DE2127380A1 - Projektionseinrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, DR. BRANDES, DR.-ING. HELD DIPL.-PIIYS. WOLFF

21.5.1971 STUTTGART 1...

■ANGE STRASSE Sl

ίELEFONi (0711) »iSlOond 397295 T:LEX, 0722312

Unser Zeichen 123 047/842009

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Projektionseinrichtung

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Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung zur Projektion von strukturierten Objekten, insbesondere Diapositiven, mit. einer im wesentlichen punktformigen Lichtquelle zum Beleuchten des Objektes und gegebenenfalls mit einer wenigstens teilweisen Dunkelfeldbeleuchtung,

Die Erfindung bewegt sich auf dem Gebiet des optischen räumlichen Filternsa Dessen Prinzipien lassen sich aus der Wellenthsorie des Lichtes ableiten. In der Praxis lassen sich die Klarheit,, das Auflösungsvermögen und die Erscheinung von EInzelheiten in einem optischen Bild dadurch ändern, daß man die Amplitude oder Phase des verwendeten Lichtes in einer Vielzahl von Bereichen des von dem strukturierten Objekt erzeugten Beugungsspektrums modifiziert (filtert) . Das Beugungspektrum v/ird am genaussten dann erzeugt, wenn die Lichtquelle klein ist oder einen geringen öffnungswinkel besitzt. In der Phasenkontras tmikroskopie wird ein Raumfilter benutzt, das die Phase des Lichtes in einem bestimmten Bereich des Beugungsspektrums verschiebt„ Dadurch werden gewisse Einzelheiten sichtbar, die sonst unsichtbar wären.

Eine maximale räumliche Zerlegung erhält man beim rämlichen Filtern dann, wenn das Licht sowohl räumlich als auch zeitlich gesehen streng kohärent ist. Das Licht einer punktförmigen Lichtquelle ist hochgradig räumlich kohärent, während monochromatisches Licht im Höchstmaß zeitlich kohärent ist. Beide Arten von Kohärenz sind beim räumlichen Filtern nützlich. Bas Aufkommen von Lasern erzeugte auf dem Gebie't des optischen räumlichen Filterns ein weitverbreitetes Interesse, da Laser, wenn sie in Verbindung mit Linsen und Löchern verwendet wurden, zunächst Mittel darstellten, um eine sehr enge Annäherung an eine punktförmige Quelle für monochromatisches Licht mit mehr als ausreichender Intensität zu erzielen. Laser bieten daher hohe Kohärenz und hohe Intensität. Die früheren Lichtquellen, die im Hinblick auf eine hohe Kohärenz in Verbindung mit Linsen,

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einem Loch und einem Farbfilter verwendet wurden, hatten nur sehr geringe Intensitäten.

Wenn als strukturiertes Objekt und bild tr agencies Medium ein photographisches Diapositiv genommen wird, das als Testobjekt nur ein genaues Bild eines sinusförmigen Beugungsgitters enthält, besteht das Beugungsspektrum aus einem zentralen Lichtstrahl, der das unabgelenkte Bild nullter Ordnung der punktförmigen Lichtquelle darstellt, das von zwei Strahlen flankiert wird, welche die erste Ordnung des gebeugten Bildes der punktförmigen Lichtquelle darstellen. Der seitliche Abstand zwischen dera Strahl nullter Ordnung und jedem der Strahlen erster Ordnung ist proportional zur Gitterkonstanten (Spalte pro Streckeneinheit) ,zur V7ellenlänge des Lichtes und zum Abstand des Diapositiv-Gitters zur Auffangebene des Spektrums. Daher wird für jede Wellenlänge des Lichtes die in dem Diapositiv enthaltene Information in passender Weise entsprechend der Gitterkonstanten in der eine Fouriertransformation bevirkenden Beugungsebene räumlich verbreitert.

Wenn es sich bei dem bildtragenden Medium um ein photographisches Diapositiv mit einer typischen bildhaften Struktur handelt und dieses in einen nahezu kohärenten Lichtstrahl gebracht wird, der durch einen Kondensor mit guter optischer Qualität geht, enthält das Beugungsspektrum eine Vielzahl von Lichtstrahlen, die durch die Auffangebene gehen. Die Charakteristika dieses Spektrums sind an Hand der räumlichen Verteilung der Intensitäts- oder Amplitudendurchlässigkeit und der Phase im bildtragenden Medium vorhersagbar. Die Charakteristika der Amplitudendurchlässigkeit des bildtragenden Mediums können durch Fourieranalyse in ihre sin- oder cos-Komponenten zerlegt werden, von denen jede eine bestimmte Ortsfrequenz, Amplitude, Azimutrichtun-g und Phase hat. Jeder Punkt in dem Spektrum stellt für jede vorgegebene Lichtwellenlänge eine be-

stimmte Ortsfrequenz im Diapositiv dar. Die Intensität an jeder

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Stelle im Spektrum ist proportional zum Quadrat der Amplitude . fisr entsprechenden Ortsfrequenz-Komponente des Diapositivs» Die "ο.ί£ die niederen Frequenzen und die Randschärfe verteilte ϊϊί- :: c mat lon im Diapositiv wird in der Beugungsebene durch Lichtpunkte -nieder ge geben _g die in einer größeren Entfernung zum Strahl •reuter Ordnung liegen als diejenigen Lichtpunkte, welche die Ii-. hohen Frequenzen und groHrlächigen Kontrastbreichen des Diapositivs steckende Information repräsentieren.

