DE1472179C2 - Diaskop-Projektionsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diaskop-Projektionsgerät, bei dem eine Lichtquelle und ein Abbildungsobjektiv und gegebenenfalls ein nachgeordneter Ablenkspiegel, über einer ebenen Bühne angeordnet sind, die zur Auflage einer transparenten, zu projizierenden Vorlage dient und die von einer Fresnel-Linse mit konzentrischen Rillen gebildet wird, welche das Beleuchtungsstrahlenbündel der Lichtquelle nach Durchtritt durch die Vorlage zum Abbildungsobjektiv leitet, wobei die Lichtquelle und das Abbildungsobjektiv beiderseits der optischen Achse del· Fresnel-Linse angeordnet sind.

Ein bekanntes Projektionsgerät (DT-PS 1 153 915) weist eine Beleuchtungsoptik und eine Projektionsoptik über einer ebenen Bildbühne auf die eine als Kondensor wirkende Fresnel-Linse besitzt, auf die das zu projizierende durchsichtige Original aufgelegt wird. Bei dem bekannten Projektionsgerät fallen die optische Achse der Fresnel-Linse und die geometrische Mittelachse der Bühne zusammen. Bei einer Ausführungsform des bekannten Projektionsgerätes (Fig. 1) sind Beleuchtungsoptik und Abbildungsobjektiv zu beiden Seiten der optischen Achse der Fresnel-Linse angeordnet. Die Mittelachse der Bühne geht dabei nicht durch das Abbildungsobjektiv. Bei einer anderen Ausführungsform (F i g. 6) liegt das Objektiv zwar über der geometrischen Mitte der Bühne; jedoch dient nur ein Teil dieses Objektivs als Abbildungsobjektiv. Der andere Teil dient als Beleuchtungsoptik. Um beide Aufgaben zugleich erfüllen zu können, müssen die Abmessungen des Objektivs verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß das Gerät unhandlich wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Diaskop-Projektionsgerät zu schaffen, bei dem das projizierte Bild sehr gleichmäßig ausgeleuchtet ist und gute Kontraste und gute Farbwiedergabe aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bühne aus einem asymmetrischen Ausschnitt einer Fresnel-Linse besteht, deren optische Achse gegenüber der geometrischen Mittelachse der Bühne um einen Abstand versetzt ist und daß das Abbildungsobjekt über der geometrischen Mitte der Bühne liegt.

Durch die Versetzung der optischen Achse der Fresnel-Linse gegenüber der geometrischen Mittelachse der Bühne um einen Abstand wird erreicht, daß die Rillung der Fesnel-Linse einen Ausgleich der von ihr reflektierten Lichtstrahlen bewirkt, die von der in der Versetzungsrichtung der optischen Achse der Fresnel-Linse gegenüber der Bühnenmittelachse angeordneten Lichtquelle ausgehen, indem die Lichtstrahlen von den auf der Seite der Lichtquelle liegenden Rillen der Fresnel-Linse weniger stark reflektiert werden als von den Rillen, die auf der Seite des Abbildungsobjektivs liegen,

ίο das über der geometrischen Mitte der Bühne angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen ist

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Diaskop-Projektionsgerätes,

F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung der die Lichtquelle und den Projektionskopf umfassenden Einheit des Diaskop-Projektionsgerätes nach der F i g. 1 in geöffnetem Zustand, wobei Teile weggeschnitten sind, um bestimmte Einzelheiten zeigen zu können,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der optischen Bauteile des Diaskop-Projektionsgerätes nach der F i g. 1 sowie der räumlichen Anordnung des Strahlengangs,

F i g. 4 und 5 Querschnitte durch andere Ausgestaltungen der Fresnel-Linse,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Fresnel-Linse nach der F i g. 3 und ·■?'·*

F i g. 7 und 8 stark vergrößerte schematische Darstellungen des Strahlengangs in der Fresnel-Linse.

Das in der F i g. 1 dargestellte Diaskop 10 besteht aus einer Bühne 11 mit einer als Unterlage dienenden Fresnel-Linse 12 und aus einem Gehäuse 14 an einem rohrförmigen Fuß 15, durch den eine elektrische Zuleitung 16 hindurchgeführt ist. Das Gehäuse 14 trägt einen an den Enden offenen Honigwaben-Ventilationsabschnitt 17, einen Scharfeinstellungsknopf 18 und enthält eine Linsenanordnung 19 und eine Spiegelanordnung 20.

