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Schattenfreies Projektionssystem Die Erfindung betrifft ein schattenfreies
Projektionssystem mit einem konkaven Spiegel mit zentralem Loch und einem Brennpunkt,
in dem eine durch das Loch hindurchgreifende Lichthtille angeordnet ist und ein
Strahlenbündel mit einem vom Loch herrtihrenden Schatten erzeugt.
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Bei zahlreichen Versuchen zur Entwicklung eines einfachen batteriebetriebenen
Projektors wurde eine gleichmäßige Belichtung des Diapositivs durch die zusätzliché
Anordnung eines Streuelements zwischen dem Reflektor und dem Diapo sitiv erreicht.
Solche Streuelemente bestehen aus Mattglas, Milchglas, durchscheinendem Kunststoff
und anderen durchscheinenden Materialien, geriffeltem Glas, Perl- oder Silberglas
und linsenförmigen Platten. Jedes dieser Materialien verbraucht Licht bis zu einem
größeren oder kleinerem Ausmaß und macht es unmöglich, aus einer leistungsschwachen
Quelle genUgend Licht zu erhalten.
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Demgemäß mußten die Bilder auf einem kleinen Schirm gezeigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein schattenfreies Projektionssystem
zu schaffen. Weiterhin soll ein Projektionssystem geschaffen werden, das einen konkaven
Spiegel mit einer Öffnung ftir eine schwache Lichtquelle aufweist und zum Sammeln
des Lichtes und Aussenden durch Dias oder Filme dient, welche dann durch eine Projektionslinse
auf einem Schirm abgebildet werden. Weiterhin soll durch die Erfindung ein batteriebetriebener
ProjektEr als Unterrichtshilfe fUr unterentwickelte Länder und solche Gebiete geschaffen
werden, in denen kein elektrischer Strom zur Verfugung steht. Dieses System soll
dabei leicht transportierbar und unabhängig von einem Anschlug an ein elektrisches
Netz sein. Wei terhin ist es rufgabe der Erfindung, eine gleichmäßige Beleuchtung
in einem Projektionsssystem zu ermöglichen, bei den eine kleine Lichtquelle im Brennpunkt
eines parabolischen Reflektors oder konkaver Reflektoren anderer konischer Querschnittsprofile
vorgesehen ist. Eine Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine ausreichende
Ausleuchtung, um die itblichen 35 mm Farbdias auf einen 1,8 1 großen Perlglas-Schirm
zu proåizieren.
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Die vorliegende Erfindung schafft schattenfreie Projektionssysteme,
bei denen ein konkaver Reflektor, der eine Öffnung fllr eine kleine Lichtquelle
aufweist, Licht mit einem zentralen Schatten auf ein Blickfenster reflektiert und
bei denen eine eine Kompensationalinse, die mit der Öffnung fluchtet, Licht von
der Lichtquelle auf den beschatteten Teil des Bildfensters wirft, um eine gleichmäßige
Beleuchtung bei diesem BildienBter herbeizuSGhren. Bei einer spezifischen Ausführungsform
der Erfindung weist eine batteriebetriebene lampe einen parabolischen Reflektor
auf,
der an seinem Dickglas eine plankonvexe Linse trägt, die Licht
von einer in der Öffnung des Reflektors angeordneten Lampe auf eine Schattenfläche
einer-Feldlinse in der Nähe eines Transparentbildes richtet. Eine Projektionslinse
projiziert das Licht von dem Transparentbild auf einen Schirm. Bei einem schattenfreien
Projektionssystem, das eine alternative Ausfuhrungaform der Erfindung darstellt,
richtet eine Kompensationslinse, die auf eine Lichtquelle in einem Brennpunkt eines
eiförmigen oder elliptischen Reflektors eingestellt ist, Licht von der Lichtquelle
durch ein iransparentbild auf den anderen Brennpunkt der Ellipse, welcher mit einer
Projektionslinse zusammenfällt, um einen beschatteten Teil zu beleuchten.
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Vollständige Klarheit ueber die Erfindung kann aus der folgenden detaillierten
Beschreibung schattenfreier Projektionssysenae in Verbindung mit der Zeichnung erhalten,
werden, die die beschriebenen Ausführungabeispiele zeigt.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein schattenfreies Projektionssystem
entsprechend einem Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 2 zeigt ein anderes
Busführungsbeispiel eines schattenfreien ProådFionssystems gemäß der Erfindung.