Das aufgefangene Bild des Diapositivs, das von den Projektionslinsen entworfen wird ^ kann als eine Folge der Suppostion und Isterfersas (in der Bildauffangebene) des Lichtes betrachtet weraan, das von den verschiedenen Bereichen des Beugungsspektrums »■as geht.

Ua die Randschärfe und den Kontrast feiner Einzelheiten des projizierten Bildes eines Diapositives zu verbessern, kann in die H&ene des Beugungsspektrums eine bestimmte Art von Raumfilter gebracht werden. Ein solches Filter kann durch eine klare, optisch flache Glasplatte mit einem aufgebrachten lichtabsorbierenden Medium gebildet sein, das in einem vorbestimmten Muster {Master von Punkten, unterschiedlich dichten Bereichen usw.) ■=±üsn Bruchteil {beispielsweise ein Viertel der Intensität oder ■Us Hälfte der Amplitude) des Lichtes nullter Ordnung und in .::-3::'.£-shbarten Bereichen durchläßt, während es in Bereichen mittlerer und größerer Entfernung von der nullten Ordnung zunehmend mehr Licht durchläßt. Beispielsweise ist ein Filter, das jegliche Information außer dem Buchstaben A in einem Mikrofilmbild unterdrücken soll, so ausgestaltet, daß es tatsächlich nur das Spektrum des Buchstabens A durchläßt.

Miimliehes Filtern kann entweder mit kohärentem oder teilweise kohärentem Lieht geschehen„ jedoch ist die räumliche Zerlegung si« größten _s wenn das Licht hochgradig kohärent ist= Wenn in dem gerade su betrachtenden besonderen Anwendungsfall eine starke Sssrlegung nicht erforderlich ist, kann der Kohärenzgrad vresent-

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lieh reduziert werden, damit die Lichtintensität zunirant. Tatsächlich geht das Licht einer punktförruigen Lichtquelle r/.cist von einem durch eine Leuchte beleuchtetem Loch aus. rJenr c'ie Größe des Loches zunimmt und/oder die VJellenlängenbandbreite des Lichtes anwächst, kann die räumliche Zerlegung auf dan minimal erforderlichen Wert gesenkt werden. Bei teilweise kohärentem Licht erfolgt das räumliche Filtern im Hinblick auf die Ortsfrequenz stets stufenförmig. Plötzliche Jtnderungsn hinsichtlich der Ortsfrequenz sind nur mit hochgradig kohärentem Licht möglich. In vielen praktischen Anwendungsfällen ist aber das stufenförmige Filtern zufriedenstellend. Eine Abnahme der Kohärenz ist bei den meisten Lichtquellen mit einer starken Zunahme an Intensität verbunden, die einen bedeutenden praktischen Vorteil ergeben kann.

Einer der Hauptgründe, welcher die Anwendung des räumlichen Filterns in vielen praktischen Fällen verhindert, insbesondere bei Anwendungen auf dem Gebiet der Photographie, ist die Existenz gewisser unerwünschter Nebeneffekte oder Schönheitsfehler in dem optisch erzeugten Bild. Diese Schönheitsfehler sind verschiedener Natur. Eine Art von Schönheitsfehlern verdankt ihre Entstehung Oberflächenunregelmäßigkeiten und Reliefstrukturen, die oftmals auf Filmen erscheinen, insbesondere dann, wenn der Film bereits behandelt wurde. Diese Art von Schönheitsfehler wird durch Eintauchen des Filmes in eine Flüssigkeit verkleinert oder beseitigt, die einen Brechungsindex hat, der ungefähr demjenigen des Filmes entspricht. Eine zweite Art von Nebeneffekt, die oftmals als Schönheitsfehler empfunden wird, umfaßt Interferenzstreifen und Hofbildungen, die man gewöhnlich bei mit kohärentem Licht erzeugten Bildern mit scharfen Rändern und bei gewissen anderen Arten von strukturierten Objekten findet. Dieser Schönheitsfehler kann dadurch verkleinert werden, daß man den Kohärenzgrad des Lichtes vermindert oder

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diejenige Funktion des räumlichen Filters geeignet gestaltet _a welche die .Abhängigkeit der Amplitudendurchlässigkeit vom Abstand zeigt.

Eine dritte Art"von Schönheitsfehler rührt von der Wechselwirkung des kohärenten oder teilweise kohärenten Lichtes Kiit dem Schmutz _s dem Staub, den Kratzern.^ den Blasen oder anderen optischen Fehlern auf oder in den Linsen, Filtern oder anderen optischen Teilen des zum räumlichen Filtern benutzten Systems . herο Die von der Anwendung einer punktförmigen oder halbpunkfcförmigen Lichtquelle herrührende räumliche Kohärenz ist die Crsaehe für diejeArt von Schönheitsfehler. Die angerichtete oder nahezu ungerichte Ausbreitung des von einer punktförmigen oder hc-lbpunktförmigen Lichtquelle aasgehenden Lichtes srsetigt hohen Kontrast, stark sichtbare Schatten öes vorgenannten Fremdmaterials und der optischen Fehler, die auf das projiziert« Bild geworfen werden. Diese Schatten verringern die ästhetische Qualität des projizierten Bildes beträchtlich und können außerdem su einem örtlichen Verlust von Details führen, die eine wichtige technische Information enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsein- f richtung, insbesondere eine solche mit optischer räumlicher Filterung zu schaffen, die in photographischen Geräten ohne weiteres benutzt werden kann, um gewisse Arten von Bildschönheitsfehlern zu verringern, die für Bilder eigentümlich sind, die insbesondere bei gewöhnlichen Vorkehrungen für optisches räumliches Filtern erzeugt werden.

