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Beleuchtungseinrichtung für Laufbild-bzw. Stehbildwerfer In der Ausbildung
von Beleuchtungseinrichtungen für Schmalfilmbildwerfer wurde dadurch ein erheblicher
Fortschritt erzielt, daß man an Stelle der bisher üblichen Anordnungen mit sphärischen
oder asphärischen Linsenkondensatoren einen Hohlspiegel einführte, welcher den Leuchtkörper
der Glühlampe etwa im Projektorfenster abbildet. Dieser Hohlspiegel besitzt etwa
die Form eines Rotationsellipsoids, dessen einer Brennpunkt im Leuchtkörper liegt,
während der andere etwa in das Projektorfenster gelegt wird. Um die Spiegelabmessungen
gering zu halten und gleichzeitig die Lichtverluste durch die Kolbenwand der Glühlampe
zu verringern, wurde der Abbildungsspiegel entweder auf die Kolbenwand aufgebracht
oder ins Innere des Kolbens verlegt. Ein zusätzlicher Lichtgewinn wurde bei einigen
Lampentypen dadurch erzielt, daß der Vorderteil des Lampenkolbens kugelförmig mit
dem Kugelmittelpunkt im Leuchtkörper ausgebildet und mit Ausnahme einer zentralen
Lichtdurchtrittsöffnung gleichfalls spiegelnd belegt wurde. Dieser Vorderspiegel
reflektiert das nach vorn abgestrahlte Licht des Leuchtkörpers und wirkt dadurch
für den rückwärtigen Hauptspiegel leuchtdichteerhöhend.
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Dieser vornehmlich bei 8-mm-Projektoren erzielte lichttechnische Fortschritt
ermöglichte zwar eine durchaus erwünschte Steigerung des Nutzlichtstroms handelsüblicher
Geräte um etwa den Faktor 2, erhöhte jedoch gleichzeitig die Wärmebelastung des
Films auf ein im Interesse der Filmschonung nicht mehr vertretbares Maß. Es gelingt
zwar mit üblichen ;Mitteln, z. B. Absorptions- bzw. Reflexionsfiltern oder Luftkühlung,
die Wärmebelastung herabzusetzen. Absorptionsfilter bewirken jedoch einen erheblichen
Lichtverlust, während die Schutzwirkung von Reflexionsfiltern bei Glühlampenlicht
nicht völlig befriedigt. Eine wirksame Luftkühlung, die bei Schmalfilmprojektoren
vorzugsweise auf die dem Objektiv zuaekehrte Schichtseite des Films wirken müßte,
bedingt wiederum einen erheblichen technischen Mehraufwand, ganz abgesehen von der
für Tonvorführungen unerwünschten Verstärkung des Laufgeräusches. Es wurde deshalb
bereits vorgeschlagen, den elliptischen Hauptspiegel der Glühlampe als sogenannten
Kaltlichtspiegel wärmedurchlässig auszubilden, während gleichzeitig der Vorderspiegel
zweckmäßig voll reflektierend belegt wird, um die Wärmestrahlung weitestmöglich
von der Filmbahn fernzuhalten. Der rückseitige Kaltlichtspiegel sollte dabei entweder
unmittelbar auf die Glaswand aufgebracht oder mit Rücksicht auf die hohen Herstellkosten
des Belages und die begrenzte Lebensdauer der Lampe besser noch als getrennter Spiegel
dicht hinter dem Kolben angeordnet werden.
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Um die verhältnismäßig hohen Kosten für die Herstellung des wärmedurchlässigen
Abbildungsspiegels zu vermeiden bzw. um serienmäßige Spiegellampen mit voll reflektierendem
Belag verwenden zu können, ist weiterhin vorgeschlagen worden, den Strahlengang
zwischen Lampe und Projektorfenster durch einen Planspiegel umzulenken. Ein solcher
Planspiegel läßt sich einfach und preiswert als Kaltlichtspiegel herstellen.
