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Optische Einrichtung für Projektionszwecke Die Erfindung bezieht sich
auf eine optische Mnrichtung für Projektionszwecke, deren Strahlungsfiuß durch im
Strahlengang angeordnete, strahlenbeeinflussende optische Mittel an unterschiedliche
Lichtverteilungen als Folge von verschiedenen Betriebsstromstärken und/oder an verschiedene
Abmessungen eines mit möglichst gleichmäßiger Lichtverteilung auszuleuchtenden Bildfensters
angepaßt wird.
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Lichtstarke Projektionslichtquellen bestehen meist aus einem Kohleibogen,
vorzugsweise einem Beck-Bogen,dessen positiver Krater .durch einen elliptischen
Spiegel auf das Projektorfenster abgebildet wird. Da die Leuchtdichte des Beck-Kraters
von der Mitte zum Rand stark ,abfällt und Kinospiegel ,großer Öffnung .ihrerseits
diese Ungleichmäßigkeit der Lichtverteilung noch verstärken, ist letztere im Projektorfenster
bei Beck-Betrieb durchweg sehr ungleichmäßig, falls man nicht besondere Maßnahmen
zur Verbesserung,der Ausleuchtung trifft. Hinzu kommt, daß Bogenlampen vor allem
dm Kinobetrieb zur Anpassung an die sehr verschiedenen Bil.dwandgrößen der Filmtheater
mit unterschiedlichen Stromstärken betrieben werden müssen, die zwischen 30 und
110 Ampere schwanken. Da die Kohlen- und damit Kraterdurchmesser für diese verschiedenen
Stromstärken sehr unterschiedlich ,sind, es kommen z. B. Kohlendurchmesser zwischen
6 und 11 mm in Betracht, man aber andererseits aus wirtschaftlichen Gründen stets
den gleichen Spiegel verwenden möchte, ergeben sich zahlreiche Schwierigkeiten bei
dem Bestreben, in allen Fällen eine zur Überdeckung des Projektorfensters ausreichende
Vergrößerung des Kraterbildes zu erreichen, wobei eine gute Lichtausbeute und hinreichende
Gleichmäßsigkeit der Lichtverteilung vorausgesetzt wird. Erschwerend wirkt sich
dabei außerdem die Anpassung,der Apertur des Belexchtungsstrahlenganges an die Lichtstärke
des Projektionsobjektivs aus. Diese Schwierigkeiten werden noch dadurch vermehrt,
.daß Filme mit verschiedener Größe und verschiedenem Seitenverhältnis des Projektorfensters
wechselweise und häufig in einem einzigen Filmprogramm nacheinander projiziert werden
müssen.
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Zur Verbesserung der Lichtverteilung im Projek torfeister sind bisher
verschiedene Wege eingeschlagen worden. Man benutzt z. B. an Stelle der elliptischen
@sogenannte asphärisohe Spiegel unibezeichnet damit solche, deren sphärische Aberrationskurve
von der eines reinen Ellsipsenspiegels in geeigneter Weise abweicht. Diese Aberrationen
werden so gelegt, daß die von den Randzonen erzeugten Kraterbilder, welche eine
elliptische Form besitzen, etwa am Rand desjenigen Kraterbildes liegen, welches
von der Zentrallzone des Spiegels erzeugt wird. Da das letztere kreisförmig und
wesentlich größer als die vorgenannten Bilder ist, gelingt damit ein gewisser Ausgleich
der Beleuchtungsverteilung. Mit einem solchen Spiegel läßt sich aber eine gewünschte
Beleuchtungsverteilung offensichtlich nur für einen bestimmten Kraterdurchmesser
und eine zugehörige mittlere Leuchtdichteverteilung herstellen. Man legt deshalb
die Korrektur so, daß man am oberen Ende des .gewünschten Stromstärkenbereichs eine
.ausreichende Gleichmäß@iigkeit der Lichtverteilung erhält. Bei kleinen Stromstärken
ist die Lichtverteilung dann @ungl.eichmäßsiger, so daß man noch zusätzliche Mittel
zum Ausgleich heranziehen muß.
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Um die Lichtverteilung für kleine Stromstärken zu verbessern, wurden
bisher .im wesentlichen ,drei verschiedene Wege beschritten. Man stellt die Bogenlampe
beispielsweise um so weiter vom Spiegel. auf, je kleiner die Stromstärke und damit
der Kraterdurchmesser ist. Dieses Verfahren ist insofern nachteilig, als es besonders
große Projektorbi.schplatbenfür die Aufnahme der Bogenlampe sowie verstellbare Anpaßteile
für die Verbindung zwischen Bogenlampe und Projektor erfordert. Außerdem:ist der
dadurch erzielbare Lichtstrom gering, weil die Beleuchbungsapertur mit wachsendem
Abstand kleiner wird.
