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Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Laufbildgeräte.
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fehlern behaftet sind, ist eine gleichmässige Bildfensterausleuchtung nur bei starker Überdimensionierung der Leuchtfeldgrösse erreichbar. Die hier entstehenden Verluste sind mit 75% nicht zu hoch angegeben und bedeuten einen recht erheblichen Mehraufwand an elektrischer Energie, der für sämtliche Kinotheater der Welt die Summe von mehreren Millionen Kilowattstunden pro Jahr annimmt. Auch der Übergang von der Kondensorbeleuchtung zur Spiegelbeleuchtung vermag hier keine Abhilfe zu schaffen, da die den Verlust veranlassenden Ursachen bei allen bisherigen Beleuchtungsvorriehtungen die gleichen sind.
Während die Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 1 eine gleichmässige Bildfeldausleuehtung nur bei genügender Grösse und Homogenität des Leuehtfeldes der Projektionsliehtquelle ergibt, ist
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Diese erfindungsgemässe Vorrichtung ist in Fig. 2 in einem ersten Beispiel dargestellt. Sie besteht aus einer Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 1, doch ist der Strahlengang dieser Einrichtung durch die Hinzunahme zweier besonders ausgebildeter und angeordneter Linsenraster J und 6 wesentlich verändert.
Jeder dieser Linsenraster besteht aus einer Vielzahl von sphärisehen Elementarlinsen, die praktisch lückenlos aneinanderschliessen und die so einander zugeordnet sind, dass die Verbindungslinien der Linsenmitten der Elementarlilnsen des einen Rasters (5) mit den Linsenmitten der entsprechenden Elementarlinsen des andern Rasters (6) sieh sämtlich in der Mitte des Bildfensters 4 schneiden.
Die Brennweite der Elementarlinsen des Linsenrasters 5 ist so gewählt, dass das durch den Kondensor 2,3 ins Bildfenster 4 abgebildete Leuchtfeld 1 durch die Elementarlinsen des Rasters 5 nunmehr in dem Linsenraster 6 abgebildet wird. Von der Vielzahl der entstehenden Leuchtfeldbilder kommt je eines auf eine Elementarlinse des Linsenrasters 6 zu liegen. Diese Elementarlinsen des Linsenrasters 6 haben eine solche Brennweite, dass die Elementarlinsen des Linsenrasters 5 in das Bildfenster 4 abgebildet werden, wo sich diese Bilder gegenseitig überdecken. Die Genauigkeit ihrer Deckung auf dem Filmfenster wird dabei durch die Genauigkeit der Linsenraster und ihres Abstandes untereinander und vom Filmfenster bestimmt.
Die Grösse der Elementarlinsen des Linsenrasters 5 wird so bemessen, dass die Grösse ihrer im Bildfenster erzeugten Abbilder untereinander gleich ist und dass diese Abbilder das Bildfenster gerade ausreichend überdecken. Da das Bildfeld der Laufbildstreifen ein Rechteck ist, so werden sämtliche Elementarlinsen des ,,Bildfeldlinserrasters" 5 rechteckig begrenzt und praktisch von gleicher Grösse genommen. Ihre Zahl wird so gross gewählt, dass die Rechtecke lückenlos aneinanderstossen, was in Form von z. B. senkrechten Reihen und waagrechten Zeilen möglich ist.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen ,,Bildfeldlinsenraster" mit Anordnung der rechteckigen Elementarlinsen in sich senkrecht kreuzenden Reihen und Zeilen. Fig. 4 gibt eine Anordnung in nur senkrechten Reihen, Fig. 5 eine Anordnung in nur waagreehten Zeilen, wobei die Linsen jeweils um die halbe Höhe oder Breite in aufeinanderfolgenden Reihen oder Zeilen versetzt sind.
