Bildwerfer. Für die optische Projektion von Bildern wird oft ein Spiegelobjektiv verwendet, weil dieses für ein gegebenes Offnungsverhältnis billiger ist als eine Linse, bei der die glei chen Bedingungen hinsichtlich der Reinheit beachtet werden müssen.
Die Erfindung betrifft einen Bildwerfer mit Spiegelobjektiv und bezweckt, den Kon trastreichtum des projizierten Bildes zu ver grössern. Dieser Zweck wird erfindungs gemäss dadurch erzielt, dass in der Mitte des Hohlspiegels keine spiegelnde Oberfläche wirksam ist.
Das beste Ergebnis in bezug auf den Kontrastreichtum des projiziertenBildes wird bei einem sphärischen Spiegel erzielt, wenn der Innenrand der spiegelnden Oberfläche übereinstimmt mit dem aus dem Krüm- mungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels heraus auf diesen Spiegel projizierten Umriss derjenigen Fläche, von welcher die Abbil- dungsstrahlen ausgehen. Macht man die nichtspiegelnde Oberfläche so gross, wie es der grösste Kontrastreichtum erfordert, so steht in gewissen Fällen der Ver besserung der Kontraste als Nachteil ent gegen der Verlust an Beleuchtungsintensität.
Man kann in diesen Fällen diese Oberfläche auch kleiner wählen. Der Verlust an Beleuch tungsintensität erreicht seinen kleinsten Wert, wenn die nichtspiegelnde Oberfläche der Orthogonalprojektion der Fläche, von der die Abbildungsstrahlen ausgehen, in Rich tung der Achse des Objektives entspricht, weil bei einer weiteren Herabsetzung der Grösse dieses Teils der Oberfläche die von dem entsprechenden Teil reflektierten Strah len wieder auf diejenige Fläche, von der Ab- bildungsstrahlen ausgehen, auftreffen.
Der Umstand, dass ein mittlerer Teil der spiegelnden Oberfläche wegfällt, kann dazu benutzt werden, eine Fläche abzubilden, die sich auf einem Körper befindet, der sich von dieser Fläche aus in Richtung des Spiegels erstreckt und länger ist als der Abstand zwi- sehen Fläche und Spiegel. Der Spiegel wird in diesem Falle mit einer Öffnung versehen und ein Teil des Körpers durch diese Öff nung hindurchgeführt werden.
Dieser Fall kann zum Beispiel beim Projizieren des auf dem Bildschirm einer Ka thodenstrahlröhre befindlichen Bildes ein treten. Zu diesem Zwecke wird die Röhre im allgemeinen derart angeordnet, dass ihre Achse mit derjenigen des Spiegelobjektives übereinstimmt. Wird die Röhre derart an geordnet, dass die Aussenseite des Bildschir mes dem Spiegel zugewendet ist, so befinden sich keine Hemmnisse zwischen dem zu projizierenden Bild und dem Spiegel. Es empfiehlt sich, hinter dem Bildschirm in dem Weg der vom sphärischen Spiegel reflektier ten Strahlen eine Korrektionsplatte anzuord nen, welche die optischen Fehler des Spiegel objektives verbessert.
Die geeignetste Stelle für diese Korrektionsplatte ist der Krüm- mungsmittelpunkt des Spiegels. Der Abstand zwischen dem Bildschirm und der Korrek- tionsplatte ist in vielen Fällen kleiner als die Länge der Röhre einschliesslich des Halters, so dass man dann gezwungen ist, eine Öff nung in der Platte herzustellen und sie über die Röhre hinüberzuschieben.
Man kann nun die Röhre umgekehrt an ordnen und die von der Innenfläche des Bildschirmes ausgehenden Abbildungsstrah len für die Projektion verwenden, wobei die selben durch die Glaswand der Röhre hin durch auf den Spiegel fallen. Nun wird ein Teil des Lichtes vom Elektrodensatz der Röhre abgefangen, aber da dies nur dem mittleren Teil des Spiegels entzogen wird, bedingt dies keinen Verlust, weil dieser Teil des Spiegels doch nicht spiegelnd wirksam ist.