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Ein zweiter bekannter Weg zur Verbesserung der Lichtverteilung besteht
darin, in dem Strahlengang zwischen Spiegel und Proj ektorfenster eine Zerstreuungslinse
einzubringen, welche das Kraterbild vergrößert. Die Bogenlampe kann ,dann zwar stehenbleiben;
man benötigt .aber eine Reihe verschieden starker Zerstreuungslinsen, um alle Anwendungsfälle
erfassen zu können. Außerdem entsteht ein Lichtverlust dadurch, daß der Kratergegenüber
dem kondensorlosen Betrieb etwas vom Spiegel wertbewegt werden muß, so daß sich
der aufgenommene Lichtstrom entsprechend verrinzert.
Bei einer dritten
bekannten Möglichkeit zur Verbesserung der Lichtrverteilürngwird dzr Krater dem.
Spiegel umeinige Millimeter genähert, wobei der Ab-
stand zwischen Spiegel
und Projektorfenster gleichfalls für alle - Stromstärken derselbe bleibt. Man erzeugt
auf diese Weise zusätzliche Aberrationen, welche die Lichtverteilung verbessern.
Die Lichtausbeute ist dabei besser :als bei den vorgenannten beiden Verfahren. .Nachteilig
ist aber, daß die Einstellung sehr empfindlich ist, da kleine Verschiebungen des
Kraters den Lichtstrom und die Lichtverteilung stark beeinflussen. Weiterhin wird
dabei die Farlbternperatur der Lichtquelle erniedrigt. Bei 50 Ampere wurde z. B.
eine Verringerung von etwa 6000 auf etwa 5500° K festgestellt.
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Diesen bekannten Methoden ist gemeinsam, daß die Lichtverteilung auf
.dann Projektorfenster rotationssymmetrisch verändert wird. Da das Projektorfenster
rechteckig ist, entstehen hierdurch zusätzliche Lichtverluste gegenüber einem Verfahren,
welches nur in Richtung der längeren Seite des Projektorfensters wirkt. Man hat
deshalb gelegentlich die Verwendung zylindrischer Kondensorlinsen an Stelle sphärischer
in Erwägung gezogen. Die Zylinderlinsen machen jedoch die Beleuchtungsapertur in
zueinander senkrechten Schnitten verschieden und erschweren damit die Anpassung
an -die rotationssymmetrische Apertur :des Projektionsobjektivs. Allen vorgenannten
Kondensor= anordnungen ist außerdem gemeinsam, daß die sphärischen oder zylindrischen
Kondensorlinsen den ganzen Querschnitt .des Beleuchtungsstrahlenbündels gleichzeitig
erfassen und beeinflussen.
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Zur Anpassung des Kohlelichtbogens an unterschiedliche fldfensterabmessungen
ist auch bereits vorgeschlagen worden, :die den Lichtbogen abbildenden Mittel, z.
B. den Spiegel oder Kondensorlinsen, zu unterteilen und Iden einzelnen Teilen eine
verschiedene Ausrichtung zu geben. Bekantlich ist es aber schon nicht leicht, einen
nicht geteilten Spiegel auf eire optimale Ausleuchtung des Bildfensters auszurichten.
Einen mehrfach unterteilten Spiegel in seinen Teilabschnitten -so zu verstellen,
daß eine bleichmäßige Ausleuchtung auch :dann erzielt wird, wenn :die Abmessungen
des Bildfensters variieren, .ist daher noch schwieriger und optisch nicht geschulten
Kräften kaum zuzumuten. Da außerdem der Formatwechsel des Bildfensters beim Übergang
unterschiedlicher Filmbildäbmessungen sehr schnell durchgeführt werden muß, verbleibt
keine Zeit, die umständliche Justierung-einzelner Teile des Spiegels unter BerüdksichtIgung
einer optimalen Ausleuchtung des R.ildfensters durchzuführen.
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Die Erfindung bezweckt, eine von diesen Mänbyeln freie optische Einrichtung
zu schaffen, bei der der Spiegel in einmal justierter Stellung verbleiben und die
optischen Mittel zur gleichmäßigen Ausleuchtung des Bildfensters in leicht zugänglicher
Stellung zwischen Spiegel und BilÜfenster mit einfachen technischen Mitteln justiert
werden können.