Die F i g. 2 zeigt das Gehäuse 14 und dessen innere Ausstattung in ausführlicher Darstellung. Das kastenförmige Gehäuse besteht aus einem offenen unteren Basisglied 21 und aus einem auf dieses passenden Dekkel 22. Ein Einsatz 24 im Basisglied 21 trägt eine Fassung 25 für eine Projektionslampe 26, die in der Mitte des Einsatzes angeordnet ist. Der Einsatz 24 ist an der Vorderseite offen und endet in zwei Armen 27 mit den Schrauben 28, an denen die Spiegelanordnung 20 schwenkbar angebracht ist, mit der das auf die Bildwand projizierte Bild höher oder tiefer eingestellt werden kann.

Ein Abbildungsobjektiv 29 ist in einen Rahmen 30 eingesetzt, der in einem Seitenarm 31 endet, welcher Seitenarm mittels einer Schraube 32 an der Wandung des Einsatzes 24 verschwenkbar angebracht ist. Ein in den Arm 31 eingesetzter Stift 34 gleitet in der spiralförmigen Nute 35 einer Steuerscheibe 36 an einer Welle 37, die durch die Wandung des Einsatzes 24 und durch das Basisglied 21 hindurchgeführt ist und am Ende einen Einstellknopf 18 trägt. Wird der Knopf 18 gedreht, so dreht sich auch die Steuerscheibe 36 mit der Folge, daß das Abbildungsobjektiv 29 eine senkrechte Bewegung ausführt, wobei das projizierte Bild scharf eingestellt werden kann.

Als Lichtquelle 40 dient die Wendel der Lampe 26, die zwischen einem Reflektor 41 und einer Kondensorlinse 42 angeordnet ist.

Die F i g. 3 zeigt die Anordnung der verschiedenen Bauteile und deren Zusammenwirken bei der Projektion eines Bildes. Das von der Lichtquelle 40 ausgestrahlte Licht wird von der Kondensorlinse 42 gesammelt und zur Fresnel-Linse 12 geleitet, die im Querschnitt dargestellt ist. Die reflektierende Fläche 43 wird von konzentrischen, einen kegelförmigen Querschnitt aufweisenden Ringen 44 gebildet, die aus Gründen der Klarheit stark vergrößert dargestellt sind, wobei jeder Ring ein Segment einer sphärischen Fläche darstellt, deren Krümmungsmittelpunkt im Punkt C liegt, von dem jedes Segment im wesentlichen den gleichen Abstand aufweist und auf diesen Punkt scharf eingestellt ist. Der von der Wendel ausgestrahlte Lichtkegel wird zu einem Punkt P' oder zu einer sehr nahe an diesem Punkt gelegenen Stelle reflektiert. Der reflektierte Lichtkegel, der von dem Abbildungsobjektiv 29 zu einem Punkt P geworfen wird, wird vom Spiegel 20 auf einen nicht dargestellten geeigneten Bildschirm geworfen. Der Lichtweg an jeder der drei Stellen ist mittels der unterbrochenen Linien a, .b und c dargestellt, wobei die Linien d, die durch den Mittelpunkt C laufen, in jedem Falle senkrecht zur reflektierenden Fläche am Einfallspunkt verlaufen. Zwecks Vereinfachung der Beschreibung wurde die Wirkung der Brechung an der Fläche 57 in der vorstehenden Erläuterung außer acht gelassen, muß jedoch bei der Ausgestaltung einer besonderen Fresnel-Linse 12 berücksichtigt werden.

Die in der F i g. 3 dargestellte Fresnel-Linse 12 besteht aus einem dünnen transparenten plattenartigen Material mit einer glatten ebenen Oberseite 57 und einer gerillten Unterseite 43, die reflektierend gemacht wurde, z. B. durch Aufdampfen oder durch chemisches Niederschlagen eines reflektierenden Metallbelages. Die ebene Oberseite dient als Bühne oder Unterlage für eine zu projezierende durchsichtige Vorlage. Daraus folgt, daß die Lichtstrahlen zweimal durch die Vorlage hindurchtreten, bevor sie den Bildschirm erreichen.

Die in der F i g. 3 dargestellte Fresnel-Linse 12 kann ohne Schwierigkeiten aus einem klaren transparenten harten, durch Wärmeeinwirkung erweichbaren organischen Kunststoff, z. B. aus Polymethylmethakrylat durch Pressen hergestellt werden. Die Oberseite 57 ist eben und glatt, so daß eine durchsichtige Vorlage sich an die Oberfläche anlegt. Die untere reflektierende gerillte Fläche 43 ist gegen Abrieb und Staub geschützt.