Ist das Leuchtfeld der Projektionsliehtquelle von annähernd runder Form, wie z. B. der positive Writer einer Gleichstrombogenlampe, so ist die Form der Elementarlinsen des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" 6 ebenfalls zweckmässig annähernd rund. Da jedoch auch diese Elementarlinsen praktisch lückenlos aneinanderschliessen sollen, so ergibt sieh hier als günstiger Aufbau die wabenförmige Anordnung sechseckig ausgebildeter Elementarlinsen. Fig. 6 zeigt eine solche Ausbildung des Leuchtfeldli : sen- rasters 6.
Durch die beschriebene Anordnung, wobei die Linsenmitten je einer Elementarlinse des "Bildfeldlinsenrasters"und der entsprechenden Elementarlinse des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" auf je einer durch die Bildfeldmitte gehenden Geraden liegen, ist festgelegt, dass die Linsenmitten sämtlicher Elementarlinsen des ,,Bildfeld"- und des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" ähnliche Punktnetze bilden.
Ein Vergleich der Fig. 3,4, 5 und 6 zeigt, dass für ein annähernd rundes Leuchtfeld diese Forderung
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feldgrösse ergibt sich aus der Grösse einer durch die gesamte optische Vorrichtung rückwärts in die Leuchtfeldebene abgebildeten Elementarlinse des ,,Leuchtfeldlinsenrasters".
Umgekehrt jedoch kann diese Einrichtung in Verbindung mit jeder kleineren Leuchtfläche 1 der Lichtquelle verwendet werden. Dann ist zwar der,, Leuchtfeldlinsenraster" nieht vollkommen ausgeleuchtet, sondern die einzelnen Leuchtfeldbilder sind durch Lücken voneinander getrennt. Aber jede Elementarlinse des"Leuehtfeldlinsenrasters"erzeugt ein Abbild des zugehörigen Elementes des ,,Bildfeldlinsenrasters" auf dem Bildfenster. Die gleichmässige Ausleuchtung des Bildfensters ist unabhängig von Form und Grösse des Leuchtfeldes der Projektionslichtquelle.
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Die Beleuchtung des Bildfeldes wird optimal, wenn die Form der Elementarlinsen des "Leuchtfeldlinsenrasters" der Form des Leuchtfeldes der Projektionslichtquelle entspricht und die Grösse des Leuchtfeldes mit der Grösse einer rückwärts auf die Leuchtfeldebene abgebildeten Elementarlinse des ,,Leuchtfeldlinseurasters" übereinstimmt.
Der Nutzeffekt wird optimal, wenn ausserdem in dem,, Bildfeldlinsenraster" bei einem dem ,,Leuchtfeldlinsenraster" ähnlichen Punktnetz die Mittelpunkte der Elementarlinsen eine lückenlose Anordnung von Bildfeldabbildern entsteht.
Fig. 7 zeigt bei a einen Ausschnitt aus einem Bildfeldraster, bei b das zugehörige Punktnetz der Mitten der Elementarlinsen, bei c, d, e und t für dieses Punktnetz einige mögliche, lückenlos aneinanderstossende Elemente des ,,Leuchtfeldlinsenrasters", wobei die Form gemäss 7e für die Verwendung eines runden Leuchtfeldes am günstigsten erscheint.
Zwischen den Brennweiten und Abmessungen der Elementarlinsen der beiden Linsenraster sowie zwischen den Abständen der Linsenraster vom Bildfenster und dessen Grösse bestehen folgende Beziehungen :
Ist nach Fig. 8 : A1 der Abstand vom Bildfeldlinsenraster zum Bildfenster, . LÍ2 der Abstand vom Leuchtfeldlinsenraster zum Bildfenster, 11 die Brennweite der Elementarlinsen des Bildfeldlinsenrasters, 12 die Brennweite der Elementarlinsen des Leuchtfeldlinseurasters, dl die Maschengrösse des Mittelpunktnetzes im Bildfeldlinsenraster, d2 die Maschengrösse des Mittelpunktnetzes im Leuchifeldlinsenrasters, D der Durchmesser des Bildfensters (Bildseite oder Bildhöhe), so gilt :
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Zum Beispiel :
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liegen, so arbeitet die Einrichtung ohne Verlust. Wird das Leuchtfeld der Lichtquelle grösser, so werden zufolge der exzentrischen Lage der Leuchtfeldabbilder zu den Linsenmitten der Elementarlinsen des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" gegebenenfalls Teile dieser Elementarleuchtfelder von der Linsenbegrenzung einseitig abgeschnitten, sofern die Begrenzung der Elementarlinsen nach allen Richtungen symmetrisch zum optischen Mittelpunkt erfolgt. Eine Beseitigung dieser Verluste ist in einfacher Weise dadurch möglich, dass die Begrenzung der Elementarlinsen des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" nicht symmetrisch zum optischen Mittelpunkt, sondern symmetrisch zum Mittelpunkt der Leuchtfeldbilder gewählt wird.
