DE2537547C3 - Stufenlinsenkondensor geringer Blendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für einen Overhead-Projektor mit mehreren linearen Stufenlinsen, deren Zylinderachsen einen Winkel von mehr als 0° einschließen.

Bei solchen Overhead-Projektoren besteht eine der Schwierigkeiten darr> daß für den Benutzer ein Bezirk konzentrierten und blendenden Lichtes sichtbar wird, wenn der Blick auf das Projektionsbild oder auf die

jo Bildbühne allein fällt. Diese Blendung ist die Folge der Steuerung eines kleinen Teils des von der Stufenlinsenanordnung weitergeleiteten Lichtes.

Blickt ein Benutzer des Projektors auf die Bildbühne oder auf ein auf der Bildbühne ruhendes Projektionsbild

J5 (Dia), so sieht er ein blendendes Licht aus einem propellerförmigen Bezirk. Das Streulicht blendet den Benutzer unabhängig von seiner Stellung zum Projektionsgerät. Ein Stufenlinsenkondensor der eingangs genannten Art wird in der DE-OS 23 17 830 beschrieben. Der Stufenlinsenkondensor, der in einen Durchlicht-Arbeitsprojektor eingebaut ist. besteht aus zwei stufenförmigen Zylinderlinsen, deren Rillen senkrecht zueinander angeordnet sind. Jedoch ist dieser Stufenlinsenkonden sor mit einer erheblichen Blendwirkung behaftet.

Ferner ist es bekannt (US-PS 35 11 563), in Overhead-Projektoren Kondensorlinsen in Gestalt von ringförmigen Stufenlinsen zu verwenden. Zur Unterdrückung der Blendwirkung durch den sogenannten Propellereffekt bei Stufenlinsen dieser Art ist jedoch ein besonderer Blendschirm erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für Schreibprojektoren zur Abbildung der Lichtquelle in das Projektionsobjektiv zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen eines der Ansprüche I bis 4 beschriebenen Ausbildung der Stufenlinsenanordnung gelöst.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Blendwirkung durch den sogenannten Propellereffekt verhindert wird, da der erfindungsgemäße Stufenlinsenkondensor aus sich selbst heraus eine Blendwirkung unterdrückt. Ein besonderer, im Strahlengang eingebauter Blend-

Ί5 schutzschirm ist daher entbehrlich.

Großflächige Stufenlinsenkondensoren nach der Erfindung können außer in Overhead-Projektoren auch für viele andere Zwecke verwendet werden, beispiels-

weise in Ampelanlagen, bei denen eine kratzfeste Glasscheibe erwünscht ist, sowie bei gewissen Sch au- und Ausstellungsgegenständen.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 und 2 sind schematische Darstellungen von Strahlengängen bei Stufenlinsen, die der Erläuterung der geringen Blendwirkung dienen,

F i g. 3 und 4 sind Darstellungen eines Stufenlmsenkondensors mit vier linearen Stufenlinsen,

F i g. 5 ist eine Draufsicht auf eine Projektorbühne mit drei linearen Stufenlinsen,

F i g. 6 ist ein vergrößert gezeichneter Schnitt durch die Bildbühne und die Stufenlinsen nach der F i g. 5,

F i g. 7 und 9 sind je eine Draufsicht auf verschiedene Linsenanordnungen mit sechs Stufenlinsen,

F i g. 8 ist eine zum Teil als Schnitt gezeichnete schaubildliche Darstellung der einzelnen Bauteile einer weiteren Linsenanordnung mit sechs linearen Stufenlinsen, und

Fig. 10 ist ein vergrößert gezeichneter Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Stufenlinsenanordnung nach der Erfindung.