Auch bei dieser Anordnung ist in vielen Fällen der verfügbare Raum zu klein mit Rücksicht auf die Länge der Röhre, aber, da der mittlere Teil des Spiegels nicht spie gelnd wirksam ist, steht nichts im Wege, eine Öffnung in diesem Teil vorzusehen und die Röhre hindurchzuführen, womit ausserdem noch der Vorteil erzielt wird, da.ss seitwärts vorstehende Teile des Röhrenhalters und zu demselben führende Zuleitungsdrähte kein Licht des Schirmes abfangen können. Diese Anordnung braucht eine Röhrenwand von besonderer Form, weil verhütet werden soll, dass schräg durch das Glas hindurchfallende Lichtstrahlen infolge kleiner Rauheiten der Oberfläche um Abweichung von der runden Form derart gebrochen werden, dass Störun gen im Bild eintreten.
Man wird deshalb zweckmässig eine Röhre verwenden, deren Wand einen vorspringenden Teil hat, der auf der Spiegelseite von einer Kugelfläche be grenzt wird, die konzentrisch zu dem Spiegel ist, und den Bildschirm nach innen zu konvex ausführen, so dass sie ebenso eine Kugelfläche hat, die konzentrisch zu dem Spiegel ist.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Bildwerfer für die Projektion des Bildschirmes einer Ka thodenstrahlröhre, zum Beispiel für Fernseh zwecke.
Fig. 2 dient zur Erläuterung der durch diesen Bildwerfer erzielten Verbesserung. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines andern Bildwerfers.
Fig. 4 dient zur Erläuterung der Wir kungsweise des Bildwerfers nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt einen Bildwerfer, bei dem das auf der Innenseite des Bildschirmes einer Kathodenstrahlröhre erzeugte Bild für die Projektion verwendet wird.
In Fig. 1 bezeichnet 10 eine beliebige Art von Kathodenstrahlröhre, bei der das auf dem Leuchtschirm 13 erscheinende, bei spielsweise auf dem Wege des Fernsehens übertragene Bild mittels eines sphärischen Spiegels 11 auf einem nicht dargestellten Schirm vorgeführt wird. Das vom Spiegel 1 reflektierte Licht wird durch eine an sich bekannte Korrektionsplatte 12 hindurch geworfen. Diese dient zur Behebung sphäri- scher Aberration. Die Platte hat eine solche Form, dass sie die Brennweite der Rand strahlen vergrössert, die der Parachsialstrah- len verkleinert und infolgedessen alle Strah len auf den Vorführungsschirm fokussiert.
Der Bildschirm 1.3 bildet einen Teil einer Kugelfläche mit einem Radius r und ist kon zentrisch zum Spiegel 11 angeordnet, der einen Krümmungsradius B hat, der nahezu das Doppelte von r beträgt, so dass sich in grosser Entfernung vom Spiegel ein stark ver grössertes Projektionsbild ergibt.
Die Erfindung ist, wie sich aus nachste hender Erläuterung ergeben wird, nicht nur von Bedeutung für die Vorführung von Ge genständen, die selbst Licht ausstrahlen, wie ein fluoreszierender Schirm, sondern auch für die Vorführung von Diapositiven.
Der mittlere Teil des Hohlspiegels ist, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, mit einer matt schwarzen Anstrichschicht 16 überzogen. Die ser Teil könnte statt dessen unversilbert ge lassen sein. Auch kann man in der Mitte einen Teil aus dem Spiegel wegschneiden.
Der Nutzen dieser Massnahme ergibt sich aus einer Betrachtung der Fig. 2, in welcher der Spiegel 11, die Korrektionsplatte 12 und der Gegenstand 13 dargestellt sind, sowie einige Lichtstrahlen, die von einem Punkt des Ka- thodenröhrenschirmes ausgehen und auf den mittleren Teil des Spiegels fallen. Aus der Zeichnung ersieht man, dass einige dieser von der Aussenfläche des Schirmes ausgehenden Abbildungsstrahlen nach Reflexion am Spie gel auf den Schirm zurückfallen, zum Bei spiel in den Punkten B und B'.
