DE3118249A1

DE3118249A1 - "beleuchtungseinrichtung fuer einen testprojektor"

Info

Publication number: DE3118249A1
Application number: DE19813118249
Authority: DE
Inventors: Vaclav 6552 Bad Münster-Ebernburg Brei; Gerhard Dr. 6551 Traisen Hohberg
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke Ag 6550 Bad Kreuznach; Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-11-25
Also published as: FR2505511A1; GB2098310B; JPS57181171U; US4384769A; GB2098310A

Description

- 3 Jos. Schneider GmbH & Co., Optische Werke, Bad Kreuznach

"Beleuchtungseinrichtung für einen Testpro jektor"

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für einen Testprojektor in Fernsehkameras mit einstellbarer Lichtfarbe und regelbarer Leuchtdichte, bei der ein hohes Mass an Stabilität und an Homogenität sowohl in Farbe, als auch im Pegel gewährleistet ist, die aus einer als leuchtendes Element ausgeführten Lichtmischkammer, mehreren Lichtquellen, die das Lichtmischkammerinnere beleuchten, mehreren Farbfiltern, die den Lichtquellen vorgeschaltet sind und einer Einrichtung zur Steuerung der in die Lichtmischkammer eingestrahlten Lichtintensität von mindestens einer Lichtquelle besteht.

Moderne Farbfernsehkameras, bei denen die elektrische Justage und die Anpassung an die optischen Eigenschaften des jeweiligen Aufnahmeobjektivs automatisch erfolgt, benötigen eine Projektionseinrichtung, die ein geeignetes Testbild auf den BiIdaufnahmeröhren erzeugt. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe eines meistens im Objektivgehäuse integrierten Testprojektors, der mittels eines einschwenkbaren oder eines fest im System eingebauten teildurchlässigen Spiegels an den optischen Strahlengang des Aufnahmeobjektivs angeschlossen wird.

Ein wesentlicher Bestandteil solcher Einrichtungen ist das Beleuchtungssystem, das die Aufgabe hat, ein Testdia mit einer bestimmten Lichtfarbe und Beleuchtungsstärke zu durchleuchten.

Dabei werden hohe Anforderungen sowohl an die Einstellgenauigkeit der gewünschten Lichtfarbe, als auch an den Einstellbereich der auf den Bildaufnahmeröhren erzeugten Beleuchtungsstärke gestellt. Ausserdem darf im Regelfall die Gleichmässigkeit der Testdiaausleuchtung nicht mehr als zwei Prozent von der Mitte bis zum Rand hin abweichen. Daher muss ein hohes Mass an Homogenität der Leuchtdichte sowohl in Farbe, als auch im Pegel gewährleistet sein. Weiterhin besteht die Forderung, dass alle diese Eigenschaften sofort nach Einschalten der Beleuchtung garantiert werden müssen und dass diese auch über lange Zeit und bei extremen Umweltbedingungen konstant bleiben müssen.

Bisher bekannte Beleuchtungseinrichtungen in verschiedenen, nicht nur dem Farbfernsehen dienenden Projektionssystemen, bei denen die Forderung besteht, ein Licht bestimmter Farbe und Stärke abzustrahlen, sind Systeme, in denen die gewünschte Lichtfarbe in der Regel durch additive oder subtraktive Farbmischung des Lichtes erzielt wird. Die Gleichmässigkeit der Lichtfarbe und der Beleuchtungsstärke über das ganze Bildfeld ist in derartigen Geräten jedoch von geringer Qualität. Die Schwankung beträgt hier örtlich fünf bis zehn Prozent. Auch die Stabilität des Lichtes über einen längernen Zeitraum und bei extremen Umweltbedingungen ist bei derartigen Geräten unzureichend.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 13 262 ist ein Projektionssystem für Farbfernsehkameras bekannt, bei dem die gewünschte Lichtfarbe durch additive Farbmischung erzeugt wird. Dieses weist eine Einrichtung zur Erzeugung mehrerer Farbkomponenten-Lichtstrahlen innerhalb der Testbild-Pro jektionsvorrichtung, eine Einrichtung zur Regulierung der Intensität wenigstens eines der mehreren F.arbkomponenten-Lichtstrahlen und eine Einrichtung zur erneuten Vereinigung mehrerer Farbkomponenten-Lichtstrahlen auf.

Diese Lösung ist mit folgenden Nachteilen behaftet:

Eine äusserst gleichmässige Beleuchtung über die ganze Fläche des Testdias kann mit einem herkömmlichen Kondensor nicht erreicht werden.