Anhand der F i g. 1 und 2 wird erläutert, in welcher Weise die störende Blendung vermieden werden kann. Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine einzelne Stufenlinse 29 mit parallelen geradlinigen Rippen und Rillen anstelle der ringförmigen Rippen und Rillen von Stufenlinsen, die in Overhead-Projektoren bisher benutzt wurden, wobei eine Zylinderachse 30 parallel zu den Rippen und durch die optische Mitte der Stufenlinse verläuft Die Stufenlinse 29 fokussiert das Licht aus einer punktförmigen Lichtquelle 31 auf einen Linienfokus 32. Ist parallel zur Stufenlinse ein Bildschirm 33 angeordnet, so bildet Streulicht, das von der Oberfläche der Linse 29 ausgeht, wie beispielsweise der Lichtstrahl 34, längs des Bildschirmes ein Lichtband 35 auf. Die Breite des Lichtbandes 35 ist gleich der Länge des Linienfokus 32 und verläuft seitlich nach jeder Seite des Linienfokus 32.

Die F i g. 2 zeigt zwei rechtwinklig zueinander ausgerichtete lineare Stufenlinsen 37 und 38. die parallel angeordnet und auf eine Lichtquelle 39 ausgerichtet sind, so daß das Licht aus der Lichtquelle im Brennpunkt 40 fokussiert wird, der ein Abbild der Lichtquelle 39 ist. Ist parallel zu den Linsen ein Bildschirm 41 angeordnet, so sieht ein Betrachter zwei vom Streulicht gebildete helle Streifen 42 und 43. Jeder der Streifen 42 und 4} wird von jeweils einer der Stufenlinsen 37 und 18 erzeugt, wobei der von jeder Stufenlinse erzeugte Streifen verschmälert wird, da die anderen Stufenlinsen die gestreuten Lichtstrahlen fokussieren. Wie sich gezeigt hat. ist jeder Streifen ungefähr ebenso breit wie die entsprechende Abmessung des Fokus 40 in der Bildschirmebene 4*.. Einige gestreute Lichtstrahlen fallen in die Quadranten zwischen den Streifen 42 und 43; jedoch ist dieses Licht nicht intensiv genug, um für einen Benutzer des Gerätes störend zu wirken, der auf die Stufenlinsen oder die Bildbühne eines Projektors von einem normalen Standpunkt E aus blickt. Vorzugsweise weisen die Streifen eine Breite von ungefähr 4 cm in der Brennpunktebene oder in der Ebene des Bildschirms 41 auf. Solange ein Benutzer einen normalen Standort einnimmt und auf die Bildbühne aus einer Stellung zwischen den Symmetrie- oder Zylinderachser der Stufenlinsen, nämlich den Achsen 44 und 45 und nicht in einer zu der Zylinderachse einer Stuienlinse senkrecht Richtung blickt, wird bei einer Betrachtung der Bildbühne oder eines auf dieser ruhenden Projektionsbildes aus der Stufenlinsenanordnung eine wesentlich geringere Blen dung erhalten.

Ein Projektor wird vorzugsweise mit mindestens vier gesonderten Stufenlinsen ausgestattet, wobei jede Stufenlinse eine ebene Seite und eine mit parallelen Rippen und Rillen ausgestattete Seite aufweist. Die vier Stufenlinsen werden im allgemeinen paarweise so

ίο orientiert, daß die Zylinderachse einer Stufenlinse eines Linsenpaares im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse des anderen Linsenpaares verläuft, und ferner derart, daß jedes Linsenpaar so orientiert wird, daß die Zylinderachse des einen Linsenpaares gegenüber den

π am nächsten gelegenen Zylinderachsen des anderen Linsenpaares um 5° bis 45° verdreht ist. Die Stufenlinsen können jedoch auch auf andere Weise angeordnet werden, beispielsweise als Tripletts, wobei die Achse einer jeden Linse mit den Achsen der anderen

2ü Linsen einen Winkel von ungefähr 60° bildet.

