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Beleuchtungsoptik, insbesondere für Filmprojektoren Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik mit einer Gasentladungslampe, insbesondere
für Filmprojektoren.
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Bei den heute in Projektoren üblicherweise verwendeten Beleuchtungsoptiken
treten beim Ersatz der bisher verwendeten Lichtquelle (Bogenlampe, Glühlampe) durch
eine Gasentladungslampe, insbesondere durch die seit längerem eingeführte lichtstarke
Xenonlampe, gewisse Nachteile auf. Die bisher allgemein für Bogenlampen übliche
Beleuchtungsoptik mit Hohlspiegeln besitzt ein verhältnismäßig unförmiges Lampengehäuse
und nutzt die verhältnismäßig kleine Baugröße der Xenonlampe nur schlecht im Sinne
einer Raumersparnis aus. Die räumliche Ausdehnung des Reflektors bedingt außerdem
eine Projektionsoptik mit verhältnismäßig großem Öffnungsverhältnis, wenn die gesamte
Lichtleistung der Lampe ausgenutzt werden soll. Dies gilt auch für die mit Kondensator
arbeitenden Beleuchtungssysteme für Bogenlampen.
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Bei dem für Glühlampen verwendeten Beleuchtungssystem ergibt sich
mit Rücksicht auf die Größe des Schutzkolbens der Gasentladungslampe ebenfalls ein
verhältnismäßig großer Kondensor, was mit Rücksicht auf die Größe des auszuleuchtenden
Filmfensters einen schlechten Lichtwirkungsgrad bedingt.
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Die vorliegende Erfindung soll hierAbhilfe schaffen. Diese wird erreicht
durch eine zwischen dem zu beleuchtenden Bildfeld und dem in unmittelbarer Nähe
des Lampenkolbens befindlichen Kondensor angebrachte Zwischenlinse, welche ein verkleinertes
Bild des Kondensors angenähert am Ort des Bildfeldes entwirft.
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Die vorliegende Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung erläutert, wobei Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines
erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems und die Fig. 2 eine Variante desselben darstellt.
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Fig. 1 zeigt schematisch in Seitenansicht den optischen Aufbau der
erfindungsgemäßen Projektionslichtquelle, darstellungsgemäß in einem Filmprojektor.
Die lichtausstrahlende Gassäule 10 einer Gasentladungslampe 12, vorzugsweise einer
Xenonlampe, befindet sich im Brennpunkt des sphärischen Hohlspiegels 14, durch welchen
ein Bild der Gassäule in dieser selbst erzeugt wird. Durch diese an sich bekannte
Anordnung wird auch das von der Entladungssäule nach rückwärts ausstrahlende Licht
ausgenutzt. Nächst der Gasentladungslampe 12 befindet sich der aus darstellungsgemäß
zwei Linsen 16 und 18 bestehende Kondensor, in seiner Größe so bemessen, daß er
die nach vorn austretende Lichtstrahlung möglichst vollständig erfaßt. Im Gegensatz
zu den an sich bekannten Beleuchtungsoptiken befindet sich das zu beleuchtende Bildfeld,
darstellungsgemäß das Filmfenster 20 mit dem Film 21 und dem dahinterliegenden
Projektionsobjekt 23, nicht in unmittelbarer Nähe des Kondensors. Es wird vielmehr
gemäß der Erfindung durch eine Zwischenlinse 22 ein verkleinertes Bild des Kondensors
- genau gesagt im allgemeinen ein Bild der Hauptebene des Kondensors - in das Filmfenster
20 geworfen. Durch die verkleinernde Abbildung wird erreicht, daß der gesamte durch
den Kondensor erfaßte Lichtstrom auf das Bildfenster auftritt und für die Zwecke
der Projektion ausgenutzt werden kann. Eine Verkleinerung der Abbildung ist deshalb
notwendig, weil die wirksame Fläche des Kondensors wesentlich größer ist als die
auszuleuchtende Fläche des Filmfensters. Dies ist darin begründet, daß mit Rücksicht
auf elektrische und thermische Forderungen der Glaskolben 24 der Gasentladungslampe
eine bestimmte Größe nicht unterschreiten darf und daß demgemäß der Kondensor, falls
er tatsächlich den vollen Raumwinkel der aus der Lampe auftretenden Strahlung aufnehmen
soll, eine entsprechende Größe haben muß.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen gegenüber dem
bei Kohlenbogenlampen üblichen Beleuchtungssystem mit Hohlspiegel in einer erheblichen
Verringerung des Raumbedarfes. Die bei Spiegelbogenlampen im allgemeinen verwendeten
Hohlspiegel weisen einen Durchmesser von mindestens 35 cm auf. Die Größe dieses
Spiegels bestimmt
die Größe des Lampengehäuses. Dagegen beträgt
der Durchmesser der gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen Kondensorlinse
nur etwa 7,5 cm. Es ist also der Raumbedarf des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems
erheblich geringer und wird praktisch bedingt durch den für die Xenonlampe benötigten
Raum.