Die Gleichmässigkeit der Lichtfarbe über die ganze Bildfläche hängt von der Güte der Vermischung der einzelnen Farbkomponenten in der Objektebene des Kondensors ab. Dies ist bei dem bekannten System nur unter hohem Aufwand möglich. Sowohl die Lichtfarbe, als auch die Beleuchtungsstärke brauchen nach der Einschaltung der Lampen eine gewisse Zeit zur Stabilisierung, nämlich so lange, bis sich ein Temperaturgleichgewicht an den Lampenwendeln eingestellt hat. Dies hat zur Folge, dass am Anfang des nur wenige Minuten dauernden automatischen Kameraabgleichs andere Beleuchtungsbedingungen herrschen als am Ende, so dass ein fehlerhafter Kameraabgleich dadurch möglich ist.

Dieses Verhalten wird durch extreme Umweltbedingungen, denen die Kamera ausgesetzt sein kann, noch verstärkt negativ beeinflusst.

Durch die Vielzahl von verschiedenen optischen Komponenten wird der gesamte Aufbau des bekannten Systems gross und kompliziert. Da aber ein solcher Testprojektor meist in das Gehäuse des bestehenden Fernsehobjektivs integriert werden muss, spielen sowohl die Grosse, als auch das Gewicht des gesamten Systems eine wichtige Rolle.

Andere Beispiele für die Verwendung der additiven bzw. subtraktiven Farbmischung in einem Beleuchtungssystem sind bei verschiedenen Farbvergrösserungsgeräten bekannt. Das Prinzip besteht darin, dass das Licht von einer oder mehreren Lampen gefiltert und in einer

Lichtmischkammer additiv bzw. subtraktiv gemischt wird. Durch Spannungsänderungen der Lampenversorgung oder durch Einschwenken von Farbfiltern in den Strahlengang werden unterschiedliche Farbmischungen erzeugt. Bei allen diesen Geräten kommt es hauptsächlich auf die Lichtintensität über eine grössere Fläche, sowie auf einen grossen Farbeinstellungsbereich, weniger jedoch auf die absolute Homogenität der Ausleuchtung der Austrittsöffnung der Lichtmischkammer an. Es werden auch keine hohen Ansprüche an die Stabilität des Lichtes, weder gleich nach dem Einschalten, noch bei extremen Umweltbedingungen gestellt. Aus diesen Gründen ist die Verwendung dieses allgemein bekannten Prinzips für die anfangs beschriebenen Zwecke nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und ein Beleuchtungssystem zu schaffen, bei dem ein hohes Mass an Homogenität der Leuchtdichte in Farbe und Pegel gewährleistet ist. Weiter soll die Möglichkeit geschaffen werden, bestimmte Farbmischungen erzeugen zu können.

Die einmal eingestellte Farbmischung soll für mehrere umschaltbare Beleuchtungsstärken konstant bleiben. Eine hohe Stabilität der gewählten Farbmischung und auch der jeweiligen Beleuchtungsstärke auf den Bildaufnahmeröhren muss nicht nur sofort nach dem Einschalten des Systems, sondern auch unter extremen Umweltbedingungen garantiert sein. Das Beleuchtungssystem soll einfach, kompakt, leicht und justagefreundlich sein, und es soll möglichst keine justageempfindlichen optischen Bauelemente beinhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Flächen der Lichtmischkammer, die von den Lichtquellen direkt

» » ft .

bestrahlt werden, ausserhalb eines Kegels liegen, der durch die Verlängerung äusserer Strahlen eines Projektionsobjektivs in der Lichtmischkammer entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemässe Beleuchtungseinrichtung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine optische Anordnung eines Testprojektors in Verbindung mit einem Aufnahmeobjektiv und einem Teil einer

Farbfernsehkamera,

Fig. 2 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 2A eine Ansicht in der Ebene A - A in Fig. 2,

Fig. 3 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 3A eine Ansicht in der Ebene B - B in Fig. 3,

Fig. 4 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 4A eine Ansicht in der Ebene C - C in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung eines Testprojektors in Verbindung mit einem Aufnahmeobjektiv und einem Teil einer Farbfernsehkamera. Der Testprojektor, der aus einer in dieser Figur nur als Lichtquelle dargestellten Beleuchtungseinrichtung 1 und einem Projektionsobjektiv 2 besteht, wird durch einen schwenkbar angeordneten Spiegel 3 an den Strahlengang des Aufnahmeobjektivs angeschlossen.

Die geometrische Struktur eines Testdias 5 wird beim Durchgang durch einen Strahlenteiler 6 in drei Farbkomponenten zerlegt und auf einzelne Bildaufnahmeröhren 7, 8 und 9 als rotes, grünes und blaues Testbild projiziert.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen den Testprojektor in vereinfachter Form ohne die Verbindung mit dem Aufnahmeobjektiv 4. Die in diesen Figuren dargestellten Ausführungsformen weisen folgende gemeinsame Merkmale auf: Sie bestehen aus einer beispielsweise als Ulbrichtsche Kugel ausgeführten Lichtmischkammer lo, an deren Austrittsöffnung das Testdia 5 angeordnet ist, je drei Lichtquellen 11, 12 bzw. 13, die das Lichtmischkammerinnere beleuchten, je drei Farbfilter 14, 15 und 16 mit vorwiegender Transmission in Rot, Grün und Blau, die den Lichtquellen 11, 12 und 13 vorgeschaltet sind und einer nicht dargestellten Einrichtung zur Steuerung der in die Lichtmischkammer Io eingestrahlten Lichtintensität der einzelnen Lichtquellen 11, 12 bzw. 13.