Diese /aufgäbe ist ausgehend von einer optischen Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere, im wesentlichen punktförmige Lichtquellen vorgesehen sind. Wenn ein Höchstmaß an Kohärenz nicht erforderlich ist, kann an die Stelle der einzigen punktförmigen oder halbpunkt,-

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förmigen Lichtquelle herkömmlicher Einrichtungen eine Vielzahl von halbpunktförmigen Lichtquellen treten. Die mit den bekannten Einrichtungen verbundenen Schönheitsfehler sind, wie bereits bemerkt, die stark kontrastierenden, von der einzigen Lichtquelle auf das Bild geworfenen Schatten, die von Blasen, Kratzern, lokalen Inhomogenitäten, Schmutz, Staub und anderen Fremdkörpern auf oder in den Linsen, Filtern oder anderen optischen Elementen des optischen Systems herrühren. Wenn dagegen erfindungsgemäß eine Vielzahl von punktförmigen oder halbpunktförmigen Lichtquellen benutzt wird, die bezüglich des Raumwinkels eine genügende Trennung aufweisen, wirft beispielsweise ein Staubpartikel auf eir.er der Linsen eine entsprechende Vielzahl von Schatten auf das Bild in der Auffangebene, wobei die Schatten jedoch auf verschiedene Stellen entfallen. Der Kontrast jedes Schattens gegenüber seiner Umgebung ist dann bei beispielsweise vier Lichtquellen gewöhnlich nur ein Viertel und wenn η Lichtquellen benutzt werden, nur etwa ein n-tel des Konstrastes, der normalerweise erzielt wird, wenn eine einzige punktförmige oder halbpunktförmige Lichtquelle benutzt wird. Der Schönheitsfehler ist daher hinsichtlich des Kontrastes stark verkleinert und wird unauffällig oder sogar unsichtbar. Die sich in Interferenzstreifen oder Hofbildung äußernden Schönheitsfehler werden gleichfalls durch den Gebrauch von mehreren Lichtquellen ganz wesentlich verringert.

Die wirksame Lichtquelle für herkömmliches räumliches Filtern kann als geeignet beleuchtetes Nadelloch oder Loch kleinen Durchmessers betrachtet werden. Die Vielzahl von Lichtquellen für die vorgeschlagene erfindungsgemäße Einrichtung kann entsprechend als Bereich geeignet beleuchteter Nadellöcher oder Löcher kleineren Durchmessers betrachtet werden. Die Löcher können mit jedem ge-

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■sie,T:-stsn Licht „ sei es monoehromatrisches oäer polychromacischeSi? aus jeder einer Vielzahl ?oa Leuchten wie Lasern,. ^T/7o-li:i-s2iifadenlampen, Xenonbogenlampen, Zirkoniumdampf-Bogsii-

iäiri-r-s-s i'.nä dergleichen beleuchtet ""/erden ο Dafasr kann als iirspslfegliehe Lichtquelle entweder eine einseine Lampe ■oder eine Vielzahl von Lampen verwendet werden, deren Licht CTrch eine Vielzahl von Löchern in einer lichtes= 'iurshlfissigen Platte gelangte -die zusammen mit der oder aen Leuchten die gewünschte Mehrzahl von punktföriuigsa * Lichtcr'jäsllen. bildet.

Nachfolgend werden zum besseren Verständnis der vor- and nashstshenden Ausführungen einige Definitionen gsgebens "V.ter ^:3räKinlichem Filter" oder "Raumfilter" wird jede Art i/OFi Mittel verstanden, die benutzt werden kann, wo. ■uie Amplitude oder Phase des durch die Ebene des BeugungsspektruiTiS (bekannt als Fouriertransformationsebene) eines 'bestinößten optischen Systems ausgehenden Lichtes zu ändern, wobei das Beugungsspektrum ein vielfaches Abbild der Lichtquelle darstellt und durch die Beugung des Lichtes a.n -Binem bildtragenden Medium erzeugt wird, 3in "Amplitudenmedium" ist ein solches, das die Amplitu-■äenäurchiässigkeit (bei kohärenter Beleuchtung) ändert, ■wobei clie Phase im wesentlichen unverändert bleibt. Hin= gegen ist ein "Phasenmedium" ein Medium, das umgekehrt die Phasendurchlässigkeit ohne wesentliche Änderung der Amplitude ändert.

unter ^!3Anflösungsvermögen¹¹ eines optischen Systems soll allgemein die maximale Ortsfreguens verstanden herden, die ein bestimmtes System noch mit feststellbarer Amplitude durchläßt.

"Kontrast" im Hinblick auf den mit einem Schatten wer- £erzdesi Staubpartikel' verbundenen Schönheitsfshler soll - als Verliältnis der Beleuchtungsstärke ia dssr; den Schatten "iKFdttslbar umgebenden Bildbereich sar Beleuchtungsstärke

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in demjenigen Bildbereich definiert sein, der irr Schatten liegt.

Unter "weißem Licht" wird irgendeine beliebige spektrale Energieverteilung verstanden, die deft—selbsr* subjektiven Farbeindruck wie gewöhnliches Tageslicht? Sonnenlicht oder Licht eines schwarzen Körpers hervorruft, der eine Temperatur zwischen 3000° K unc 7000 K hat.

"Monochromatisches Licht" ist Licht in einem linieahaften Wellenlängenbereich, während "Polychromatisches Licht" sich aus Licht von zwei oder mehr Farben zusammensetzt oder einen ganzen Wellenlängenbereich umfa£t.

