Gemäss Fig. 6 werden die Lichtstrahlen, die auf die quer zum Lichtstrom geneigten Kanten 15a der Riefelungen-M fallen, parallel durch die Sammellinse geführt. Die Lichtstrahlen dagegen, die auf die dem Lichtstrom nahezu parallelen Kanten 15b der Riefelungen 15 fallen, werden so gebrochen, dass sie als tote Zonen 16 für die Ausnutzung verlorengehen.
Der Bildwurfschirm kann auch aus durchsichtigem Material hergestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass gleichfalls die Benutzung einer Sammellinse mit Oberflächenriefelung aus organischen Kunststoffen, die optisch und thermoplastisch geeignet sind, wie Kunstharz, Plexiglas, Trolitul, die gewünschten Wirkungen auf die Ausrichtung des Lichtstrahles ausübt. Es gelingt dann, bereits mit niedrigen Herstellungstemperaturen (70-200 C) besonders billige Rasterschirme und geriefelte Sammellinsen herzustellen. Entweder werden also sowohl Linsenraster als auch Sammellinse aus den Kunststoffen hergestellt oder nur Linsenraster oder Sammellinse.
Der Bildschirm kann auch aus einer durchsichtigen Schicht bestehen, in die Kugeln einer optisch weniger dichten Substanz eingebettet sind. An einem solchen Schirm kann sich Staub und Schmutz nicht mehr in den gekrümmten Flächen der Linsen festsetzen, da diese unzugänglich sind. Aus dem gleichen Grunde können diese gekrümmten Flächen auch nicht beschädigt werden. Ein Reinigen der Schirmflächen ist ausserordentlich leicht, da die Begrenzungsflächen vollkommen eben sind.
Es wird also ein ebener Raster kleiner Kugeln eingebettet in eine planparallele Schicht, deren Brechungsexponent grösser ist als derjenige der Kugeln. Im günstigsten Grenzfall wählt man ein Raster kleinster Luftblasen in einem optisch brechenden Medium. Diese Kugeln wirken dann, obgleich sie bikonvexe brechende Flächen haben, als Zerstreuungslinsen und erfüllen deshalb den gleichen Zweck
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wie das Raster der bekannten Linsenschirme. Durch geeignete Wahl von Kugeldurchmesser und Brechungsexponent der Schicht lässt sich dann die Brennweite der Elementarlinsen und damit die Richtwirkung einstellen.
Ein besonders günstiges Verfahren zur Herstellung eines Rasters besteht darin, dass man die Schmelze eines lichtbrechenden Mediums mit Luftblasen durchsetzt, diese Blasen in eine Ebene aufsteigen lässt, in der eine Platte die obere Fläche der Schmelze abschliesst, und die Schmelze dann erstarren lässt. Dadurch, dass man aus dem erstarrten Schmelzfluss die blasendurchsetzte Ebene herausschneidet oder herausschleift, erhält man den beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Raster (Fig. 8).
Es ist auch denkbar, dass man an Stelle der Sammellinse ein Gewebe von Fäden aus durchsichtigem Material benutzt, die so gestaltet sind, beispielsweise prismenförmig, dass sie eine lichtrichtende Wirkung ausüben können.
Schliesslich ist noch vorgesehen, dass, wie in Fig. 7 gezeigt, die Rasterfläche 17 des Bildwurfschirms und die Riefelungen der Sammellinse 8 einander zugekehrt angeordnet werden, wobei dann der Raum zwischen ihnen durch eine entsprechende Randfassung 18, die einstellbar sein kann, nach aussen abgedeckt ist. Hiedurch werden mechanische Einwirkungen, insbesondere Verschmutzungen der Linsenrasterfläehe oder der geriefelten Oberfläche der Sammellinsen vermieden.
Bildwurfschirme nach der Erfindung sind natürlich anwendbar auf allen Gebieten der Bildwerfertechnik. Sie dürfen ihre Hauptanwendung jedoch in der Fernsehtechnik finden, da dort die Durchmesser der zahlreichen Sammel-oder Zerstreuungslinsen wegen des ohnehin vorhandenen Fernsehrasters gross gehalten werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Bildwurfschirm für Durehprojektion von Fernsehbildern mit einem Raster von Sammeloder Zerstreuungslinsen und einer diesen Linsen gemeinsamen Sammellinse mit stufenförmiger Riefelung, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise senkrechten Riefelungen des Rasterschirms und die beispielsweise ringförmigen Riefelungen der dazugehörigen Sammellinse bei entsprechender Brennweite der Sammellinse derart zusammenwirken, dass eine die höchste und tiefste Augenhöhe der Betrachter umfassende'Abbildung des Projektionsobjektivs entsprechend der Breite der ganzen Betrachterreihe querverzerrt wird.