Die Fig. 3 zeigt einen Stufenlin: .^kondensor mit zwei Paaren von gekreuzten linearen Stu'enlinsen, bei denen die Aberration gekreuzter Zylinder vermieden wird. Die Zylinderachsen 80, 81 eines Linsenpaares

2") stehen im wesentlichen senkrecht auf den Zylinderachsen 82, 83 des anderen Stufenlinsenpaares. Die Zylinderachsen des einen Linsenpaares schließen mit den am nächsten gelegenen Zylinderachsen des anderen Linsenpaares einen Winkel θ ein, so daß Bezirke mit

i» einer verhältnismäßig hohen Brechkraft über Bezirken mit einer verhältnismäßig niedrigen Brechkraft liegen. Die Lichtstrahlen, die von einer solchen Anordnung auf einen im wesentlichen gemeinsamen Brennpunkt fokussiert werden, fallen durch den Linsenaufbau

H innerhalb einer Kurve, die durch die gestrichelte Linie 84 dargestellt wird.

Der Winkel θ wird vorzugsweise mit mindestens 5° bemessen, um die Bildung von Moires gering zu halten, und mit mindestens 10°, um die Ausdehnung des

■»ο ausnutzbaren Bezirks 85 wesentlich zu vergrößern. Der günstigste Winkel für die Ausdehnung des ausnutzbaren Bezirks 85 und zur Verringerung des Moire-Effekts würde 54° betragen. Ein Winkel von 45° ist insofern ungünstig, als die Bezirke mit geringer Blendung kleiner

^ als erwünscht sind. Für den Winkel θ kann der günstigste Wert so gewählt werden, daß ein zufriedenstellender Bezirk geschaffen wird, wie in der F i g. 4 dargestellt, die ähnlich der F i g. 3 einen Linsenaufbau mit vier linearen Stufenlinsen zeigt. Unterhalb des

V) Aufbaus ist eine kleine, nicht dargestellte Lichtquelle angeordnet. Das Licht aus der Lichtquelle fällt durch die Linsenanordnung und wird innerhalb eines Bezirks fokussiert, der durch den Kreis 86 in einer entfernt geleg'-.iei Ebene 87 dargestellt wird. Das Streulicht fällt

■>■> auf die Ebene 87 innerhalb von vier Streifen 88, 89, 90. und 91 mit unterschiedlicher Breite, die jedoch ungefähr der Breite des Abbildungskreises 86 entspricht.

Da die Augen des Benutzers des Gerätes sich im allgemeinen in einer Höhe über der Linsenanordnung

M> befinden, die ungelahr der Höhe der Abbildungsebene 87 und des Abbildungskreisss 86 entspricht, grenzen die Winkel γ und ω Bezirke ab, die hiernach als Bezirke geringer Blendung bezeichnet werden, iii denen die Augen des Benutzers sich nicht im Bereich starken

hi Streulichtes befinden.

Um die Moire-biflekte zu verringern und um genügend große Bezirke mit geringer Blendung erhalten zu können, wird der Winkel θ vorzugsweise

mit 25° bis 35" bemessen. Die Orientierung der Zylinderachsen der Stufenlinsen in bezug auf den äußeren Umriß der Linsenanordnung kann ohne Änderung des Winkels θ verändert werden, um eine geeignete Orientierung der Bezirke geringer Blendung zu erhalten.