.Im folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer durch die Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 mehrere Diagramme,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Strahlenganges in einer bekannten Projektionseinrichtung,

Fig. 3A eine schematische Darstellung des Strahlenganges bei einer ersten Ausführungsform mit zugehörigen Diagrammen,

Fig. 3B eine teilweise und schematisch dargestellte Variante der ersten Ausführungsform,

Fig. 3C eine teilweise und schematisch dargestellte perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung sform,

Fig. 3D eine der Fig. 3B entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform und

Fig. 3E eine der Fig. 3D entsprechende Darstellung einer Variante der dritten Ausführungsform.

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JU'w'

Ksnn man die Fourisrkomponentsn eiaee strukturiertes Objektes mit Hilfe der Fourieranalyse ermittelt nnd fixe räumlichen Amplitudenkoeffizientsa und die raunt-= liehen Fhasenwinlcal als Fusktion äer Oriisfrsciisng F ■darstellt_ff erhält läan ein für das ß<sbref£enas Objekt tisch'Ss Paasenspektrum dss Objektes, Das riim gaigt manchmal den Wart 0 oäsi⁼ sinen ¥erlataf _o DaBR reich'b Sas i^pliinainspekirυΐΏ ξϊϊγ CfearskterisisrüKg aEs_c SIb söl-^tiss Sp3jii;:^:«ia ist iiR

k Diagrasiis 19 in Fifo 1 dargestellte Sine Eam^sliBSSj

@in in die Kamera eingelegter Film mid eine Projektorlinse »firea angesoHiEianerxnaßen ideale ?'snr. si-5= siii Bild OirseiigtsQj, das eia räumliehss ÄHipIit^a-aiisps^uniH iiat_p c?as dsmjsnigea di3S Objektes s::akt sntsprichtc Diese ZdealbediaguBg ist in Fig* 1 durch ds? Diagros II für 5ie Kameralinse und einen Ife-kshrfilm, das Diagramm 12 für das Bildobjekt auf dem Film, das Diagramm 13 für die Optik des Projektors und das Diagramm 23 für das projizierte Bild dargestellt. Mit "MT" ist das Verhältais der Modulation im Bild zur Modulation im Objekt gemeint, wobei die Modulation der Quotient aus dem Δπιρίχ-tudenkoeffizienten der ortsabhängigen Leuchtdichte und

F dem Mittelwert der Leuchtdichte oder deren Konstantwert ist. MT - MT CF) ist demnach die Modulationsübertragungsf unkt ion· _s welche ein Maß für die Genauigkeit ist, mit der die Linsen und der Film diese räumliche Amplitude durch das System tragen, Die den Diagrammen 10 bis 13 und 2 5 exrüsprechendsF» Diagrsssne 14 bis 17 bzw. 24 steiles die tafcsäefelicheR Verhältnisse dar, bei denen die Streuung des Lichtes in der fotografischen Emulsion, die Abberation and die Beugung in den Linsenbildern die Amplitudenkoeffizienten um einen zunehmend größeren Betrag "/erringsre„ wenn die Ortsfrsquen? F zunimmt. Der Kontrast feiner Einzelheiten im aufgefangenen Bild ist

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daher, wie das Diagramm 24 zeigt; gewöhnlich kleiner als der Kontrast gröberer Einzelheiten des Bildes. Die gleichfalls den Diagrammen 10 bis 13 entsprechenden Diagramme 18 bis 21 demonstrieren die Wirkung, die vom Gebrauch eines räumlichen Filters in einem optischen Projektor ausgehen könnte, der das aufzufangende Bild erzeugt. Im Diagramm 22 ist die Amplitudendurchlässigkeit AT des gewünschten Filters dargestellt, die eine solche Form hat, daß die durch die fotografische Emulsion und die Linsen hervorgerufenen Amplitudenverlvjste kompensiert werden können. Bei höheren Ortsfrequenzen können die von der Emulsion und den Linsen hervorge rufenen Verluste natürlich so groß werden, daß auch durch räumliches Filtern keine merkliche Verbesserung erzielt werden kann. Das mit den Diagrammen 23 und 24 vergleichbare Diagramm 25 zeigt wie diese die Abhängig keit der Amplitude A des aufgefangenen Bildes von der Ortsfrequenz F.

Aus Fig. 2 ist ein optisches System ersichtlich, das ein räumliches Filter in Verbindung mit einem Laser 30 als Leuchte oder primärer Lichtquelle aufweist. Die von dem Laser 30* ausgehenden kohärenten Lichtstrahlen werden von einer Linse 31 in einem Punkt einer Ebene 32 gesammelt, in der eine Platte 33 mit einer sehr kleinen öffnung 34 angeordnet ist. Die öffnung 34 gestattet es nur dem sekundär von ihm ausgehenden Licht, zu einer Linse 35 zu gelangen, die eine der Linsen eines Kondensors 36 darstellt. Das von der öffnung 34 ausgehende Sekundärlicht kann daher als von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehend betrachtet werden. Zwischen der Linse 35 und einer zweiten Linse 38 des Kondensors 36 ist ein Stück fotografischen Filmes 37 in Gestalt eines Diapositives (schwarz/weiß, farbig, negativ oder positiv) in einem Bereich des Kondensors 36 angeordnet, in dem die Lichtstrahlen im wesentlichen

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parallel zueinander verlaufen. Der Kondensor 36 sammelt das Bild.auf dem Film 37 in einer Ebene 39 _f welche die Fouriertransformationsebene ist. Eine durch ein Linsensystem ersetzbare Linse 40 erzeugt ein reelles Bild des Filmes in einer das projiziert^ Bild auffangenden Ebene 41,die durch einen Schirm oder ein lichtempfindliches Material^ beispielsweise fotografischen Film, Papier, eine Platte oder dergleichen