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Gemäß der Fig. 1 weist ein batteriebetriebenes Diaproåektionssystem
eine batteriebetriebene Lampe 10 mit einem üblichen parabolischen Reflektor 12,
einer üblichen Lichtquelle oder Birne 14 und einem Dickglas 16 auf, das eine zentrale
plankonvexe Kompensationslinse 18 trägt, die auf den zentralen Bereich des Dickglases
aufgekitt ist, das durch eine Randfassung 20 eines üblichen
Halteringes
22 der Lampe gehalten ist. Die Linse 18 hat eine sphärische Oberfläche R18 mit einem
derartigen Radius, daß der Brennpunkt der Linse am Glühfaden 24 der Birne liegt,
wobei das von diesem Faden ausgehende Licht durch die Linse gesammelt und parallelgerichtet
wird. Ein Abstandsring 26 kann zur Ausrichtung der Linse 18 vorgesehen sein, so
daß diese mit ihrem Brennpunkt auf der linken Seite auf den Glühfaden ausgerichtet
ist und das Licht parallelgerichtet nach der rechten Seite aussendet. Der Durchmesser
der Linse 18 ist so groß, daß diejenige Fläche, die wegen der zentralen Öffnung
30 in dem Reflektor 12, durch welche die Birne hindurchfaßt, beschattet wäre, ausgefüllt
ist.
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Eine Feldlinse 40 sammelt die parallelen Lichtstrahlen von dem Reflektor
12 und der Linse 18 und wirft sie auf ene bekannte Projektionslinse 42, die auf
ein Transpa rentbild 44 mit ihrem Brennpunkkt ausgerichtet ist, wobei das Dransparzntbild
ein Dia oder ein Film an dem Bildfenster oder Halter einer Prejektorröhre 46 ist,
die an der Batterie-betriebenen Lampe befestigt ist. Der Lampenkopf weist einen
kleinen Kolben oder eine Glühbirne 14 auf, die im Brennpunkt des parabolischen Reflektors
12 angeordnet ist, so daß das von dem Glulifaden 24 nach allen Richtungen ausgesandte
Licht durch den Reflektor zu einem parallelen Strahlenbündel ausgerichtet wird.
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Aufgrund der zentralen Öffnung 30 in dem Reflektor, durch welche der
Kolben bzw. die Glühbirne hindurchgeführt ist, entsteht ein dunkler Fleck, in dem
reflektierten Lichtbündel. Sämtliche von der Glühbirne nach vorne ausgesandten Lichtstrahlen
werden nicht von dem parabolischen Reflektor reflektiert und bilden ein divergierendes
Lichtbündel, dessen Helligkeit entsprechend dem reziproken quadratischen Gesetz
in Ausbreitungsrichtung des Lichtes abnimmt.
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Um diesen dunklen Bleck, der aufgrund des Reflektors 12 entsteht,
auszufüllen und ein gleichmäßiges Strahlenbündel zur Beleuchtung des Dias 44 zu
erhalten, ist die kleine Linse 18 mit einem dem Durchmesser des Schattens entsprechenden
Durchmesser auf das Leckglas 16 aufgeklebt und zwar mit einer EntSernung von dem
Glühfaden der gleich der Brennweite der Linse 18 ist, so daß das ausgestrahlte Licht
ein paralleles Strahlenbündel bildet, nachdem es durch die Linse 18 hindurchgegangen
ist.
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Hierdurch wird das notwendige parallele Lichtbündel erzeugt, um den
Schatten, der auf die Öffnung 30 in dem Reflektor zurückzuführen ist, auszufüllen.
Wenn die Lichtstromdichten von der Linse 18 und dem Reflektor 12 gleich sind, besitzt
das zusammengesetzte Lichtbündel die gleiche Helligkeit.
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Es ist eine selbstverständliche Eigenschaft eines parabolischen Reflektors,
ein paralleles Lichtbündel zu erzeugen, wenn eine kleine Lichtquelle in seinem geometrischen
Brennpunkt angeordnet ist. Die Brennweiten der Zonen eines parabolischen Reflektors
verändern sich jedoch mit der Höhe der Zone. Ein an der Achse reflektierter Lichtstrahl
hat eine Brennweite, die der geometrischen Brennweite entspricht. Da die Höhe von
der Achse zunimmt, nimmt die Brennweite für diese Zone zu. Die Änderung in den Brennweiten
an verschiedenen Zonen ist die sphärische Abweichung oder Aberration, welche das
brauchbare Feld eines Teleskopes beschränkt, das einen parabolischen Spiegel aufweist.
Die Brennweite eines Jeden Strahles ist die Entfernung von dem geometrischen Brennpunkt
der Parabel zu dem Reflexionspunkt des Strahlee an der Parabel. Das Licht ist entsprechend
dem quadratischen Gesetz von der Lichtquelle zu dem Reflektor vermindert. Aus diesem
Grunde
erhalten die äußeren Teile des Reflektors weniger Licht und
reflektieren daher weniger Licht als die inneren Zonen. Der beste Ausgleich für
eine gleichmäßige Helligkeit wird erzeugt, wenn die kleine Linse 18 ein Lichtbündel
mit der gleichen Helligkeit abgibt, wie eine Zwischenzone des Reflektors. Dieser
Umstand erfordert eine Brennweite der kleinen Linse, die gleich ist derjenigen einer
Zwischenzone des Reflektors 12.
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Die Größe der sphärischen Aberration, die durch die Linse erzeugt
wird, hängt davon ab, auf welchem Weg das Licht durch diese Linse hindurchgeht.