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Gegenüber den mit Glühlampen arbeitenden Systemen wird eine höhere
Lichtausnutzung dadurch erreicht, daß praktisch die gesamte aus dem Kondensor ausstrahlende
Lichtmenge zur Beleuchtung des Filmfensters ausgenutzt wird. Dies wird erreicht
durch die verkleinernde Zwischenabbildung, die bei den üblichen Größen von Xenonlampen
und Bildfenster etwa im Verhältnis 3:1 verkleinert. Bei den bekannten Anordnungen,
bei denen sich das Filmfenster unmittelbar nächst dem Kondensator befindet, ist
mit einem erheblichen Lichtverlust zu rechnen, da durch den Lampenkolben die Größe
des Kondensors gegeben ist und ein Vielfaches der Größe des Filmfensters beträgt.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem vereinigt also einen Höchstwert der Lichtausnutzung
mit einem Minimum an Raumbedarf.
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Die Fig. 2 zeigt eine weitere Anordnung, die sich von der Fig. 1 lediglich
durch die Verwendung einer Feldlinse am Filmfenster unterscheidet. Dementsprechend
sind die unverändert beizubehaltenden Elemente mit gleichen Hinweiszahlen bezeichnet.
Eine Feldlinse 30 befindet sich vor dem Filmfenster, vorzugsweise in geringfügigem
Abstand, um die Abbildung von auf der Linsenoberfläche befindlichen Staubpartikel
zu verhindern. Diese Feldlinse bildet die Ebene der Zwischenlinse 22 in die Eintrittspupille
des Projektionsobjektivs 32 ab. Dadurch wird der vom Projektionsobjektiv aufgenommene
Lichtstrom weiter erhöht und eine weitere Verbesserung des Lichtwirkungsgrades erreicht.
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Die erfindungsgemäß erreichbare Verbesserung ergibt sich durch einen
Vergleich der bei einem normalen Hohlspiegel-Projektionssystem benötigten relativen
Öffnung für das Projektionsobjektiv, wenn dieses den gesamten durch das Filmfenster
hindurchtretenden Lichtstrom aufnehmen soll. Bei einem der üblichen Hohlspiegelsysteme
beträgt die erforderliche relative Öffnung etwa 1:1,8, bei der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Anordnung im Höchstfall lediglich 1:3. Es ist klar, daß dadurch
nicht nur eine wesentliche Verbilligung der Anordnung erreicht wird, sondern auch
eine erhebliche Verbesserung der Schärfe der Projektion, da sich Objektive mit kleinem
Öffnungsverhältnis wesentlich einfacher korrigieren lassen und bessere Schärfe und
Durchmesser des projizierten Bildes erreichen.
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In dem vorliegenden Beispiel wurde eine Xenonlampe verwendet. Selbstverständlich
ist die Erfindung aber nicht auf diese Lampenarten eingeschränkt. Vielmehr kann
man jede beliebige Gasentladungslampe verwenden, wobei trotz des notwendigen großen
Kolbens ein geringer Raumbedarf und großer Lichtwirkungsgrad erreicht werden kann.
Desgleichen kann die Anordnung nicht nur für Filmprojektoren, sondern für Projektionssysteme
der verschiedensten Arten verwendet werden, so beispielsweise auch für Fernsehprojektoren,
welche mit einer Lichtsteuerschicht arbeiten. In diesem Fall dient die Lichtquelle
dann nicht zur Beleuchtung des Filmfensters, sondern des Bildfeldes auf der Steuerschicht,
wobei im eigentlichen Projektionssystem das Bildfeld durch das Projektionsobjektiv
auf den Bildschirm projiziert wird.