Die F i g. 5 und 6 zeigen einen dreilinsigen Kondensor. Die drei Zylinderachsen 96,97 und 98 liegen so, daß sie sich unter Winkeln von im wesentlichen 60" schneiden, wenn die Projektorbildbühne von oben her betrachtet wird, wie in der F i g. 5 dargestellt. Nach der Darstellung in der Fig.6 weist die Anordnung eine Deckplatte 99 auf, die als Bildbühne bzw. Auflagefläche zur Abstützung eines Projektionsbildes (Dias) dienen kann, und die aus Glas, Polymethylmetacrylat oder Polycarbonat bestehen kann. Die Platte wird an den Kanten an der Einrahmung der oberen Linse 100 befestigt, die so orientiert ist, daß deren Zylinderachse % senkrecht zu den vorderen und rückwänigrn Kanten der Projektionsbildbühne verläuft. Die Linse 101 ist mit einer Umrandung versehen und ist zwischen der Linse 100 und einer dritten Linse 102 versiegelt angeordnet. Die betreffenden Zylinderachsen 97 und 98 der Linsen 101 und 102 sind in bezug auf einander sowie zur Zylinderachse % gedreht. Wie sich gezeigt hat, kann mit diesem dreilinsigen Aufbau die gleiche Fokussierungswirkung erreicht werden wie mit ringförmigen Stufenlinsen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Linsenanordnung mit zwei Tripletts von Stufenlinsen. Fünf Tafeln 110, 111, 112, 113 und 114 sind mit sechs gerippten Flächen versehen, wobei die Tafel 112 an beiden Seiten mit geradlinigen Rippen ausgestattet ist. so daß jede Seite der Tafel als Stufenlinse wirkt. Bei einer solchen Anordnung wird die Anzahl der brechenden Flächen in den Stufenlinsen und damit die Verluste infolge der Reflexion an den Zwischenflächen herabgesetzt. Die sechs gerippten Flächen bzw. Stufenlinsen 141,142,143, 144,145,146 besitzen Zylinderachsen 104,105,106,107, 108 und 109. Die Zylinderachsen 104, 105 und 106 des einen Tripletts sind gegeneinander um einen Winkel von 60= und die Zvlinderachsen 1107. 108 und 109 sind gegeneinander um einen Winkel von 60° verdreht. Die Zylinderachsen der beiden Tripletts sind um einen Winkel β von ungefähr 10" gegeneinander verdreht. An den vorderen Ecken der Bildbühne werden auf diese Weise einen Winkel von 50° umfassende Bezirke mit geringer Blendung erhalten.

Bei der Stufenlinsenanordnung nach der F i g. 7 und 8 kann die ebene Oberseite der Stufenlinse 141 als Bildbühne für d°n Projektor benutzt werden. Zum Schutz des polymeren Material«., aus dem die Stufenlinse 141 hergestellt werden kann, kann ihre ebene Oberseite mit einem transparenten harten Material beschichtet werden, beispielsweise aus einem Siliconfluorpolymer, das als Auflagefläche 115 dient.

Die F i g. 9 zeigt eine Anordnung mit sechs Stufenlinsen, die aus drei Paaren linearer Stufenlinsen besteht. Innerhalb eines jeden Linsenpaares stehen die Zylinderachsen der Stufenlinsen senkrecht aufeinander. Die Zylinderachsen 117 und 118 des einen Linsenpaares bilden mit den Zylinderachsen 1121 und 122 des zweiten Linsenpaares Winkel von 10° bis 15°. Die Zylinderachsen 119 und 120 des dritten Linsenpaares sind gegenüber den Zylinderachsen 121 und 122 des zweiten Linsenpaares um 10" bis Ί5" verdreht. Bei der beschriebenen Orientierung der Linsenpaare erstrecken sich die Bezirke mit geringer Blendung am Projektor

über Winkel von 60° bis 70°.

Die F i g. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stufenlinsenkondensors, der aus zwei Paaren linearer Stufenlinsen in einer Kombination besteht, bei der die Zylinderachsenorientierung der in der F i g. 4 dargestellten Orientierung gleicht. Bei dieser Anordnung ist jedoch die obere Stufenlinse 125 in einer in der Mitte gelegenen Vertiefung 126 mit Rippen und Rillen versehen, wobei zusammen mit einer entsprechend ausgebildeten Stufenlinse 127, die mit einer gleichen Vertiefung 128 ausgestaltet ist, ein Hohlraum zwischen den Stufenlinsen geschaffen wird. In diesem Hohlraum, der beim Zusammensetzen der Stufenlinsen 125 und 127 gebildet wird, können dünne Stufenlinsen 129 und 130 angeordnet werden, die die anderen beiden Stufenlinsen des Stufenlinsenkondensors bilden. Diese Stufenlinsen werden vorzugsweise mit Rippen und Rillen ausgestaltet, so daß die Stufenlinsen 125 und 129 das eine optische Pääl üi'ld die SiülcniifiscFi |27 üuu ijO uäS ϋΠίι£Γ£ optische Paar des Stufenlinsenkondensors bilden. Bei dieser Anordnung sind die gerippten Seiten des oberen Linsenpaares 125 und 129 der Lichtquelle zugewandt, während die gerippten Seiten der Stufenlinsen 127 und 130 sch an den Seiten der Tafeln befinden und der Lichtquelle abgewandt sind.