Sie werden in diesen Punkten teilweise reflektiert und dies nicht nur in hellen Partien des vorzu führenden Bildes, sondern ebenfalls an den dunkeln Stellen. Diese vom Schirm reflek tierten Strahlen werden gleichfalls vom Spiegel zurückgeworfen und erzeugen ein fal sches Licht auf dem Vorführungsschirm.
Es lässt sich leicht darlegen, dass kein ein ziger Lichtstrahl mehr auf den Schirm reflektiert werden kann, wenn der nicht reflektierende Teil 16 mit der mittleren Pro jektion der Fläche, von der die Abbildungs strahlen ausgehen, auf den Spiegel, aus dem Krümmungsmittelpunkt C des Spiegels her aus, übereinstimmt, also wenn dieser Teil von dem Durchschnitt mit dem durch die strich- lierten Linien 17 in Fig. 1 und 2 bezeich- neten Kegel begrenzt wird.
Führt man den ganzen im Innern dieses Kegels liegenden Teil des Spiegels nichtreflektierend aus, so erhält man den grösstmöglichen Kontrast reichtum des projizierten Bildes. Angenom men, dass die Röhre 10 einen kreisförmigen Querschnitt hat, so muss zwecks Erzielung dieses Ergebnisses der nichtreflektierende Teil 16 einen Durchmesser haben, der das Doppelte des Durchmessers d der Röhre be trägt.
Die Nichtbeteiligung solch eines verhält nismässig grossen Teils des Spiegels an der Reflexion bedingt einen wesentlichen Licht verlust. In den Fällen, in denen der Vorteil eines möglichst grossen Kontrastes nicht dem Nachteil des Lichtverlustes gleichkommt, kann man die Oberfläche 16 um so viel kleiner wählen, als den Wünschen in bezug auf Kon trast und Helligkeit möglichst gut entspricht.
Es ist vorteilhaft, diese Verkleinerung nicht weiter durchzuführen als bis zu einer be stimmten Grenze, bei deren Überschreitung das falsche Licht in der Intensität zunimmt, jedoch nicht das nützliche Licht. Dies trifft zumindest für den mittleren Teil des vor geführten Bildes zu und wird durch die Fig. 3 und 4 erläutert.
In Fig. 3 bezeichnet 16a den nichtreflek tierenden Teil des Spiegels 11, welcher der orthogonalen Projektion des Röhrenschirmes auf den Spiegel in Richtung der mit der Achse der Röhre übereinstimmenden Achse des Spiegelobjektives entspricht. Der maskierte Teil wird hier vom Durchschnitt mit dem durch die strichlierten Linien 21 bezeichneten Zylinder begrenzt und hat den gleichen Durchmesser wie die Röhre. Der im Innern dieses Zylinders liegende Teil des Spiegels kann, auch wenn er nicht maskiert wäre, kein aus dem Zentrum des Bildschirmes 13 kommendes Licht auf den Vorführungsschirm werfen, weil dieses Licht von der Röhre ab gefangen wird.
Durch den in Fig. 4 gezeich neten Strahl N, der von der Mitte von 13 ausgeht und noch gerade längs der Röhre fällt, wird dies erläutert. Auch Strahlen, die von exzentrisch liegenden Punkten ausgehen und am betrachteten Teil des Spiegels reflek tiert werden, werden grösstenteils von der Röhrenwand abgefangen. Um dies darzutun, ist ein vom Rand des Bildschirmes 13 in Richtung der Achse auf den Spiegel fallender Lichtstrahl M dargestellt. Dieser wird nach der Mitte des Bildschirmes zurückgeworfen. Verkleinerung der Oberfläche 16a würde so mit eine Verringerung des Kontrastes herbei führen, jedoch nicht die Lichtstärke in der Mitte des vorgeführten Bildes vergrössern.
Möglichst vorteilhaft ist es, wenn man dem nichtreflektierenden Teile des Spiegels also die Grösse von 16, die von 16a oder eine dazwi schenliegende Grösse gibt.