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Die optische Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
:daß zwischen dem an sich bekannten. ungeteilten, die Lichtquelle abbildenden, auf
eine-konstante Vergrößerung des Kraterbildes justierten, elliptischen oder annähernd
elliptischen Spiegel und dem Bildfenster ortsveränderliche Ablenkkeile angeordnet
sind, die sich nur über einen Teil des Strahlenquerschnitts erstrecken und das von
den seitlichen äußeren Spiegelzonen ausgehende Licht aus der Mitte des Bildfensters
nach dessen Randteilen ablenken. Da die.vöri den einzelnen Zonen die Spiegels gelieferten
Kraterbilder (Elementarbilder) alle verschieden groß sind und verschiedene Gestalt
besitzen, gelingt- es, durch geeignete Verlagerung oder Gestaltänderung eines Teiles
dieser Elementarbilder mittels der erfindungsgemäß verstellbar angeordneten Ablenkkenle
die Lichtverteilung im Projektorfenster weitgehend willkürlich zu verändern, so
daß eine bequeme Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen möglich -ist.
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Wie Versuche 'bestätigt halben, bewirken die optischen Mittel gemäß
der Erfindung nicht nur eine Verbesserung der Lichtausbeute, ,sondern darüber hinaus
noch eine Reihe weiterer Vorzüge. Da- der Krater zum Spiegel stets auf maximale
Bildhelligkeit eingestellt wird, wirken sich :kleine Verschiebungen des Kraters=
weit weniger aus"als bei dem bekannten Beleuchtungsausgleich durch . Annäherung
:des Kraters an den Spiegel. Ebenso wird ein Absinken (der Farbtemperatur vermieden,
das Projektionslicht behält also die reinweiße Farbe (des Beck-Kraters. Da nur ein
Teil des Strahlenganges durch optische Mittel abgedeckt wird, ist -der Lichtverlust
geringer als bei voller Abdeckung -durch bisher gebräuchliche Kondensorlinsen. Schließlich
ist jauch :die Gefährdung :der Ablenkkeile bei einer Fehleinstellung der Bogenlampe
sehr-glerimg: Bei der Verwendung .von Kondensor'linsen dagegen können Defahussierungen
des Kraters, welche das Kraterbild anstatt auf das Projektorfenster auf die Kondensorlinse
legen, selbst ibei Hartglaskondensoren zum Bruch durch ungleichmäßige Wärmebelastung
führen. Beiden nur außen in den Strahlengang eingreifenden Ablenkkeilen sind derartige
Schäden nicht zu befürchten.
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Bei -einer (besonders zweckmäßigen Ausführungsform verwendet man an
Stelle der Ablenkkeile Abschnitte von Zylinderlinsen, vorzugsweise von Zerstreuungslinsen.
Dadurch läßt sich der Betrag der Ablenkung für die verschiedenen Spiegelzonen verschieden
.groß :machen, was angesichts der verschiedenen Größe und Gestalt oder Elementarbilder
in manchen Fällen vorteilhaft sein kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform läßt sich die Anpassung :d s Lichtflecks
an die Fläche des Projektorfensters noch weiter verbessern durch eine Kombination
der veränderlichen Keile bzw. Linsenabschnitte mit einem festen optischen Teil,
vorzugsweise einer Zylinderlinse. Diese :erfaßt jedoch im Gegensatz zu bekannten
Anordnungen nicht den ganzen Querschnitt ides Beleuchtunbsstrahlenganges; sondern
wirkt nur in einem Teil desselben, vorzugsweise im mittleren Teil.
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Die mach der Erfindung vorgeschlagenen optischen Mittel, .die nur
einen Teil des Bcleuchtungsstrahlenganges erfassen, können auch mit solchen üblicher
Ausführung, z. B. Kondensorlinsen, kombiniert werden. Letztere können beispielsweise
dazu dienen, bei sehr hohen Stromstärken und - demzufolge großen Kraterdurchmessern
-:die Bcleuchtungsapertur bis an die Grenze der , Gbj cktivapertu.r, zu erhöhen,
während die erfindungsgemäßen zusätzlichen Teile nur die in diesem Falle -sonst
sehr ungünstige Lichverteilung verbessern,- ohne die Apertur wesentlich zu verändern.