Die Linse würde normalerweise mit der Planseite gegen die Glühbirne angeordnet sein,
wenn die Glühbirnen gleichförmfge sphärische Enden hätten. Unerwünschte Brechungen,
erzeugt durch eine vorstehende Spitze 50 des vor dem Brennpunkt angeordneten Kolbens
14 bewirken eine scheinbare negative sphärische Aberration, die dazu neigt, die
hohe positive sphärische Aberration zu kompensieren, welche durch die Anordnung
der Linse entsprechend der Darstellung erzeugt ist.
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Bei einem üblichen Diaprojektor wird ein Bild der Lichtquelle durch
das Beleuchtungslinsensystem an oder in der Nähe der Lage der Projektionslinse gesammelt.
Die Lichtstrahlen, die von allen Teilen des Dias ausgehen, gehen durch die Projektionslinse
und ergeben eine gleichmäßige Beleuchtung des gesamten Bildes.
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Bei der vorliegenden Erfindung würde ein paralleles Lichtstrahlenbündel
den Reflektor 12 verlassen. Derjenige Teil des Lichtstrahelenbündels, welcher an
den Ecken des Dias 44 vorbeigeht, würde teilweise durch den Rand der Proåektionslinee
42 abgelenkt oder behindert werden, woraus sich eine schwächere Beleuchtung der
Kanten des Bildes
ergeben würde. Die Feldlinse 40 sammelt die parallelen
Lichtstrahlen in oder in der Nähe der Projektionslinse, wodurch die Kantenbeleuchtung,
wie bei dem üblichen System, ausgeglichen wird. Die Projektionslinse kann eine Linse
entsprechend den Standardprojektionslinsen Typen oder die dargestellte einfache
achromatische Linse sein. Ebenso kann jede gewünschte Brennweite durch Wahl der
Brennweite der passenden Feldlinse angewendet werden.
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Bei einem gebauten Ausführungsbeispiel des Projektionssystems gemäß
Fig. 1 beträgt der Radius der Oberfläche R18 9,5 mm, die axiale Dicke der Linse
18 2,7 mm, der Durchmesser der Linse 18 13 mm, der Brechungsindex für die Natrium-d-Linie
1,52 und der Abbe-Dispersions-Koeffizient 59,0. Bei der Feldlinse 40 beträgt der
Radius der Vorderfläche R40 100 mm, während die hintere Oberfläche plan ist. Die
axiale Dicke beträgt 6 mm, der Brechungsindex für die Natrium-d-Linie 1,52 und der
Abbe-Dispersions-Koeffizient 59,0. Diese Linse ist ungefähr 3,8 cm von dem Transparentbild
44 und die Linse 18 ungefähr 8,9 cm von dem Transparentbild 44 angeordnet. Der geometrische
Brennpunkt des Reflektors beträgt 6,33 mm.
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Die Objektivlinse 42 ist eine übliche bekannte Projektionslinse, die
axial einstellbar ist, um das Bild auf dem Schirm einzustellen und die eine Brennweite
aufweist, die etwas geringer ist als diejenige der Feldlinse 40.
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Das schattenfreie Projektionssystem gemäß Fig. 2 bildet eine alternative
Ausführunform der Erfindung, die hnlich dem bereits beschriebenen Projektionssystem
ist, jedoch ein Kondensorsystem 60 aufweist, welches sein Licht auf einem Film oder
Transparentbild 61 an einem Bildfenster 52 sammelt, während die Lampe 10 einen afocalen
Strahlerzeugt.
Das Lichtsystem 60 schließt einen eiförmigen Reflektor
ein, der ein Paar Kohleelektroden 64 und 66 aufweist, die durch Löcher 68 und 70
in dem Reflektor hindurchgeführt sind und einen Lichtbogen an einem Brennpunkt des
eiförmigen Reflektors erzeugen. Eine kleine plankonvexe Kompensationslinse 72 ist
so in axialer Richtung angeordnet, daß sie den sonst beschatteten Teil im Lichtbündel,
der aufgrund der Anordnung der Elektroden entsteht, ausfüllt, wobei ein Brennpunkt
im Lichtbogen und der andere Brennpunkt der Linse 72 in einer bekannten Projektionsliase
74 liegt, welche eingestellt werden kann und das Transparentbild auf dem nicht dargestellten
Schirm abbildet. Die Linse 72 ist plankonvex und kann einen Brechungsindex für die
Natrium-d-Linie von 1,52 und einen Abbe-Dispersions-Koeffizienten von 59,0 aufweisen.
Das Linsensystem 60 ist für Rahmengrößen geeignet, die größer als der übliche 35
mm Film ist.
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Die oben beschriebenen Projektionssysteme erzeugen eine hohe gleichmäßige
Helligkeit, eine schattenfreie Beleuchtung mit leistungsschwachen Lichtquellen und
sind kompakt, leicht zu tragen und billig in der Herstellung. Es ist selbstverständlich,
daß die oben beschriebenen Anordnungen nur beispielsweise Erl§terungen der Grundsätze
der Erfindung darstellen.
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- patentansprüche -