Bei den für die Erfindung nützlichen Linsenanordmin gen weisen die Linsen in bezug aufeinander und auf die Lichtquxi'e eine bevorzugte Orientierung auf. Diese Orientierung ist jedoch nicht unveränderbar, und die Anordnung der einzelnen Stufenlinsen eines vierlinsigen Aufbaus kann verändert werden. Hei einem vierlinsigen Aufbau mit den Linsen 1, 2, 3 und 4, wobei die Linsen 1 und 2 das eine Paar orthogonaler Linsen und die Linsen 3 und 4 das zweite Linsenpaar bilden, können die Linsen in einer anderen Reihenfolge zusammengesetzt werden, z. B. in der Reihenfolge 1,23,4 oder 1, 3, 2, 4. Bei einer anderen Reihenfolge der Stufenlinsen verändert sich jedoch nicht die Orientierung der Zylinderachsen.

Es wurde ein Projektor mit einer Kondensorlinsenanordnung angefertigt, die aus vier Tafeln mit einer Dicke von 4 mm aus Polymethyl-methacrylat bestand, wobei jede Tafel an einer Seite mit (gerippten linearen) Stufenlinsenabschnitten versehen wurde. Die Anordnung der Zylinderachsen der vier Stufenlinsen entsprech im wesentlichen der Anordnung nach der F i g. 4. wobei der Winkel θ 30" betrug, während die Winkel A und ß beiderseits der Mittellinie der Bildbühne 15⁼ betrug. Die Linsen waren einander gleich und glichen ferner einer F= 1,1 plankonvexen normalen Zylinderlinse. Pro Zentimeter waren 40 Rippen vorgesehen. Bei den unteren Stufenlinsen waren die Rippen a der Oberseite vorgesehen, von der Lichtquelle abgewandt, während bei den oberen beiden Linsen die gerippten Seiten der Lichtquelle zugewandt, dh, nach unten gerichtet waren. Die Oberseite der oberen Stufenlinse dient als Bildbühne, so daß für diesen Zweck keine besondere Materialplatte erforderlich war.

Die linearen Stufenlinsen werden hergestellt durch Prägen, Pressen oder Formen aus einem synthetischen polymerischen Material, z. B. aus Polymethyl-methacrylat. Verwendet werden können auch andere polymere Materialien, wie Celluloseazetatbutynat und Polycarbonat.

Der Schutzbelag bzw. die widerstandsfähige Materialplatte auf der ebenen Oberseite der oberen Stufenlinse ist sehr wichtig bei Anordnunger,, deren Linsen aus Polymethylmethacrylat hergestellt sind. Wie in der Fig. 10 dargestellt kann mit der ebenen

Oberseite der Stufenlinse 125 eine als Auflagefläche dienende Platte 131 aus Glas oder aus einem optisch klaren polymeren Material, z. B. ein klares Polycarbonat verbunden werden. Diese Auflagefläche 131 hildet eine steife Abstützung für die Linsenanordnung bei einer harten Oberfläche, auf die die Projektionsbilder bzw. Dj^ s gelegt werden können, ohne daß die Oberfläche zerschrammt oder zerkratzt wird.