. gebildet sein kann. Wenn der Film 37 nicht vorhanden wäre, ergäbe sich in der Ebene 39 nur ein einziges Bild der in der Ebene 32 zu lokalisierenden punktförmigen Lichtquelle. Da das Licht von dem Bild auf dem Film gebeugt wird, wie dies die gestrichelten Linien andeuten, ergeben sich in der Ebene 39 viele Abbilder der punktförmigen Lichtquelle. Das Filmbild wirkt wie das Gitter in einem Spektrografen. Die Lichtverteilung in der Ebene 39 ist das durch Fouriertransformation erhältliche räumliche Spektrum des Bildes auf dem Film. Die Quadratwurzel aus der Lichtintensität in jedem Punkt in der Ebene 39 ist proportional sum Amplitudenkoeffizienten für eine bestimmte Ortsfrequenz in den das FiIm-

) bild darstellenden Fourierreihen. Im Ergebnis wird da-I~Qr die in dem Filmbild enthaltene Information durch Eaagung entsprechend den Ortsfrequenzen auf die Ebene 3f) verteilt. Die Quelle für die niederen Frequenzen des Spektrums liegt in der Nähe des Zentrums und dicht beim Abbild nullter Ordnung der punktförmigen Lichtquelle. Die Quelle mittlerer Frequenzen des Spektrums liegt ein größeres Stück vom Zentrum weg. Dementsprechend hat die Quelle für die hohen Frequenzen den größten Abstand vom Zentrum, wobei der Abstand proportional zur Ortsfrequenz und zur Wellenlänge des Lichtes ist. Das Muster dieser Frequenzen in der Ebene 39 ist schematisch auf einer Scheibe 42 unmittelbar über der Ebe™ ne 39 in Fig. 2 dargestellt. Wenn in der Ebene 36 ein

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Raumfilter 43 angeordnet ist, so modifiziert dieses den Kontrast und die Schärfe des projizierten Bildes in der das Bild auffangenden Ebene 41. Das Raumfilter 43 besteht aus einer optisch flachen Glasplatte 44, deren Zentralbereich mit einer dünnen Schicht aus lichtdämpfendem Material bedeckt ist, das Licht entweder absorbiert oder reflektiert. Die beschichtete Seite der Platte 44 ist an eine zweite optisch flache Glasplatte 47 gekittet, wobei ein Kitt mit geeignetem Brechungsindex verwendet wird, so daß unerwünschte Phasenverschiebungen vermieden werden. Wenn dieses Raumfilter 43 in allen Bereichen, ausgenommen den kleinen Zentralbereich 45, in dem das Bild nullter Ordnung der Lichtquelle liegt, lichtstark absorbieren würde, wäre das in die Ebene 41 projizierte Bild verschwommen und nahezu detaillos, da nur die sehr niederfrequente Information und die in dem mittleren Lichtkegel steckende Information von dem Filter durchgelassen würden. Wenn andererseits das Filter eine hohe Durchlässigkeit an allen Stellen mit Ausnahme eines kleinen Zentralbereiches hätte, in dem die Durchlässigkeit beispielsweise etwa 40% betragen könnte, hätte das in die Ebene 41 projizierte Bild hinsichtlich seiner feinen Details und Ränder einen verstärkten Kontrast, wohingegen nur seine gröberen Details einen unveränderten Kontrast zeigen wurden. Letzteres trifft auf große einheitliche Bereiche zu. Ein anderes Raumfilter 43a hat vergleichsweise an allen Stellen mit Ausnahme eines Ringbereiches 48 eine hohe Durchlässigkeit. Wenn ein solches Filter in die Ebene 39 gebracht wird, zeiqt das Bild in der Ebene 41 einen verminderten Kontrast für diejenigen Ortsfrequenzen, die den Radien des lichtabsorbierenden Ringbereiches 48 entsprechen. Da bei diesem Filter das

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Beugungsbild nullter Ordnung in seiner Intensität ungeschwächt ist, zeigt das Bild in der Ebene 41 keine Verstärkung des Kontrastes. Ein anderes Vergleichsfilter 43b hat einen Bereich 49 mit radial nach außen zunehmend größer werdender Durchlässigkeit. Bei dieser Art von Filter würde das lichtdämpfende Material im Bereich 49 allmählich von etwa 40 bis 50 % im Zentrum auf 0 abnehmen. Das Maß oder der Radius der Gradation würde vom gewünschten Kontrast abhängen. Dieses Filter erzeugt eine leichte Verstärkung des Kontrastes bei niederen Frequenzen oder gröberen Details und eine zunehmend größer werdende Erhöhung bei Feinheiten. Die mit dem Filter 43b erzielbaren Ergebnisse sind im wesentlichen dieselben wie die mit dem Filter 43 erreichbaren.

erste

Die in Fig. 3A dargestellte/Ausführungsform ist besonders dazu geeignet, das projizierte Bild auf einem gewöhnlichen fotografischen Film oder, einem Diapositiv (schwarz/weiß, farbig, negativ oder positiv) zu modifizieren.

