DE2612699A1

DE2612699A1 - Spiegel-kondensor, insbes. fuer projektoren

Info

Publication number: DE2612699A1
Application number: DE19762612699
Authority: DE
Inventors: Franz Krautschneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-23
Filing date: 1976-03-23
Publication date: 1977-09-29

Description

Speigel - Kondensor, insbes. für Projektoren Gegenstand der Erfindung ist ein Spiegel-Kondensor, insbesondere für Projektoren, unter Verwendung mindestens eines sphärischen Spiegels zur Ausleuchtung der Objektfläche. Provektoren mit Spiegel-Kondensor sind bekannt, sowohl mit achsialem Strahlengang, z.B. für Kineçllm, als auch mit abgewinkeltem, z.B. sog. Arbeits- (overhead-) Projektoren. In allen diesen Fällen handelt es sich darum, eine Lichtquelle in einer von dieser relativ weit entfernten Pupille abzubilden. Das ist frei von Abbildunhsfehlern theoretisch nur mit rotationselliptischen Spiegeln möglich, die mit der erforderlichen Genauigkeit nur schwierig und daher teuer herzustellen sind. Bei Projektoren mit größerer Objektrläche ist ein abgewinkelter Strahlengang unabdingbar, um Abschattung zu vermeiden. Der Winkel, den die optischen achsen der Strahlengänge vor und nach der Spiegelung gegeneinander bilden, muß dabei recht erheblich sein. Bei einem sphärischen Spiegel entstehen deshalb unerträgliche Abbildungatehler, in erster Linie goma und Astidmatismus, soda» überall dort, wo der hohe Preis elliptischer Spiegel untragbar ist, Kunststoff-Stufenlinsen trotz erheblioher Nachteile verwendet werden.
Es wurde gefunden, daß es möglich ist, bei Verwendung eines spharischen Hauptspiegels zur Ausleuchtung einer auch großen Objektfläche durch Kombination mit einem oder mehreren zusätzlichen sätzlichen optischen Elementen eine ausreichende Kompensation der gröbsten Fehler wenigstens in erster Annäherung zu erreichen. Ile solche Kombinationen kommen infrage: sphärischer Hauptspiegel mit sphä@@ @hem Hilfsspiegel sphärischer Hauptspiegel mit sphärischer, auch Prisma-Linse sphärischer Hauptapiegel mit sphärischer, auch prismatischer Spiegellinse.
Wesentlich für die erfindungsmäßige Wirkung ist dabei, daS die optischen Ichsen dieser zum Hauptspiegel zusätzlichen Elemente so zur optischen Achse des sie durchaetzenden Strahlenganges schräg angeordnet sind, daß die dadurch entstehenden Bildfehler, speziell Loma oder Astigmatismus, die entsprechenden Fehler des Hauptspiegels mindestens teilweise kompensieren, derart, daß die die Lichtquelle abbildenden Strahlen genügend gebündelt sind, um den Strahlendurchlaß nicht zu verfehlen. Die dazu geeigneten Krümmungen und Neigungen der optisch wirksamen Flächen können sowohl rechnerisch als auch grafisch mit Hilfe der bekannten Methoden ermittelt werden. Die optischen Achsen der zur Korrektion eingesetzten Zusatzelemente können mit der des Hauptapiegele und denen des Strahlenganges vor und nach der S#iegelung an diesem in einer Ebene liegen, oder such in verschiedenen Ibenen, die einen Winkel miteinander bilden. Wenn die Zuoatzelemente nahe an der Lichtquelle liegen, können diese in ihren Abmessungen zu begrenzt gehalten werden, daß es möglich wird, einzelnen rläohenzur besseren Kompensation eines oder mehrerer rer Abbildungsfehler des sphärischen Hauptspiegels eine von der Kugelgestalt abweichende Form zu geben, z.B. elliptisch oder torisch, ohne daß die Kosten zu hoch werden, zumal die Anforderungen an dia Genauigkeit durch die kurze Entfernung zur Lichtquelle wesentlich verringert werden, sodaß billige Herstellungsverfahren, z.B. Pressen oder Gießen, angewendet werden können.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist demnach die Anwendung eines sphärischen Hauptspiegels, welcher zur Objekts- (Arbeits-) fläche geneigt und ihr benachbart ist und diese Ausleuchtet, in Verbindung mit mindestens einem zusätzlichen Element, dessen optische Achse zum ihn durchsetzenden Strahlengeng derart schräg, gestellt ist, das die dadurch entstehenden Abbildungsfehler mindestens teilweise diejenigen kompensieren, die durch die Winkelstellung des Hauptspiegels zur Objektivachse bedingt sind. lils optische achse sind bei Spiegeln die Plächensenkrechten zur Spiegelfläche im Durchstoß-Punkte der optischen Achse des Projektions-Objektives oder deren Spiegelungen zu verstehen, bei Linsen die Retationsachsen in der üblichen Weise.
Die Abbildungen zeigen sohematisoh vier verschiedene Ausführungsformen der Erfindung: lbb. 1 stellt dar: den sphärischen Hauptspiegel (1), den Hilfs- (tompensationa-) Spiegel (2), die Lichtquelle (3.), den Ort der Lichtquellenabbildung (4) und die Objekt-#rbeits-) Ebene (5). Die optischen Achsen von Haupt- und Hilfsspiegel liegen in einer Ebene und bilden den Winkel w.
In Abt. 2 ist der Hilfsspiegel (2) durch eine spharische und prismatische Meniskus-Linse (6) ersetzt, wobei die optischen Achsen ebenfalls in einer Ebene liegen.
In Abb. 3 ist die Hilfslinse als Spiegellinse (7) gestaltet.
Auch hier liegen die optiscnen Achsen in einer Ebene.
Die Strahlengange sind im Meridionalschnitt dargestellt.
Bei allen diesen Anordnungen ist in erster Linie lediglich eine Kompensantion der Koma wenigstens annähernd erreicht, während noch Astigmatismus vorhanden ist. Dieser hält sich jedoch bei geeigneter Gestaltung und Anordnung der optischen Zusatzelemente bereits in erträglichen Grenzen.
Sinne bessere Gesamtkorrektion läßt sich erreichen, wenn die optischen Achsen der einzelnen Elemente nicht in einer Ebene liegen. Das ist an einem Beispiel mit zwei Spiegeln in lbb.4 und 5 dargestellt; in Abb.4 als Seitenansicht, in Abb. 5 in Richtung der Objektivachse, beide für einen waagerecht-ProjettOr. Hier verlaufen die optischen Achsen der beiden Spiegel in zwei verschiedenen Ebenen, die einen Winkel miteinander bilden, so, daß sie sich nicht schneiden. Der naher der Lichtquelle liegende Spiegel (2) zeckmäßig stärker gekrümmt als der Hauptapiegel (1), die Winkelstellung zueinander läßt sich rechnerisch oder grafisch so ermitteln, daß sowohl in der meridionalen als auch in der sagittalen Ebene die Abbildung der Lichtquelle in der Pupille des Objektives (4) optimal wird.
Pür eine Anordnung nach Abb.l sei noch ein praktisches Zahlenbeispiel gegeben: Die Größe der Brbeits- (Objekts-) Fläche eines Arbeits-, sog. overhead-Projektors sei 20 x 2C cm, die Objektiv-Brennweite ca 30 cm; als Lichtquelle diene eine Halogen-Projektions-Glühlampe. Der Kri.mmunsradius der beiden Spiegel (1) und (2) ist gleich und beträgt ca 450 mm. Solche Spiegel können auch mit ausreichender Genauigkeit im Blasverfahren hergestellt werden. Der Winkel (w), den die optischen Achsen der beiden Spiegel miteinander einschließen, beträgt ca 700, der Abstand ihrer Durchstospunkte durch die Spiegelflachen 215 mm.Die Arbeitsfläche liegt ca 110 mm oberhalb des optischen Mittelpunktes des Spiegel (1). Die Lichtouelle liegt etwa 15 mm iiber der Ebene der Arbeitsfläche und etwa 220 mm von der Objektiv-Achse entfernt.