Der geometrische Mittelpunkt wird verschieden von dem optischen Mittelpunkt der Elementarlinsen genommen. Diese Verschiedenheit richtet sieh nach den Eigenschaften der jeweils verwendeten primären Beleuchtungseinrichtung und ist um so geringer, je idealer die Strahlenvereinigung dieser Beleuchtungseinrie htungen für die Bildfenstermitte erreicht ist.
Mit genügender Annäherung wird jedoch meist eine verlustlose Ausleuchtung auch bei einer zu den Linsenmitten symmetrischen Begrenzung dadurch erreicht, dass bei der Leuchtfeldabbildung die primäre Strahlenvereinigung durch eine Kondensorrardzone in die Bildfeldebene verlegt wird.
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praktisch unverändert geblieben ist :
Der Lichtkegel für den Mittelpunkt des Bildfensters ist derselbe geblieben, soweit nur die äussere Hülle betrachtet wird ; jedoch ist er nunmehr in viele Elementarlichtkegel zerteilt, die je nach Leuchtfeldgrosse mehr oder weniger voneinander getrennt sind, da die Basis dieser Elementarkegel durch die Leuchtfeldabbilder in der Ebene des,, Leuch < feldiinsen- rasters"gegeben wird.
Für die Beleuchtung des Bildfensters ist nur der wirklich mit Licht erfüllte Raumwinkel als Summe der Teilraumwinkei dieser Elementarkegel von Bedeutung ; für die gradationsändernde Wirkung
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der Beleuchtung auf das im Bildfenster liegende photographische Bild, das projiziert werden soll, sind die Strahl richtungen der Elementarkegel von Wichtigkeit : Es erscheint daher zweckmässig, zwei neue Begriffe für die Schilderung der Eigenschaften der erfindungsmässigen Beleuchtungseinriehtung besonders zu definieren.
Als Beleuchtungsapertur für das Bildfenster werde die ,,Hüllapertur" eingeführt, die für die Bildmitte durch den äusseren Kegelmantel der Elementarkegel und ihrer Zwischenräume gegeben ist.
Damit bei einer Lichtstromberechnung nun diese ,,Hüllapertur" verwendet werden kann, werde die physikalische Leuchtdichte der Lichtquelle ersetzt durch eine ,,mittlere Leuchtdichte" des Gerätes, da als Ersatzlichtquelle für die Bildfensterbeleuchtung der"Leuehtfeldlinsenraster" je nach dem Grad seiner Ausleuchtung wirksam wird.
Die"mittlere Leuchtdichte"ist also ausser von der Leuchtdichte der Projektionslichtquelle noch von der Flächenausfüllung des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" durch die Leuchtfeldabbilder abhängig und erreicht ein Maximum, wenn die Elementarlinsen des ,,Leuchtfeldlinsenrasters" je vollkommen ausgeleuchtet sind, sie wird in diesem Falle gleich der Leuchtdichte der Lichtquelle selbst. Gleichzeitig wird auch die"Hüllapertur"voll von Licht erfüllt, da die Leuchtfelder aneinanderstossen und dadurch die Elementarkegel einander berühren.