Fig. 3A zeigt mehrere kleine Wolframlampen als Leuchten, die bezüglich der optischen Achse eines optischen Systems und bezüglich mehrerer kleiner, in einer lichtundurchlässigen Platte 52 symmetrisch ausgebildeter öffnungen 51 symmetrisch angeordnet sind. Jede dieser Lampen kann durch einen Laser oder durch irgend eine andere Leuchte aus einer Vielzahl von praktisch verwendbaren Lichtquellen ersetzt werden. Mehrere solche Laser 50a_f wie sie Fig. 3B zeigt, können die in gleicher Anzahl vorhandenen Wolframlampen 50 ersetzen. Jede Lampe 50 oder jeder Laser 50a ist so angeordnet, daß er mit der optischen Achse einen kleinen Winkel bildet, der vorzugsweise nicht größer als etwa 5° ist, damit das Licht nicht senkrecht auf die Platte 52 fällt und gleichzeitig die Lampen oder Laser bezug-

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lieh der öffnungen in die gewünschte Lage gebracht werden können. Die öffnungen 51 und Lampen 50 sind so aufeinander ausgerichtet, daß von jeder Lampe eine maximale Menge an Licht in einen Kondensor 53 s, 54 mit zwei Linsen 53 und 54 eintritt und in der Brenebene 55 einer Projektionslinse 56 gesammelt wird. Im Ergebnis werden daher die kleinen Lichtpunkte in der Platte 52 als kleine Lichtpunkte in die Brennebene 55 abgebildet, und zwar mit derselben Konfiguration, wie sie die öffnungen 51 in der Platte 52 haben. Jede öffnung 51 liegt von der optischen Achse des Systems um einen Winkelbetrag entfernt, der kleiner sein muß als der halbe öffnungswinkel der Projektionslinse 56. Wenn ein Beugungsgitter in einer Ebene 57 in den im wesentlichen parallelen Strahlengang zwischen den Linsen 53 und 54 gebracht würde, würde jeder Lichtpunkt in der Brennebene 55 dem Beugungsbild nullter Ordnung der zugehörigen Lichtquelle entsprechen. Jedes Bild nullter Ordnung wäre auf zwei verschiedenen Seiten durch Beugungsbilder erster, zweiter, dritter und höherer Ordnung flankiert, die durch die Beugung des Lichtes am Gitter hervorgerufen worden wären. Das ungebeugte Licht nullter Ordnung würde von der Projektionslinse"56 gesammelt und dazu benutzt, in einer Bildauffangebene 58 ein Bild zu"entwerfen, das demjenigen des Gitters entspricht. Wenn ein solches Gitter wie hier aus einem Stück fotografischen Bildes 59 besteht, bei dem es sich um ein Diapositiv handeln kann (schwarz/weiß, farbig, negativ oder positiv), ändern sich die Positionen der vier Lichtpunkte nullter Ordnung in der Brennebene 55 nicht, jedoch ändern sich die Intensität und die Ortsfrequenz der Verteilung des gebeugten, die nullte Ordnung umgebenden Lichtes. Der Film 59 entspricht einer Vielzahl von sinusförmigen Gittern mit bestimmten Orts-

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frequenzen, Phasen und Richtungen. Wenn vier Lichtquellen vorgesehen sind, entstehen vier im wesentlichen gleiche räumliche Spektren, von denen jedes von den anderen eine Entfernung hat, die den Abständen der nullten Ordnungen entsprechen, wie dies die Scheibe 55' in Fig. 3A in £n~ sieht zeigte Falls weißes Licht anstelle von monochrc^a= tischem Licht benutzt wird und falls außerdem eine Lichtquelle mit einem Winkeldurchmesser benutzt wird, der nur etwas größer ist als derjenige eines mathematischen Punktes, ist jedes der räumlichen Spektren etwas

w unscharf und flau. Abgesehen von der Unscharfe enthält aber jedes der vier räumlichen Spektren die niederfrequente s mlttelfrequente und hochfrequente Information, die in dem Bild auf dem fotografischen Film 59 steckt, Die niederfrequente Information liegt in der Nähe des Licht= fleckes nullter Ordnung, die mittelfrequente Information liegt ein Stück entfernt und die hochfrequente Information liegt noch ein größeres Stück von der Lage der nullten Ordnung entfernt. Wenn Informationen Mit extrem hoher Ortsfrequenz vorhanden ist, überlappen sich die Spektren der hochfrequenten Information einerseits und der mittel- und niederfrequenten anderer-

fc seits ein wenig. Eine solche Überlappung ist jedoch för die Art des räumlichen Pilterns nicht schädlich, die allgemein in normalen fotografischen Anwendungsfällen erwünscht ist, auf die sich die Erfindung bezieht .

Die i'rojektionslinse 56 benutzt das ungebeugte Licht nullter Ordnung dazu„ eine gleichmäßige- Beleuchtung in der Bildauffangebene 58 {Fig» 3Ä) hervorzurufen, in der ein Schirm oder ein lichtempfindliches Material„ beispielsweise fotografischer Film, Papier oder eine Platte, aageordnet seia kann. Das ein rSiamliches Spek-• t?um hervorrufende gebeugte Licht wird dazu benutzt,