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Die eingehende Untersuchung der bei einer solchen Umlenkung bestehenden
optischen Zusammenhänge hat jedoch ergeben, daß sich diese Anordnung nicht mit ausreichend
hohen Aperturen für die Ausleuchtung lichtstarker Projektionsobjektive herstellen
läßt. Dies soll an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert werden.
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Der Leuchtkörper 1 der Glühlampe wird durch den elliptischen Spiegel
2 auf der Kolbenwand im Projektorfenster 3 abgebildet. 4 ist der vordere Kugelspiegel
mit der Lichtdurchtrittsöffnung 5. Zwischen dem Film und der Lichtquelle befinden
sich die nicht dargestellte Filmbahn und die Umlaufblende. Diese Teile nehmen den
durch die Schraffierung 7 gekennzeichneten Raum ein, an welchen der Kolben 8 der
Projektionslampe möglichst nahe herangerückt ist. Um ein lichtstarkes Objektiv etwa
mit der relativen Öffnung 1: 1,3 auszuleuchten, sind Strahlenbüschel erforderlich,
welche für die Mitte des Filmbildes die stark ausgezogenen Begrenzungen 9, für die
Randpunkte des Bildes die Begrenzungen 10 erfordern. Die Anforderungen an die Apertur
der Randbüschel lassen sich durch die gestrichelt eingezeichnete Bildfensterlinse
il auf die gestrichelten
Grenzen 12 vermindern, während.das Mittenbüschel
jedoch nicht beeinflußt wird.
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Fig. 2 zeigt die gleichen Aperturverhältnisse bei 90= Umlenkung über
einen Kaltlichtspiegel6a bzw. 6b. In dieser Abbildung sind nur die Begrenzungsstrahlen
10 für das Randbüschel ohne Bildfensterlinse bzw. mit Bildfensterlinse 11 dargestellt.
Ohne Bildfensterlinse wäre der mit 6 b bezeichnete, sehr große Umlenkspiegel erforderlich,
während mit Bildfensterlinse der wesentlich kleinere Spiegel 6 a ausreichen würde.
Das erstgenannte Büschel kann jedoch von einer Lampe 8 mit den üblichen, in der
Fig. 2 dargestellten Abmessungen überhaupt nicht geliefert werden, während das zweite
Büschel mit Bildfensterlinse mit dieser Lampe zwar noch angenähert zu erreichen
wäre, jedoch nur unter Verzicht auf den Vorderspiegel 4 der Fig. 1.
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Vorliegende Erfindung geht von einer Beleuchtungseinrichtung für Lauf-
bzw. Stehbildwerfer mit einem eine reelle Abbildung in Nachbarschaft des Bildfensters
bewirkenden Spiegelkondensors, vorzugsweise einer Spiegelkondensorlampe mit großer
Beleuchtungsapertur aus. Zur Schaffung eines für die Unterbringung eines Kaltlichtspiegels
hinreichend großen Lichtweges sowie zur Erzielung möglichst wenig divergierender
Inzidenzwinkel des den Spiegel treffenden Lichtes werden erfindungsgemäß eine oder
mehrere den vollen Lichtstrom der Beleuchtungseinrichtung erfassende Kondensorlinsen
vorgesehen, in deren unmittelbaren Nachbarschaft der als Kaltlichtspiegel ausgebildete
Umlenkspiegel angeordnet wird.
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Die Kombination von Spiegeln und Kondensatoren in Beleuchtungseinrichtungen
für Stehbild- bzw. Laufbildwerfer ist an sich bekannt. Diesen bekannten Einrichtungen
ist jedoch gemeinsam, daß der Spiegel stets als Hilfsspiegel der Glühlampe angebracht
ist, also nur leuchtdichteerhöhend wirkt, in ähnlicher Weise wie der Vorderspiegel
4 in Fig. 1.