Die F i g. 4 zeigt eine anders ausgebildete Fresnel-Linse, bei der die reflektierende gerillte Fläche 43a oben liegt, wodurch die Reflexion an einer ersten Fläche erfolgt Die Rippen zwischen den konzentrischen Rillen liegen in einer gemeinsamen Ebene und bilden eine ebene Abstützungsfläche für die durchsichtige Vorlage, sind jedoch dem Abrieb, dem Verlust an Reflexion und der Verformung ausgesetzt. In den Rillen sammelt sich leicht Staub und Schmutz an, so daß auch hierdurch die Reflexion vermindert wird. Bei dieser Ausgestaltung erreicht jedoch der Abstand zwischen der Fläche der Fresnel-Linse und der durchsichtigen Vorlage einen Mindestwert. Diese Anordnung ist jedoch besonders bei Einrichtungen erwünscht, mit denen eine starke Vergrößerung des projizierten Bildes erreicht werden soll. Die reflektierende Fläche kann auf einem lichtundurchlässigen Material ruhen oder einen Teil dieses Materials bilden, das z. B. aus einer polierten gerillten Metallplatte bestehen kann.

Die F i g. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Fresnel-Linse, bei der ein Spiegel 45 mit einer ersten ebenen Fläche unter einer transparenten Fresnel-Linse 46 liegt. Die optisch wirksamen Flächen, die auf einen Punkt C, wie in der F i g. 3, ausgerichtet sind, können gegen eine Verunreinigung von außen her vollständig abgedichtet werden, wobei die die durchsichtige Vorlage tragende Oberseite eben und glatt ist, wie in der F i g. 3 dargestellt. Jedoch ist die Tiefe der Rillen und die Gesamtdicke bei dieser Ausgestaltung wesentlich größer und komplizierter als bei den Ausführungsformen nach den F i g. 3 und 4.

Bei Umkehrung der Fresnel-Linse 46 nach der F i g. 5 und durch Umkehrung der Neigung der Segmente werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt, so daß die Lichtstrahlen vom Punkt C aus nach der F i g. 3 an der Außenseite der Rillen in eine Bahn gebrochen werden, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Spiegels 45 verläuft, der in diesem Falle direkt auf der ebenen Unterseite der Fresnel-Linse vorgesehen werden kann. Auch in diesem Falle besteht der Zweck darin, eine Fokussierung auf den Punkt C von jedem der optisch aktiven Segmente der gerillten Fläche zu erhalten. Wie bei der Ausbildung nach der F i g. 4 ist dieser Aufbau dem Abrieb und der Verstaubung ausgesetzt.

Die durchsichtigen Vorlagen, die projiziert werden sollen, bestehen aus dünnen ebenen Folien oder Platten eines transparenten Materials, die ein Bild tragen. Bei solchen transparenten Vorlagen ist ein inniger Kontakt mit einer ebenen Bühne wesentlich. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß Bühnen mit einem sphärischen Querschnitt ungefähr die gleiche Funktion ausüben können, wenn eine durchsichtige Vorlage sich diesem Umriß anpassen kann. Als Beispiel hierfür sei ein Muster angeführt, das mit transparenten Lackfarben direkt auf die transparente Innenseite eines außen metallisierten reflektierenden dünnen sphärischen Reflektors aufgetragen wird, der so angeordnet und gestaltet ist, wie in der F i g. 3 durch die unterbrochene Linie /angedeutet.

Die F i g. 6 zeigt in schematischer Darstellung die kreisrunde Form der konzentrischen Segmente 44 der Fresnel-Linse und die Versetzung der Achse. Die F i g. 7 und 8 zeigen eine wichtige Wirkung der Versetzung der Mitte der Krümmung gegen die Mitte der tragenden Bühne.

In der F i g. 7 ist ein Segment links von der Mittellinie CD nach der F i g. 3 dargestellt. Ein von der Lichtquelle 40 abgehender Lichtstrahl 47 wandert durch eine dünne durchsichtige Vorlage 48, durch den schmalen Zwischenraum 49 und durch den transparenten Körper der Fresnel-Linse. Besteht zwischen der durchsichtigen Vorlage und der Unterlage ein direkter Kontakt, so entfällt der Zwischenraum 49. An dem reflektierenden Belag 51 wird der Lichtstrahl reflektiert und wandert im vorliegenden Falle knapp an der Kante der nächstfolgenden Rille 52 vorbei in Richtung zum Brennpunkt P'. Ein im wesentlichen den gleichen parallelen Weg verfolgender weiterer Lichtstrahl 54 wird zur Seite der Rille 52 reflektiert und geht verloren. Daher verfehlt ein wichtiger kleiner Anteil des durch die durchsichtige Vorlage links von der Achse der Fresnel-Linse nach den F i g. 3 und 6 einfallenden Lichtes und besonders in dem der Lichtquelle am nächsten gelegenen Bezirk, der daher am stärksten beleuchtet ist, den Bildschirm.