Fig. 4 zeigt auch, dass im vorgeführten Bilde das Licht für den mittleren Teil haupt sächlich vom ringförmigen Teil des Spiegels nahe dem Innenrand erhalten wird, während das Licht für den Randteil hauptsächlich von weiter aussen liegenden Regionen des Spiegels kommt. Dies geht aus dem Verlauf des Strahls N' aus der Mitte und demjenigen des Strahls<B>31'</B> aus dem Rande des Bildschirmes 13 hervor. Würde der Strahl N' einen Punkt näher am Aussenrande des Spiegels treffen, so würde dieser Strahl die Korrektionsplatte 12 nicht treffen und somit von einer (nicht dargestellten) Umrahmung abgefangen wer den müssen.
Für eine gleichmässige Beleuchtung der Bildfläche auf dem Vorführungsschirm, also für ein vorgeführtes Bild, das an den Rän dern nicht heller als in der Mitte ist, oder umgekehrt, ist eine geeignete Bemessung des Gegenstandes und des Objektives erforder lich. Es ist zum Beispiel der Durchmesser der Korrektionsplatte 12 im Verhältnis zu demjenigen des Spiegels 11. um so grösser zu wählen, je grösser die nichtreflektierende Oberfläche des Spiegels ist.
Die folgenden relativen Abmessungen können in einer Vor richtung gewählt werden, bei welcher der Durchmesser D des Spiegels 75 cm beträgt: Krümmungsradius des Spiegels R 1019 D Krümmungsradius des Gegenstandes r 0,5 R Durchmesser des Gegenstandes<I>d</I> 0,25<I>D</I> Durchmesser der Korrektionsplatte N. . 0,75 D Brennweite der Mitte der Korrektionsplatte f 9 R.
In Fig. 5 ist eine Bauart mit einer Ka thodenstrahlröhre 33 dargestellt, die derart gestaltet ist, dass für die Projektion das Licht verwendet werden kann, das vom Bildschirm 32 auf der gleichen Seite, wo der Schirm von den Kathodenstrahlen getroffen wird, aus gesandt wird. Die Wand der Röhre 31 be sitzt einen Glasteil 31a und einen Metallteil 31b in Form einer Küchenpfanne, und diese zwei Teile sind mittels eines Flansches 33 zusammengeschmolzen.
Der Boden 32 der Pfanne ist mit einer fluoreszierenden Schicht überzogen und mit der gleichen Krümmung gewölbt, die das Ende der Röhre in den andern Figuren hat. Das Objektiv entspricht demjenigen bei den andern beschriebenen Ausführungsbeispielen, nur ist jetzt nicht die Korrektionsplatte, son dern der Spiegel mit einer mittleren Öffnung versehen, durch welche der Hals der Röhre 31 hindurchgeführt ist. Eine nichtreflektie rende ringförmige Maske 36 ist zur Verbes serung der Kontraste vorgesehen, die darunter liegende, spiegelnde Oberfläche ist also un wirksam. Die Maske wird von der Projek tion des Schirmes 32 auf den Spiegel aus dem Krümmungsmittelpunkt C begrenzt.
Diese ist gerade so gross wie die orthogonale Projektion auf den Spiegel der Röhre in Richtung der Achse. Die relativen Ausmasse des Schirmes 32 und der Röhre 31 können auch derart sein, dass die Projektion des Schirmes kleiner ist als der Höchstdurch messer der Röhre.
Projector. A mirror lens is often used for the optical projection of images because this is cheaper for a given aperture ratio than a lens in which the same conditions must be observed in terms of purity.
The invention relates to a projector with a mirror lens and aims to increase the contrast of the projected image ver. This purpose is achieved according to the invention in that no reflective surface is effective in the center of the concave mirror.
The best result with regard to the richness of contrast of the projected image is achieved with a spherical mirror when the inner edge of the reflecting surface coincides with the outline of the surface projected from the center of curvature of the spherical mirror onto this mirror, from which the imaging rays emanate . If the non-reflective surface is made as large as required for the greatest richness in contrast, in certain cases the improvement in the contrasts is a disadvantage as opposed to the loss of illumination intensity.
In these cases this surface can also be chosen to be smaller. The loss of lighting intensity reaches its smallest value when the non-reflective surface of the orthogonal projection of the surface from which the imaging rays emanate corresponds to the axis of the lens, because if the size of this part of the surface is further reduced, that of the corresponding part reflected rays strike the surface from which imaging rays emanate.