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Von diesen bekannten Konstruktionen unterscheidet sich die erfindungsgemäße
Anordnung dadurch, daß mindestens eine Spiegelfläche vorhanden ist, die in gleicher
Weise wie die Kondensorlinse den vollen Lichtstrom weiterleitet. In älteren Projektionskohlebogenlampen
wird zwar ein Parabolspiegel in Verbindung mit einer Kondensorlinse benutzt. Im
Gegensatz zu einer solchen Einrichtung entwirft-der vorgeschlagene Spiegelkondensor
ein reelles Bild der Lichtquelle.
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Auch ist es bekannt, als Beleuchtungseinrichtung für Projektionszwecke
einen elliptischen Spiegel zu verwenden, in dessen einem Brennpunkt die Lichtquelle
liegt und in dessen zweiten Brennpunkt eine Mattscheibe angeordnet wird, um die
Ausleuchtung gleichmäßig zu verteilen. Mit einer solchen Einrichtung sind die der
Erfindung zugrunde liegenden, oben aufgezählten Aufgaben nicht zu lösen.
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In den Fig. 3 bis 6 werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläutert. Das vom Hauptspiegel 2 (Fig. 3) der Projektionslampe kommende konvergente
Lichtbündel 9, von dem nur die Begrenzungsstrahlen für das Mittenbüschel des Projektorfensters
dargestellt sind, wird durch die Zerstreuungslinse 13 in einen etwa telezentrischen
Strahlengang umgewandelt, der nach Reflexion am wärmedurchlässigen Planspiegel 6
durch eine Sammellinse 14 auf dem Projektorfenster 3 konzentriert wird. Beide Linsen
13 und 14 können sphärisch oder asphärisch sein. Diese Anordnung läßt sich grundsätzlich
mit Lampen sowohl mit Innen- wie mit Außenspiegeln verwirklichen. Die Dimensionierung
der Zerstreuungslinse 13 kann Schwierigkeiten bereiten, falls der zweite Brennpunkt
des Spiegels 2 sehr nahe am Lampenkolben 8 liegt, so daß sehr große Brechkräfte
erforderlich wären, um ein telezentrisches Lichtbündel zu erzielen. In diesem Falle
ist es günstig, die erfindungsgemäße Anordnung so abzuwandeln, daß eine Zwischenabbildung
der Wendel erzeugt wird, welche durch den Linsenkondensor auf dem Projektorfenster
abgebildet wird.
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Ein Beispiel für die erfindungsgemäße Anordnung mit Zwischenabbildung
ist in Fig. 4 wiedergegeben. Der Lampenspiegel 2 entwirft ein Bild 15 der Wendel
1 entweder auf oder in der Nähe der wärmedurchlässigen Planspiegels 6. Der sphärische
oder asphärische Doppelkondensor 16, 17, der je nach den vorliegenden Bedingungen
auch anders aufgebaut sein kann, z. B. aus einer einzigen Asphäre bestehen kann,
bildet das Zwischenbild 15 seinerseits auf dem Projektorfenster 3 ab.
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Bei dieser letztgenannten Anordnung ist noch ungünstig, daß der wärmedurchlässige
Spiegel 6 im stark konvergenten Strahlengang zwischen dem Spiegel 2 und der ersten
Kondensorlinse 16 liegt. Die Wirksamkeit von Interferenzschichten, wie sie zur Herstellung
wärmedurchlässiger Spiegel verwendet werden, läßt sich jeweils nur für einen einzigen
Einfallswinkel optimal dimensionieren. Infolgedessen wird ein Spiegel nach Fig.