Die ,,mittlere Leuchtdichte" der Beleuchtungsvorrichtung für eine bestimmte ,,Hüllapertur" ist jeweils gleich der im Verhältnis der Grössen von ,,Leuchtfeldabbild" und ,,Leuchtfeldrasterlement" verminderten Leuchtdichte der Lichtquelle.
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der Lichtquelle 20 mm2, so ist bei einer Leuchtdichte von 180 HK/mm2 dieser Lichtquelle die ,,mittere Leuchtdichte"des Gerätes gleich der wahren Leuchtdichte der Lichtquelle selbst.
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Beleuchtungseinrichtung eingeht, die das Leuchtfeld der Lichtquelle auf das Bildfenster des Projektionsgerätes abbildet.
Sämtliche Kinoprojektoren, die mit der erfindungsmässigen Beleuchtungsvorrichtung versehen sind, mögen so eingerichtet sein, dass sie alle mit einer gleichen ,,Hüllapertur" von z. B. 1 : 2-5 arbeiten ; sie können dabei mit jeder Stromstärke, d. h. jeder Leuchtfeldgrösse, betrieben werden und liefern demgemäss verschiedene Lichtströme. Die Gradationsänderung im Projektionsbild ist dennoch für alle Geräte die gleiche und es können alle Filmkopien photographisch gleichartig hergestellt werden.
Ist die Projektionsfläche klein, so werden dünne Bogenlampenkohlen und geringe Stromstärken verwendet ; ist die Projektionsfläche grösser oder werden farbige Filme geringer Transparenz vorgeführt, so geht man einfach zu dickeren Kohlen mit entsprechend höherer Stromstärke über und erhöht dadurch die sogenannte ,,mittlere Leuchtdichte" im Projektionsgerät. Ist hier das Maximum erreicht und werden noch höhere Anforderungen gestellt, so ersetzt man die Reinkohlen durch Hochintensitäts- kohlen mit höherer primärer Leuchtdichte. Auch hier ist dann eine kontinuierliche Lichtstromänderung des Projektionsgerätes allein durch Variation der Leuehtfeldgrösse, also durch passende Bemessung von Kohlendurchmesser und Stromstärke, möglich.
Von Bedeutung erscheint auch die Möglichkeit, dass hier in einfacher Weise eine Mischung der Kernstrahlung und der Mantelstrahlung des Kraterfeldes von Hochintensitätslampen durchführbar ist, wodurch für die Projektionsbeleuchtung eine mittlere Farbtemperatur beider Strahler erreicht wird.
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werden, so ist die erfindungsgemässe Beleuehtungsvorrichtung auch in Verbindung mit ändern Lichtquellen, z. B. Projektionsglühlampen, Weehselstrombogenlampen, Flammbogenlampen, Quecksilberhochdrueklampen usw., in gleicher Weise anwendbar und sowohl für Normalfilm-als auch für Schmal- film- oder Breitfilmprojektion durch passende Ausgestaltung der Form der Elementarlinsen der Linsenraster mit gutem Nutzeffekt zu verwenden.
Bisher wurde zur Darlegung der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung als einfachste Einrichtung für die primäre Abbildung des Leuehtfeldes auf das Bildfenster ein Linsehkondensor benutzt. Es bedarf nach dem Vorhergehenden keines besonderen Hinweises, dass hier alle für die Bildfensterbeleuehtung üblichen Beleuchtungseinrichtungen sinngemäss verwendbar sind.
Neben den reinen Kondensorlampen sind für die Kinoprojektion reine Hohlspiegellampen und Hohlspiegelkondensorlampen im Gebrauch ; bei diesen Beleuchtungseinrichtungen ist der Einbau zweier Linsenraster im Strahlenraum praktisch in genau gleicher Weise möglich.
Fig. 9 zeigt die erfindungsgemässe Einrichtung in Verbindung mit einer reinen Spiegellampe zur primären Leuehtfeldabbildung.
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Fig. 10 zeigt die erfindungsmässige Einrichtung in Verbindung mit einer Spiegelkondensorlampe zur primären Leuchtfeldabbildung.