The fact that a central part of the reflective surface is omitted can be used to image a surface that is located on a body that extends from this surface in the direction of the mirror and is longer than the distance between surface and see Mirror. In this case, the mirror is provided with an opening and a part of the body is passed through this opening.
This case can occur, for example, when projecting the image on the screen of a cathode ray tube. For this purpose, the tube is generally arranged so that its axis coincides with that of the mirror objective. If the tube is arranged in such a way that the outside of the screen faces the mirror, there are no obstacles between the image to be projected and the mirror. It is advisable to arrange a correction plate behind the screen in the path of the rays reflected by the spherical mirror, which lens improves the optical errors of the mirror.
The most suitable place for this correction plate is the center of curvature of the mirror. The distance between the screen and the correction plate is in many cases smaller than the length of the tube including the holder, so that one is then forced to make an opening in the plate and push it over the tube.
You can now reverse the tube and use the Abbildstrah len emanating from the inner surface of the screen for the projection, the same falling through the glass wall of the tube through onto the mirror. Part of the light is now intercepted by the tube's set of electrodes, but since this is only withdrawn from the central part of the mirror, this does not cause any loss because this part of the mirror is not reflective.
With this arrangement, too, the available space is in many cases too small with regard to the length of the tube, but since the central part of the mirror is not reflective, nothing stands in the way of making an opening in this part and leading the tube through This also has the advantage that parts of the tube holder protruding sideways and lead wires leading to the same cannot intercept any light from the screen. This arrangement needs a tube wall of a special shape, because it is to be prevented that light rays falling obliquely through the glass are refracted by deviations from the round shape due to small roughness of the surface in such a way that disturbances occur in the image.
It is therefore expedient to use a tube whose wall has a protruding part which is bordered on the mirror side by a spherical surface that is concentric to the mirror, and the screen to be convex inwards so that it also has a spherical surface, which is concentric with the mirror.
In the accompanying drawings, three embodiments of the subject invention are shown.
Fig. 1 shows schematically a projector for the projection of the screen of a cathode ray tube, for example for television purposes.
Fig. 2 serves to explain the improvement achieved by this projector. Fig. 3 is a schematic representation of another projector.
Fig. 4 is used to explain the we action of the projector of Fig. 3. Fig. 5 shows a projector in which the image generated on the inside of the screen of a cathode ray tube is used for projection.
In Fig. 1, 10 denotes any type of cathode ray tube, in which the appearing on the fluorescent screen 13, for example transmitted by television image is presented by means of a spherical mirror 11 on a screen, not shown. The light reflected by the mirror 1 is thrown through a correction plate 12 known per se. This is used to correct spherical aberration. The shape of the plate is such that it increases the focal length of the edge rays, reduces the focal length of the paraxial rays and consequently focuses all rays on the projection screen.
The screen 1.3 forms part of a spherical surface with a radius r and is arranged concentrically to the mirror 11, which has a radius of curvature B that is almost twice r, so that a greatly enlarged projection image results at a great distance from the mirror.
The invention is, as will become apparent from the following explanation, not only of importance for the presentation of objects that emit light themselves, such as a fluorescent screen, but also for the presentation of slides.
The central part of the concave mirror is, as indicated in FIG. 1, coated with a matt black coating layer 16. This part could instead be left unsilvered. You can also cut away a part of the mirror in the middle.
The benefit of this measure emerges from a consideration of FIG. 2, in which the mirror 11, the correction plate 12 and the object 13 are shown, as well as some light rays that emanate from a point on the cathode tube screen and onto the central part of the mirror fall. From the drawing it can be seen that some of these imaging rays emanating from the outer surface of the screen fall back onto the screen after being reflected on the mirror, for example at points B and B '.
They are partially reflected in these points and this not only in the light areas of the picture to be presented, but also in the dark areas. These rays reflected from the screen are also reflected back by the mirror and create a false light on the screening screen.