Die F i g. 8 zeigt ein rechts von der Mittellinie CD gelegenes Segment. Der von der Lichtquelle 40 abgehende Lichtstrahl, der gleichfalls knapp an der Kante der Rille 56 vorbeiwandert, wird reflektiert und durch die durchsichtige Vorlage hindurch zurück zum Bild-

schirm geleitet, wobei zu erkennen ist, daß alle Lichtstrahlen beiderseits des Lichtstrahles 55 in der gleichen Weise reflektiert und ausgerichtet werden.

Als Folge der soeben beschriebenen Effekte hat sich ergeben, daß die Intensität der am Bildschirm erhaltenen Helligkeit überraschend gleichmäßig ist.

Nachstehend werden die Abmessungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gegeben. Mit dem Diaskop-Projektionsgerät können die üblichen durchsichtigen Vorlagen mit den Abmessungen 21 χ 29 cm nach jeder Richtung gehandhabt und in einer Entfernung von ungefähr 1,80 m auf das Format 1,50 χ 1,50 m auf einen Bildschirm projiziert werden, welche Maße für ein Schulklassenzimmer typisch sind. Bei einer Betrachtung aus einer Entfernung von nicht weniger als 2,50 m erscheint das projizierte Bild klar und scharf. Farbbilder werden auf dem Bildschirm besonders gut wiedergegeben.

Die als Unterlage für die durchsichtige Vorlage dienende ebene und glatte obere Seite der Fresnel-Linse weist einen quadratischen Umriß mit abgerundeten Ekken mit den Maßen 25 χ 25 cm auf. Die Achse der konzentrischen zackenförmigen Ringe der Fresnel-Linse liegt ungefähr 7,3 cm von der Mitte der rückwärtigen Kante entfernt. Die Lichtquelle 40 in der F i g. 3 befindet sich ungefähr 34 cm oberhalb der Fresnel-Linse und oberhalb eines Punktes, der ungefähr 3,3 cm von der Mitte der rückwärtigen Kante entfernt ist, wobei der Punkt 40' als scheinbarer Ort der Wendel sich oberhalb eines von der rückwärtigen Kante ungefähr 2,8 cm entfernten Punktes und ungefähr 36 cm oberhalb der Fresnel-Linse befindet.

Das Abbildungsobjektiv 29 weist einen Durchmesser von 8,6 cm auf und eine Brennweite von 27,5 cm. Der niedrigste Punkt der konvexen Fläche befindet sich ungefähr 32 cm oberhalb der Mitte der Bühne, wenn das Gerät unter den beschriebenen Umständen scharf eingestellt ist. Unter denselben Bedingungen befindet sich der scheinbare Brennpunkt, d.h. der Punkt P' in der F i g. 1, ungefähr 42,5 cm oberhalb der Mitte der Bühne 11, und der wirkliche Brennpunkt, d. h. der Punkt P befindet sich ungefähr 39,5 cm oberhalb der Mitte der Bühne 11.

Die Fresnel-Linse 12 besteht aus einem dünnen blattartigen Körper aus Polymethylmethakrylat, der an der Unterseite mit Rillen versehen ist und an dieser Seite einen aufgedampften reflektierenden Aluminiumbelag trägt. Die Rillen weisen in radialer Richtung einen Abstand von 0,25 mm voneinander auf, d. h. je 1 cm des Radius der Reflektorfläche sind ungefähr 40 einzelne nutzbare Reflektorflächen vorhanden, von denen alle einen kegeligen Querschnitt aufweisen und auf einen gemeinsamen Mittelpunkt ausgerichtet sind und im vorliegenden Falle zur gemeinsamen Achse derart geneigt sind, daß eine von einem Punkt C aus ungefähr 40 cm lange, längs der Achse zu einem auf dieser Fläche gelegenen Punkt gezogene Linie auf dieser Fläche an diesem Punkt auf Grund des Effektes der Brechung an der Fläche 57 senkrecht steht. Die Kunststoffplatte weist eine Dicke von ungefähr 0,25 mm auf.

Es können für denselben oder für einen anderen Zweck auch andere Abmessungen verwendet werden.