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in derselben Ebene ein Bild zu erzeugen, das die feinen, mittleren und groben Einzelheiten des Bildes auf dem fotografischen Film 59 enthält. Da alle das Bild auf dem Film betreffende maßgebliche Information in der Brennebene 55 passend ausgebreitet wird, ist es möglich, in diese Ebene 55 ein Raumfilter 60 zu bringen, das in ausgewählten Bereichen des Spektrums Licht absorbiert oder reflektiert und dadurch den Kontrast und die augenscheinliche Schärfe der Bilddetails in der Bildauffangebene 58 auf eine von vielen vorteilhaften Weisen ändert. Vorzugsweise sollte das verwendete Raumfilter für gewöhnlich keine Phasenänderungen hervorrufen. Wenn aber irgendeine Phasenänderung erwünscht ist, kann sie durch den Gebrauch eines Spezialfilters hervorgerufen werden. Das Raumfilter 60 weist eine erste Platte 61 aus optisch flachem Glas mit vier kleinen Bereichen 62 auf, in denen sie mit einer dünnen Schicht aus lichtabsorbierendem oder lichtreflektierendem Material bedeckt ist. An die beschichtete Seite der Platte 61 ist ein Deckglas 63 gekittet, um unerwünschte Phasenverschiebungen des Lichts zu vermeiden. Die.. Intensitätsdurchlässigkeit in den beschichteten Bereichen 62 des Raumfilters 60 kann jeden gewünschten Wert haben und sollte danach bestimmt werden, welcher Filterungsgrad erwünscht ist. Eine Intensl.tätsdurchlässigkeit von 50 % beispielsweise ist in vielen Anwendungsfällen geeignet. Wenn ein solches Filter nun in die Brennebene 55 so eingesetzt wird, daß die das Licht dämpfenden Bereiche im Strahlengang.der nullten Ordnungen und auch des gebeugten, die niederfrequente Information tragenden Lichtes liegen, wird die ursprüngliche Intensität des auf diese Bereiche entfallenden Lichtes um etwa 50 % verringert. Die Folge hiervon ist eine Zunahme des Kontrastes der mittleren und feinen Details des Bildes in der Bildauffangebene 58 um etwa

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25 %. Eine Darstellung dieses Effektes zeigt das zum Raumfilter 60 gehörende Diagramm 6 4 in Fig. 3Λ, das die Funktion MT = MT (F) darstellt, wobei die gestrichelte Kurve sen Zustand ohne Filter iseigt.

Sin abgewandeltes Raumfilter 60a ähnelt dem Filter 6O ab gesehen von dem umstand, daß die lichtdämpfenden Bereiche 55 einen größeren Durchmesser haben. Die Wirkung eines solchen Filters, das in das optische System eingebracht wird, besteht darin, den Kontrast feiner Details des Bildes in der Bildauffangebene 58 zrjerhöhen, wobei nur sine kleine Zunahme des Kontrastes der mittleren Detaiis "md überhaupt keine Änderung im Kontrast der gröberen Details erfolgt. Das zum Filter 60a gehörende Diagramm 66 stellt gleichfalls die Funktion MT = MT (F) dar. Die gestrichelte Kurve gilt, wenn das Filter 60a fehlt. Ein drittes Raumfilter 60b ist mit lichtdämpfenden Ringbereichen 67 versehen, die es dem Licht nullter Ordnung ermöglichen, ohne Verringerung der Intensität durchgelassen zu werden, die aber die Intensität desjenigen Teiles des gebeugten Lichtes vermindern, das die niederfrequente Information und etwas von der mittelfrequenten Information trägt. Das auf die Bildauffangebene 58 projizierte Bild zeigt dann eine Verminderung des Kontrastes der groben und mittleren Details, aber keine Veränderung des Kontrastes der feinen Einzelheiten. Die zum Filter 6Ob gehörende Funktion MT = MT (F) ist im Diagramm 68 dargestellt. Wiederum zeigt der gestrichelte Kurvenabschnitt den Funktionsverlauf bei fehlendem Filter.

Die Wolframlampen 50 brauchen nicht wie in Fig. 3A dargestellt dicht an der Platte 52 angeordnet zu sein, deren öffnungen 51 die winkelmäßige Größe der Lichtquellen bestimmen. Statt dessen können die Leuchten auch weiter von der Platte zurückgesetzt und die Wolframfäden mit Hilfe von Kondensorlinsen auf ihre zugeordneten öffnungen abgebildet werden. Es können natürlich auch hiifsweise

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Linnensysteve, Prismen und/oder Spiegel verwendet werden, um in der Anordnung der Leuchten ungebundener zu sein, wie dies die Fig. 3B und 3E als Varianten der ersten und dritten Ausführungsform gemäß den Fig. 3A bzw. 3^ zeigen.

Aus Fig. 3C ist eine zweite Auführungsform ersichtlich, die erfindungsgemäß mehrere Lichtquellen aufweist, wobei die primär lichtaussendenden Leuchten 80 in gewisser Entfernung zu einer rückwärtigen Linse 81 eines Kondensors 83 angeordnet sind,zu dem auch eine vordere Linse 82 gehört. Die Leuchten 80 können in irgendeiner allgemeinen symmetrischen Konfiguration angeordnet sein, wobei sich vor jeder Leuchte 80 das hintere Ende einer lichtleitenden Glasfaser 84 befindet. Die Glasfasern 84 können einen solchen Durchmesser haben, daß ihre vorderen Enden gebündelt in einer der rückwärtigen Linse 81 des Kondensors 83 benachbarten Ebene liegen, so daß die im wesentlichen koplanaren Stirnflächen der Glasfasern 84 als sekundäre Lichtquellen wirken, deren Licht dem von öffnungen in einer Platte ausgehenden Licht (Fig. 3A) entspricht. Die Leuchten 80 und die Glasfasern 84 bilden also zusammen eine Vielzahl von unabhängigen Lichtquellen. Der Gebrauch solcher lichtleitenden Fasern erlaubt es, beispielsweise 30 Lichtquellen zu benutzen, um eine entsprechende Anzahl von räumlichen Spektren in einer der Brennebene 55 (Fig. 3A) entsprechenden Ebene zu erzeugen, wenn ein fotografischer Film 85 zwischen den Linsen 81 und 82 des Kondensors 83 angeordnet ist, wie dies im Hinblick auf die Fig. 3A erläutert wurde.