Fig. 11 entspricht Fig. 10, nur liegen die beiden Linsenraster im Strahlenraum zwischen Spiegel und Kondensorlinse.
Der Aufbau der Linsenraster ist in verschiedener Weise denkbar. Besonders geeignet erscheint die Herstellung in Form zweier Pressglasseheiben od. dgl. mit je einer glatten Seite und je einer Seite mit der vorher festgelegten Linsenstruktur als Oberfläche, so dass zwei Scheiben der jeweils erforderlichen Elementarlinsenform zu einer erfindungsmässigen Einrichtung zusammengesetzt werden. Gut ausführbar ist auch die Kombination der Linsenraster mit einer im Strahlengang vorhandenen Kühlküvette, indem die Linsenrasterscheiben z. B. direkt als Abschlussplatte einer Küvette der passenden Schichtdicke verwendet werden. In beiden Fällen muss eine gegenseitige Justierung der Platten zueinander vorgenommen werden.
Um diese Justierung ein für allemal gleich bei der Herstellung durchzuführen, ist auch die Vereinigung beider Rasterscheiben mit einer dicken Glasplatte so möglich, dass in eine passend bemessene dickere Glasplatte auf beiden Seiten je ein Linsenraster eingepresst ist, was besonders im Hinblick auf die Anwendung beim Schmalfilm zweckmässig erscheint.
Bemerkenswert ist noch, dass bei annähernd gleicher Leuehtfeldform das gleiche "Linsenraster"- Paar für alle Projektionsgeräte verwendet werden kann, sofern es sich nur immer in dem seiner Konstruktion zugrunde gelegten gleichen Abstand und der richtigen Lage zum Filmfenster befindet.
Bei Festlegung auf Normalfilm und eine bestimmte Leuchtfeldform sowie einen bestimmten Bildfensterabstand ist die gleiche Einrichtung ohne Rücksicht auf die sonstigen Eigenschaften der Projektionslampe, ob Kondensorlampe, Spiegellampe oder Spiegelkondensorlampe, ob geringe oder hohe Stromstärke, ob homogenes oder inhomogenes Leuchtfeld, ob kleine oder grosse primäre Apertur, immer in gleicher Weise verwendbar.
Daher erscheint diese Einrichtung, wenn die primäre Apertur der Beleuchtungseinrichtung ausserdem noch für alle Projektoren gleich genommen wird, als ideale und universelle Beleuchtungseinrichtung für Laufbildprojektionsgeräte, da sie für alle Filmarten, für Schwarzweissfilme, farbige Filme und Linsenrasterfihne, verwendet werden kann und eine einfache Anpassung an deren verschiedenen Lichtbedarf allein durch Ärderung der Stromstärken und der Kohlendurchmesser ermöglicht.
Bei der beschriebenen Anordnung verlaufen ausser dem der optische Achse entlang gehenden Strahl die übrigen Strahlen schief durch die Rasterplatten. Die optische Weglänge zwischen den Rasterlinsen wird also immer grösser, je mehr man sich dem Ra ! : de der Rasterplatten nähert. Die Folge davon ist, dass infolge der Abbildungsfehler die Bilder der Lichtquelle für die an der Peripherie der Rasterplatten liegenden Linsen nicht mehr auf der zweiten Rasterplatte liegen. Aus demselben Grunde werden auch die Abbildungen der Linsen der ersten Rasterplatte durch die zweite Rasterplatte nicht mehr so exakt vorgenommen.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, die beiden Rastersysteme auf Kugelschalen anzuordnen, deren gemeinsamer Mittelpunkt in der Mitte des Bildfensters liegt. Hiedurch werden die angegebenen Nachteile, die sich durch den schrägen Strahlendurchtritt durch die Rasterlinsen ergeben, vermieden.
Auf Fig. 12 der Zeichnung ist ein Beispiel einer solchen Anordnung dargestellt.
1 bedeutet die Liehtquelle, 2 den Reflektorspiegel. Mit 3, 4 sind die auf Kugelschalen argebrachten Rasterlinsen bezeichnet ; 5 ist das Bildfenster und 6 das Projektionsobjektiv.