Claims

Patent-Ansprüche 1) Spiegelkondensor, insbes. für Projektoren, gekennzeichnet durch einen der Objekt-Ebene (5) benachbarten Hauptspiegel (1), dessen Flachensenkrechte im Durchstoßpunkte der Objektivachse oder der Achse des die Lichtquellenabbildung durchsetzenden Strahlengunges eine von der Senkrechten auf die Objektfläche (5) abweichende Richtung aufweist, und der über mindestens ein fieiteres optisches Element (z.B. Spiegel oder Linse oder Spiegellinse) beleuchtet wird, dessen oder deren optische Achsen mit den Mittelachsen des durch tretenden Strahlenganges solche Winkel bilden, daß die dadurch entstehenden Abbildungsfehler (speziell Koma und Astigmatismus) die entsprechenden des Kauptspiegels mindestens teilweise kompensieren.
2) Kondensor nach i), gekennzeichnet durch zwei sphärische Spiegel mit gleicher oder verschiedener Krümmung, deren optische Achsen in einer Ebene liegen und miteinander einen Winkel bilden, der größer ist sls der Winkel der in 1) definierten Plachensenkrechten auf den hauptspiegel (1) zur Senkrechten auf die Objektfläche.
3) kondensor nach 1), mit einem sphärischen Hauptspiegel (1) und einer sphärischen, wenn nötig auch prismatischen, Linse, deren optische Achsen in einer Ebene liegen und miteinander einen Winkel wie unter 2) angegeben bilden.
4) Kondensor nach 1) mit einem sphärischen Hauptspiegel (1) und einer sphärischen, wenn nötig auch prismatischen Spiegellinse, deren optische Achsen in einer ebene einen Winkel nach 2) und 3) bilden.
- 5) 5) Kondensor nach 1) bis 4), gekennzeichnet wurch einen sphärischen Hauptspiegel (1) und zwei oder mehr zusätzliche optische Kompensations-Elemente, z.B. Spiegel oder Linsen oder Spiegellinsen).
6) Kondensor nach 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der einzelnen Elemente, also Hauptspiegel und Zusatz-Elemente, in verschiedenen Ebenen liegen, die Winkel miteinerder bilden.
7) Kondensor nach 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet daß die zusätzlich zum Hauptspiegel angeordneten optischen Kompensations-Elemente mindestens eine torische oder andere aspharische Flache aufweisen.
8) Kondensor nach 1) bis 7), gekennzeichnet durch einen im Blasverfahren hergestellten Hauptspiegels.
9) Kondensor nach 1) bis 8), dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Kompensations-Zusatzelemente durch Blasen, Gießen oder Pressen flergestellt sind.