Die dritte Ausführungsform gemäß Fig. 3D mit ihrer Variante gemäß Fig. 3E sieht Zirkoniumdampf-Bogenlampen als Leuchten an Stelle der Wolframlampen vor, die in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 3A verwendet wurden. Jede der Bogenlampen 90 kann bezüglich einer öffnung von mehreren öffnungen 92 in einer lichtundurchlässigen Platte

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angeordnet sein, so daß das von den Öffnungen 92 ausgehende Licht auf einen fotografischen Film 93 auftrifft, der sich zwischen den Linsen eines Kondensors 94 befindet, von dera nur die Linse 95 dargestellt ist. Der restliehe Teil des optischen Systems kann wie derjenige der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 3A sein. Die in Fig. 3E dargestellte Variante sieht vor, daß die Bogenlampen 90 in größerer Entfernung zur Platte 91 angeordnet sind und jeder eine Kondensorlinse 96 zugeordnet ist, die das von den Bogenlampen 90 ausgehende Licht auf die zugehörige Öffnung 92 in der Platte 91 bündelt.

Die im Hinblick auf die verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und dargestellten Raumfilter können auf für den Fachmann bekannte Art und Weise hergestellt werden. Beispielsweise können die Filter fotografisch aus optisch flachen Gläsern hergestellten feinkörnigen fotografischen Platten erzeugt werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, graues Pigment oder Farbstoff auf geeignete Bereiche einer dünnen, auf ein flaches Glas aufgetragenen Gelatineschicht zu bringen. Weiterhin kann auf passende Bereiche einer Glasplatte eine dünne Schicht aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall aufgedampft werden. Bei all diesen Herstellungsverfahren wird vorzugsweise auf die das Filter tragende Oberfläche der Glasplatte ein Deckglas gekittet, damit unerwünschte Phasenverschiebungen vermieden werden, die sonst in dem durchlässigen Licht als Folge der verschiedenen optischen Dicke in den das Filter bildenden verschiedenen beschichteten und unbeschichteten Bereichen auftreten würden. Das verwendete Glas muß "optisch flach" sein, d.h. im Vergleich zur Lichtwellenlänge

.eJLne geringe Rauhigkeit haben, ****^ . , . /eine optische Qualität naben, wie sie normalerweise fur Linsen hoher Qualität erforderlich ist. Die Techniken zum Erzeugen erwünschter Phasenverschiebungen in gewissen Be-

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reichen des Raumfilters sind allgemein bekannt und können angewendet werden, wenn dies für erforderlich gehalten wird. Bei Versuchen mit Raumfilter enthaltenden optischen Systemen gemäß den Fig. 3A bis 3E hat sich gezeigt, daß die normalerweise mit dem herkömmlichen Gebrauch von nur einer punktförmigen Lichtquelle beim räumlichen Filtern verbundenen Schönheitsfehler des Bildes beträchtlich vermindert sind. Die Auswirkungen von Staub oder anderen Fremdkörpern auf optischen Elementen, Fehlern in der Trägerschicht von Filmen, Blasen in Linsen, Interferenzstreifen um fotografische körnige Strukturen, Hofbildungen an Rändern und anderen verwandten Problemen können innerhalb durchaus annehmbarer Grenzen gehalten werden, wenn erfindungsgemäß ein System mit mehreren Lichtquellen verwendet wird, wie es dargestellt/beschrieben wurde. Der Gebrauch einer sehr breiten Lichtquelle, die man als diffuse Lichtquelle bezeichnen könnte, würde natürlich eine weitere Verminderung dieser Schönheitsfehler bringen. Eine solche Lichtquelle gibt aber von Natur aus bei feinen Einzelheiten nur geringen Kontrast und würde ein räumliches Filtern, wie es hier beschrieben wurde, nicht ermöglichen.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   , IJ Optische Einrichtung zur Projektion von strukturierten Objekten, insbesondere Diapositiven, mit einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle zum Beleuchten

   ggf.

   des Objektes und/mit einer wenigstens teilweisen Dunkelfeldbeleuchtung, gekennzeichnet durch mehrere, im wesentlichen punktförmige Lichtquellen (50-52; 51, 52; 80, 84; 90-92,96}.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen eine lichtundurchlässige Platte C52, 91) mit einer entsprechenden Zahl von Löchern C51, 92) und wenigstens eine auf der dem Objekt (59) abgewandten Seite der Platte angeordnete Leuchte (50? 50a; 90) vorgesehen sind.
3. 3» Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Loch (51) in der Platte (52) eine Leuchte (50) mit Wolframfaden zugeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Loch (82) in der Platte (91) eine Zirkoniumdampflampe (90) als Leuchte zugeordnet ist, die wenigstens teilweise kohärentes Licht aussendet.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leuchte (90) unter je einem bestimmten kleinen Winkel gegen die optische Achse geneigt ist.

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6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht jeder Leuchte im wesentliehen kohärent ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem zwischen der Lichtquelle und dem Objekt auf der optischen Achse angeordneten Kondensor, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen Leuchten (8o) und eine entsprechende Zahl von Lichtleitungen (84) vorgesehen sind, an deren einen Enden die Leuchten und an deren anderen, gebündelten Enden der Kondensor (83) angeordnet ist.
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem lichtabsorbierenden Medium für die Dunkelfeldbeleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zahl der Lichtquellen (50) entsprechende Anzahl von zugeordneten Bereichen (62; 65; 67) des Mediums vorgesehen ist.

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