Hierzu Λ Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für einen Overhead-Projektor mit mehreren linearen Stufenlinsen mit Zylinderlinsenwii kung, deren Zylinderachsen einen Winkel von mehr als 0° einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenlinsenkondensor drei lineare Stufenlinsen (110, 101, 102) aufweist, die so zueinander orientiert sind, daß die Zylinderachse (96, 97, 98) jeder Linse mit den Zylinderachsen der anderen beiden Linsen einen Winkel von 55° bis 65° bildet

2. Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für einen Overheadprojektor mit mehreren linearen Stufenlinsen mit Zylinderlinsenwirkung, deren Zylinderachsen einen Winkel von mehr als 0° einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenlinsenkondensor vier lineare Stufenlinsen (125, 127, 129, 130) aufweist, die in zwei Paarer, so angeordnet ind, daß die Zylinderachse einer Linse des einen Paares mit der Zylinderachse der anderen Linse des Paares einen Winkel von ungefähr 90° bildet, und daß die Linsenpaare gegeneinander um 5° bis 45° verdreht sind.

3. Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für einen Overhead-Projektor mit mehreren linearen Stufenlinsen mit Zylinderlinseriwirkung, deren Zylinderachsen einen Winkel von mehr als 0° einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stuftnlinsenkondensor sechs lineare Stufenlinsen aufweist, die paarweise so orientiert sind, daß die Zylinderachse (117, 118, 119, 120, 121, 122) einer Linse eines Paares t.iit det Zylinderachse der anderen L.nse des Ptares einen Winkel von ungefähr 90° bildet, und dal die Linsenpaare !gegeneinander um 5° bis 20° verdreht sind.

4. Stufenlinsenkondensor geringer Blendung für einen Overhead-Projektor mit mehreren linearen Stufenlinsen mit Zylinderlinsenwirkung, deren Zylinderachsen einen Winkel von mehr als 0° einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenlinsenkondensor sechs lineare Stufenlinsen 1(141,142,143,144,145,146) aufweist, die in Tripletts so angeordnet sind, daß die Zylinderachse (104,105, 106,107,108,109) einer Linse eines Tripletts mit den Zylinderachsen jeder anderen Linse des Tripletts einen Winkel von 55° bis 65° bildet und daß die Tripletts gegeneinander um 5 bis 10° verdreht sind.

5. Stufenlinsenkondensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Stufenlinsen (143, 144) als Teil einer einstückigen Tafel (112) ausgebildet sind, und daß die Rippen der einen Stufenlinse (143) an der einen Seite der Tafel (112) und die Rippen der anderen Stufenlinse (144) an der gegenüberliegenden Seite der Tafel (112) gelegen sind.

6. Stufenlinsenkondensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einer Auflagefläche zur Aufnahme von Projektionsbildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte (143, 145, 146; 127, 130) der Stufenlinsen so orientiert sind, daß ihre gerippten Flächen der Auflagefläche (115,131) zugewandt und die andere Hälfte (141, 142, 144; 125, 129) der Stufenlinsen so orientiert sind, daß ihre gerippten Flächen von der Auflagefläche abgewandt sind.

7. Stufenlinsenkondensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Hälfte (143, 145, 146; 127, 130) der Stufenlinse, deren gerippte

Seiten der Auflagefläche (115,131) zugewandt sind, von der Auflagefläche am weitesten entfernt gelegen sind.

8. Stufenlinsenkondensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die Verdrehung 25° bis 35° beträgt

9. Stufenlinsenkondensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer nichtgerippten Seite einer der Stufenlinsen (115,141) eine Platte (115,131) aus Glas oder aus einem klaren polymeren Material verbunden ist.

10. Stufenlinsenkondensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß eine nichtgerippte Seite derjenigen Stufenlinse (125,141), die von der Lichtquelle am weitesten entfernt gelegen ist, der Lichtquelle abgewandt ist und als Auflagefläche (151,131) für Projektionsbilder dient