Ebenso ist eine Kombination der vorgeschlagenen Mittel mit Filtern irgendwelcher
Art, z. B. Wärmeschutzftltern, möglich.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Es zeigt Fi(g. 1 eine _soh@atische -D@ärstellung der optischen
Einrichtung gemäß der Eifindung;
Fig. 2a die Lichtverteilung im
Projektorfenster bei einem elliptischen Spiegel ohne Abienkmittel, Fig.2b einen
elliptischen Spiegel mit äußeren Seitenzonen, Fig. 2c die Lichtverteilung nach Einführung
der Ablenkkeile in :den Strahlengang, Fig. 3a eine Kombination der Ablenkkeile mit
einer festen Zylinderlinse (Querschnitt und Draufsicht), Fig. 3.b die Lage und Form
der Elementarbilder zu der Anordnung nach Fig. 3a.
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In,der in F.ig. 1 dargestellten optischen Anordnung stellt 1 die positive
Kohle einer üblichen Bogenlampe dar, deren Krater 2 durch den elliptischen Spiegel
3 auf :das Projektorfenster 4 albgebildet wird. Zwischen Spiegel und Projektorfenster
liegen die Ablenkkeile5 und 6 aus lichtbrechendem Material. Diese lassen :sich verschieden
weit in den Straihlengang einführen und erfassen dabei nur die seitlichen äußeren
Teile des Beleuchtungsstrahlenbündels, während die inneren unverändert bleiben.
Die Lichtverteilung im Projektorfenster wird dabei um so gleichmäßiger, je weiter
die Keile eingeschoben sind.
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Die Wirkungsweise geht schematisch aus Fig. 2 hervor. Bei einem elliptischen
Kinospiegel liegen die Elementarbilder aller Zonen zentrisch übereinander (Fig.
2a). Der besseren Übersicht halber sind nur drei dieser Elementarbilder 7, 8 und
9 gezeichnet, welche von den fünf in Fig. 2b schraffierten Flächenelementen
7 a' und 7 b', 8 ä und 8 b' und 9' des Spiegels 3 ausgehen. Die Fläche
des Projektorfensters ist in Fig. 2a gestrichelt angedeutet. Da nur die Mitte des
Fensters von allen Elementarbildern überdeckt wird, wird diese am stärksten beleuchtet,
während die Beleuchtungsstärke zum Rand des Fensters .stark abfällt. Werden nun
die beiden Keile 5 und 6 so in den Strahlengang gebracht, daß sie das von den Seitenzonen
7ä und 7 b' des Spiegels kommende Licht etwas seitlich ablenken, werden die entsprechenden
Elementarbilder 7a und 7b
nach der Seite versetzt (Fig. 2c), so d;aß ,die
Lichtverteilung im Projektorfenster verbessert wird. Durch verschieden tiefes Einbringen,der
Keile in den Strahlenquerschnitt läßt sich der Anteil,des von der Mitte nach Iden
Seiten albgelenkten Lichts den Erfordernissen entsprechend (Art des Spiegels, Stromstärke)
variieren. Für :eine gegebene Bogenlampe kann idie notwendige Verschiebung in Abhängigkeit
von der Stromstärke z. B. auf einer Skala angegeben werden, nach der die jeweilige
Einstellung -der Ablenkmittel erfolgen kann.
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In der in Fig. 3a idargestellten optischen Einrichtung ist mit 10
eine nur im mittleren Teil des Strahlenquerschnitts wirkende feste Zylinderlinse
bezeichnet, welche von dünnen Stegen gehalten wird. Die Ablenkkeile 5 und 6 beeinflussen
ihrerseits nur die seitlichen Teile des Beleuchturgsstrahlenganges. Die Zentralzone
des Spiegels 3 entwirft ein kreisförmiges Elementarbild 11. Lage und Form der zur
optischen Einrichtung nach Fig. 3a gehörigen Elementarbilder gehen aus der Fig.
3b hervor. Das ursprünglich kreisförmige Elementarbild 11 ist durch die Zylinderlinse
10 zur Ellipse 11' deformiert, während die -anderen Elementarbilder
die gleiche Lage wie in Fig: 2c einnehmen. Die Anpassung des Lichtbüschels an das
Projektorfenster wird idaidurch wesentlich begünstigt. Der Strahlungsfluß des gesahnten
Be'l.euchtungsstrahlenganges wird dabei durch -die zentrale Zylinderlinse nicht
merklich verändert, da diese nur die Lichtverteilung im Innern des Beleuchtungsbündels
verschiebt. Die Rotationssymmetrie der äußeren. Bündelibegrenzung und damit die
Anpassung an das Projektionsobjektiv bleibt im wesentlichen erhalten. Hierin liegt
ein wesentlicher Vorteil gegenüber der eingangs geschilderten, bekannten Anordnung
von Zylinderlinsen, die das ganze Lichtbündel erfassen.