4, der durch ein stark konvergentes bzw. divergentes Strahlenbüschel beaufschlagt
wird, niemals die bestmögliche Wirksamkeit ergeben. Um auch diesen Mangel zu beseitigen,
sind in den Fig. 5 und 6 zwei weitere Abwandlungen der erfindungsgemäßen Einrichtung
angegeben, bei welchen der wärmedurchlässige Planspiegel 6 im etwa telezentrischen
Strahlengang zwischen den Kondensorlinsen angeordnet ist. Je nach den vorliegenden
räumlichen Verhältnissen kann es dabei günstig sein, den Strahlengang noch über
einen weiteren, jedoch voll reflektierenden Planspiegel 1.8 umzulenken. Zur Verbesserung
der Ausleuchtung ist es weiterhin günstig, am Ort des ersten Wendelbildes 15 eine
Feldlinse 19 anzuordnen, welche den für die Ausleuchtung des Projektionsobjektivs
erforderlichen Bereich des Lampenspiegels 2 etwa in die Mitte zwischen den Kondensorlinsen
16 und 17 abbildet. In allen vorgenannten Anordnungen kann zusätzlich eine Bildfensterlinse
11 vorgesehen werden. welche den Linsenkondensor im Objektiv abbildet. Die beiden
Linsen 11 und 19 sind in der Fig. 5 gestrichelt angedeutet. Zur Unterstützung
der Wärmeschutzwirkung des wärmedurchlässigen Spiegels 6 wird weiterhin als zweckmäßig
vorgeschlagen, eine Linsenfläche, vorzugsweise die Linse 17, mit einem wärmereflektierenden
Belag zu versehen. Dieser Belag wirkt vor allem im langwelligen Ultrarot. Er schützt
damit den Film auch noch gegen solche Wärmestrahlung, die vom Interferenzbelag des
Kaltlichtspiegels in einem bei etwa 800 m#t liegenden Nebenmaximum-Bereich reflektiert
wird.
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Die erfindungsgemäße Kombination von Spiegel-und Linsenkondensor besitzt
den weiteren Vorteil, daß sie einen zusätzlichen Freiheitsgrad in die Dimensionierung
der Beleuchtungseinrichtung einführt. Die Vergrößerung des Spiegelkondensors der
Projektionslampe ist stets auf die Ausleuchtung eines bestimmten Projektorfensters
ausgelegt. Durch die Wahl der Vergrößerung des Linsenkondensors kann man entweder
bei Abbildung 1:1 das durch die Spiegellampe gegebene Projektorfenster oder durch
Wahl höherer
oder geringerer Vergrößerungswerte entsprechend größere
oder kleinere Projektorfenster ausleuchten. Diese Änderung des Abbildungsmaßstabes
bewirkt naturgemäß eine entsprechende Änderung der Beleuchtungsapertur. Betrachtet
man als Beispiel die für das 8-mm-Projektorfenster bestimmte Spiegellampe der Fig.
1, so erkennt man, daß vor allem mit der Bildfensterlinse 11 das für die Ausleuchtung
selbst der lichtstärksten Projektionsobjektive erforderliche Lichtbüschel (Begrenzung
12 der Fig. 1) nur einen Bruchteil der Spiegelfläche ausnutzt. Unter Einführung
des erfindungsgemäßen Kondensors mit etwa zweifacher Vergrößerung läßt sich mit
der gleichen Spiegellampe auch ein 16-mm-Projektorfenster ausleuchten. Hierbei wird
die volle Spiegelfläche 2 ausgenutzt, da die Beleuchtungsapertur als Folge der vergrößerten
Abbildung herabgesetzt wird. In einzelnen Fällen, in denen es auf höchsten Nutzlichtstrom
ankommt, während der Schutz gegen die Wärmestrahlung auf andere Weise, z. B. durch
Luftkühlung, vorgenommen wird. kann es zweckmäßig sein, auf die Umlenkung durch
einen Spiegel ganz zu verzichten. Mit dieser im Rahmen vorliegender Erfindung liegenden
Kombination von Spiegel- und Linsenkondensor ist eine einfache Anpassung der Lichtquelle
an das auszuleuchtende Projektorfenster durchführbar.