It can easily be shown that not a single light beam can be reflected on the screen if the non-reflective part 16 with the middle projection of the surface from which the imaging rays emanate on the mirror, from the center of curvature C of the mirror out, coincides, that is, when this part is bounded by the intersection with the cone indicated by the dashed lines 17 in FIGS. 1 and 2.
If the entire part of the mirror lying inside this cone is made non-reflecting, the greatest possible contrast of the projected image is obtained. Assuming that the tube 10 has a circular cross-section, in order to achieve this result, the non-reflective portion 16 must have a diameter which is twice the diameter d of the tube.
The non-participation of such a relatively large part of the mirror in the reflection causes a substantial loss of light. In those cases in which the advantage of the greatest possible contrast does not equal the disadvantage of loss of light, the surface 16 can be chosen to be so much smaller as the requirements in terms of contrast and brightness correspond as well as possible.
It is advantageous not to carry out this reduction further than a certain limit, beyond which the false light increases in intensity, but not the useful light. This applies at least to the middle part of the image shown and is explained by FIGS. 3 and 4.
In Fig. 3 16a denotes the non-reflective animal part of the mirror 11, which corresponds to the orthogonal projection of the tube screen on the mirror in the direction of the axis of the mirror lens coinciding with the axis of the tube. The masked part is bounded here by the cross section with the cylinder indicated by the dashed lines 21 and has the same diameter as the tube. The part of the mirror lying inside this cylinder cannot, even if it were not masked, throw any light coming from the center of the screen 13 onto the projection screen, because this light is captured by the tube.
This is explained by the ray N drawn in FIG. 4, which emanates from the center of 13 and just falls along the tube. Rays that originate from eccentric points and are reflected on the part of the mirror being viewed are largely intercepted by the tube wall. In order to demonstrate this, a light beam M falling from the edge of the screen 13 in the direction of the axis onto the mirror is shown. This is thrown back towards the middle of the screen. Reducing the surface 16a would thus lead to a reduction in the contrast, but not increase the light intensity in the center of the image presented.
It is as advantageous as possible if the non-reflective part of the mirror is given a size of 16, that of 16a or a size in between.
Fig. 4 also shows that in the image shown, the light for the central part is mainly obtained from the ring-shaped part of the mirror near the inner edge, while the light for the edge part comes mainly from regions of the mirror that are further out. This can be seen from the course of the beam N 'from the center and that of the beam <B> 31' </B> from the edge of the screen 13. If the beam N 'were to hit a point closer to the outer edge of the mirror, this beam would not hit the correction plate 12 and would therefore have to be intercepted by a frame (not shown).
For even illumination of the image area on the demonstration screen, i.e. for a presented image that is not brighter at the edges than in the center, or vice versa, suitable dimensioning of the object and the lens is required. For example, the diameter of the correction plate 12 in relation to that of the mirror 11 is to be chosen to be larger, the larger the non-reflective surface of the mirror.
The following relative dimensions can be selected in a device in which the diameter D of the mirror is 75 cm: radius of curvature of the mirror R 1019 D radius of curvature of the object r 0.5 R diameter of the object <I> d </I> 0, 25 <I> D </I> diameter of the correction plate N.. 0.75 D focal length of the center of the correction plate f 9 R.
In Fig. 5, a type with a cathode ray tube 33 is shown, which is designed in such a way that the light can be used for the projection that is sent from the screen 32 on the same side where the screen is hit by the cathode rays . The wall of the tube 31 sits a glass part 31 a and a metal part 31 b in the form of a kitchen pan, and these two parts are fused together by means of a flange 33.
The bottom 32 of the pan is covered with a fluorescent layer and is curved with the same curvature that the end of the tube has in the other figures. The lens corresponds to that in the other embodiments described, only now the correction plate, son countries, the mirror is provided with a central opening through which the neck of the tube 31 is passed. A non-reflective ring-shaped mask 36 is provided to improve the contrasts, so the reflective surface underneath is ineffective. The mask is limited by the projection of the screen 32 on the mirror from the center of curvature C.
This is just as large as the orthogonal projection on the mirror of the tube in the direction of the axis. The relative dimensions of the screen 32 and the tube 31 can also be such that the projection of the screen is smaller than the maximum diameter of the tube.