Für die Projektion von sehr viel kleineren durchsichtigen Vorlagen, z. B. von photographischen Farbdiapositiven, können sich sehr viel kleinere Bühnen als voll ausreichend erweisen, denen die entsprechenden Abmessungen angepaßt werden können. Sollen andererseits sehr große durchsichtige Vorlagen projiziert werden, oder soll eine Projektion auf größere Entfernungen vom Bildschirm in größeren Formaten durchgeführt werden, können noch andere Abänderungen erforderlich werden. Mit den oben angegebenen besonderen Abmessungen wurden jedoch Diaskop-Projektoren gewonnen, die klein sind und einen gedrängten Aufbau aufweisen, und mit denen durchsichtige Vorla-■ gen im Büroformat außergewöhnlich klar und wiedergabegetreu projiziert werden können, wie bereits beschrieben, wobei Projektoren mit den angeführten Abmessungen gegenwärtig stark bevorzugt werden. Werden beispielsweise die Lichtquelle und die die Linse und die den Spiegel umfassende Projektionsanordnung nahe beieinander und beiderseits der optischen Achse CD in ungefähr der Höhe der Mitte C angeordnet, können beide Bauelemente in einem einzigen, verhältnismäßig kleinen Gehäuse untergebracht werden, wie bei der Ausführung nach der F i g. 1. Wird die Lichtquelle näher am Reflektor angeordnet, so muß die Projektionsanordnung weiter entfernt angeordnet werden, so daß unter extremen Bedingungen ein Teil des reflektierten Lichtkegels oder Lichtstrahls von der Lichtquelle abgedeckt wird. Bei einer Vergrößerung der Entfernung der Lichtquelle von der Fresnel-Linse muß die Projektionslinse näher an der Fresnel-Linse angeordnet werden, und in extremen Fällen zum Teil innerhalb des von der Lichtquelle ausgestahlten Lichtkegels.

Die einzelne Linse des Abbildungsobjektivs 29 ist für die Projektion auf den Bildschirm bei den Leistungen, die von einer solchen Projektionsausrüstung im allgemeinen verlangt werden, vollkommen ausreichend, doch können auch kompliziertere Linsensysteme verwendet werden.

Die Fresnel-Linse 12 wird geeigneterweise ebenso wie Schallplatten durch Pressen aus Kunststoff hergestellt und metallisiert und an der Bühne 11 mit einer glatten fortlaufenden Tragfläche versehen. Die Fresnel-Linse kann andererseits auch an der Gebraüchsstelle auf eine glatte ebene Unterlage aufgelegt werden. Bei einer besonders geeigneten Ausführung wird an der Basis ein ebener Spiegel dauerhaft angebracht, und die einzelnen durchsichtigen Vorlagen werden mit einem Rillenmuster versehen, wodurch die in der F i g. 5 dargestellte Anordnung gebildet wird. Andererseits kann der gesamte Reflektor auch an der Unterseite der durchsichtigen Vorlage vorgesehen werden, z. B. indem zuerst das Rillenmuster an einer Seite des Kunststofffilms eingepreßt wird, wonach die gerillte Fläche reflektierend gemacht wird. Da das Heißpressen mit Hilfe metallischer Preßformen ohne Schwierigkeiten sehr schnell durchgeführt werden kann, so sind durchsichtige Vorlagen oder Diapositive mit eingearbeiteten Reflektoren wirtschaftlich herzustellen, und bei deren Verwendung werden die Kosten und der Aufbau des Projektors herabgesetzt bzw. vereinfacht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Diaskop-Projektionsgerät, bei dem eine Lichtquelle und ein Abbildungsobjektiv und gegebenenfalls ein nachgeordneter Ablenkspiegel über einer ebenen Bühne angeordnet sind, die zur Auflage einer transparenten, zu projizierenden Vorlage dient, und die von einer Fresnel-Linse mit konzentrischen Rillen gebildet wird, welche das Beleuchtungsstrahlenbündel der Lichtquelle nach Durchtritt durch die Vorlage zum Abbildungsobjektiv leitet, wobei die Lichtquelle und das Abbildungsobjektiv beiderseits der optischen Achse der Fresnel-Linse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bühne (11) aus einem asymmetrischen Ausschnitt einer Fresnel-Linse (12) besteht, deren optische Achse (CD) gegenüber der geometrischen Mittelachse der Bühne um einen Abstand versetzt ist und daß das Abbildungsobjektiv (29) über der geometrischen Mitte der Bühne liegt.