Mit Vorteil kann man auch die Linsen für die Raster auf einem geeigneten optischen Glied des Beleuchtungsstrahlel1garJges anbringen. Nach Fig. 13 wird bei Verwendung eines Spiegels und eines einfachen Kondensor als lichtsammelnde Mittel der eine Linsenraster auf der Kondensorlinse 3, der andere Linsenraster auf der Glasplatte 4 angebracht. In dieser Figur ist weiterhin mit 1 die Lichtquelle, mit 2 der Spiegel und mit 5 das Bildfenster bezeichnet. Gemäss dieser Einrichtung liegen die Lichtquelle 1 und der zweite Raster 4 in den konjugierten Ebenen a und a', die Kondensorlinse 3 mit dem ersten Raster und das Bildfenster 5 in den konjugierten Ebenen & und & '.
Bei den beschriebenen Einrichtungen erfährt die Strahlenrichtung zwischen den Hauptpunkten der auf den Rasterscheiben angeordneten Elementarlinsen keine Änderung. Diese Tatsache aber lässt die Rasterscheibenanordnung in vielen Fällen nicht zur vollen Wirksamkeit kommen, da bei gegebener Grösse der Rasterlinsen in der Ebene 5 und bei gegebenem Abstand der beiden Rasterscheiben infolge der konvergenten Strahlenrichtung der Durchmesser der Elementarlinsen in der Ebene 6 kleiner
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ist in den Fig. 14 und 15 mit et bezeichnet. Aus den Figuren ist ohneweiters ersichtlich, dass der Lichtkegel nur dann voll ausgenutzt werden kann, wenn die entsprechenden Elementarlinsen in der Ebene 6 genügend gross sind, um den gesamten Lichtkegel zu fassen.
Aus Fig. 14 ist ersichtlich, dass bei der bisher beschriebenen Anordnung nur ein Lichtbüschel mit dem Öffnungswinkel ss gefasst wird. Das übrige Licht trifft auf die falsche Elementarlinse in der Ebene 6 und gelangt nicht mehr durch das Bildfenster.
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Erfindungsgemäss lässt sich diese Beschränkung dadurch beheben, dass der Strahlenverlauf zwischen den Hauptpunkten der einander zugeordneten Elementarlinsen der Ebenen 5 und 6 durch Einfügung von brechenden Flächen 7 und 8 eine Veränderung erfährt. Bei einer Abschwächung des konvergenten Strahlenverlaufes, die sich unter Umständen bis zu einem divergenten Strahlenverlaufe erstreckt, ist eine Vergrösserung der Elementarlinsen in der Ebene 6, wie aus der Fig. 15 ersichtlich, möglich. Bei genügend grosser Veränderung der Strahlenrichtung zwischen den Hauptpunkten der Elementarlinsen erreicht die Elementarlinse in der Ebene 6 eine derartige Grösse, dass das gesamte Büschel mit dem Öffnungswinkel a gefasst wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Beleuehtungsvorrichtung für Projektionsbildgeräte, insbesondere Laufbildgeräte, bestehend aus einer Lichtquelle und einer optischen Einrichtung zur reellen Abbildung dieser Lichtquelle in die Nähe des Bildfensters, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Bildfenster zwei je aus einer Vielzahl von EIementarlirsen bestehende Linsenraster derart angeordnet und ausgebildet sind, dass durch je eine Elementarlinse des Leuch1feldlil1senrasters (6) eine Abbildung je einer Elementarlinse des Bildfeldlinsenrasters (5) im Sinne der Liehtriehtung auf das Bildfenster erfolgt und gleichzeitig durch je eine Elementarlinse des Bildfeldlinsenrasters (5)
eine Abbildung je einer Elementarlinse des Leuehtfeldlinsenrasters (6) entgegen dem Sinne der Lichtriehtung auf das Leuehtfeld der Lichtquelle erfolgt.