Unter Lichtmischkammer, die keine Ulbrichtsche Kugel zu sein braucht, wird ein Hohlraum mit einer oder mehreren Eintrittsund Austrittsöffnungen verstanden, dessen Innenwände mit lichtstreuendem weissen Anstrich versehen sind. Nach vielfacher Remission des durch die Eintrittsöffnung eingestrahlten Lichtes tritt aus der Austrittsöffnung der Lichtmischkammer diffuses, gut vermischtes Licht aus. Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Austrittsöffnung solcher Lichtmischkammern zu einem sogenannten Lambertstrahler werden, das heisst zu einem Strahler mit äusserst homogener Leuchtdichte und mit einer cosinusartigen Abstrahlcharakteristik.

9 W A 4

Eine dieser Voraussetzungen ist die richtige Art der Einstrahlung in die Lichtmischkammer. Diese ist sowohl von dem Verwendungszweck, als auch von der Art der Anordnung des nachgeschalteten optischen Systems abhängig.

Bei den Ausführungsbeispielen erfolgt die Einstrahlung derart, dass nur solche Flächen der Lichtmischkammer Io von den Lichtquellen 11, 12 bzw. 13 direkt bestrahlt werden, die ausserhalb eines Kegels 17 liegen, welcher durch die Verlängerung äusserer Strahlen 18 des Projektionsobjektivs 2 in der Lichtmischkammer Io entsteht. Mindestens für diesen so abgegrenzten Winkelbereich kann die Austrittsöffnung der Lichtmischkammer Io als Lambertstrahler betrachtet werden.

Die durch die Innenwand der Lichtmischkammer Io gegebene Grundfläche des Kegels 17 wird im folgenden als Beleuchtungsfeld 19 des Projektionsobjektivs 2 bezeichnet. Dieses Beleuchtungsfeld 19 nimmt einen relativ grossen Teil der Innenfläche der möglichst klein gestalteten Lichtmischkammer Io ein. Weitere Flächenverluste sind durch die drei Eintrittsöffnungen, sowie durch die ziemlich grosse Austrittsöffnung der Lichtmischkammer Io gegeben, so dass nur eine kleine Fläche für die direkte Bestrahlung durch die Lichtquellen 11, 12 bzw. 13 übrig bleibt.

Die gezielte Bestrahlung nur bestimmter Flächen innerhalb der kleinen Lichtmischkammer Io unter möglichst konsequentem Verzicht auf zusätzliche optische Hilfsmittel wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Lichtquellen, wie in Fig. 2 dargestellt, als Linsenlampen ausgeführt sind. Dies bewirkt, dass das Licht von den Lampen zum grossen Teil als gerichteter Lichtkegel 2o abgestrahlt wird, so dass das Beleuchtungsfeld 19 von den Lampen nicht direkt

- Io -

bestrahlt wird. Anstelle der Linsenlampen können auch übliche Lampen mit vorgeschalteten Linsen angeordnet sein.

In der Fig. 3 werden die Lichtquellen 12 so weit von den Eintrittsöffnungen der Lichtkammer Io angeordnet und/oder es werden solche schattengebenden Schirme 21 an die Eintrittsöffnungen angebracht, dass auch in diesem Falle das Beleuchtungsfeld 19 des Projektionsobjektivs 2 nicht direkt bestrahlt wird.

Falls es zweckmässig ist, die Lichtquellen in einer gewissen Entfernung von der Lichtmischkammer Io anzuordnen, beispielsweise aus Platzgründen, können die Eintrittsöffnungen der Lichtmischkammer Io mit den Lichtquellen 13 durch Lichtleiter 22 verbunden sein, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Bei dieser Ausführung muss ein Einstrahlwinkel 23 so gewählt sein, dass ein Lichtkegel 24 am Lichtleiterausgang vorwiegend nur die Flächen der Lichtmischkammer Io bestrahlt, welche sich ausserhalb des Beleuchtungsfeldes 19 des Projektionsobjektivs 2 befinden.

Fig. 2A, 3A und 4A stellen mit ihren Ansichten der jeweiligen Ebenen nach den Figuren 2,3; bzw.. 4 beispielsweise Anordnungen der Lichtquellen 11, 12 bzw. 13 und der Eintrittsöffnungen der Lichtmischkammer Io dar.

Die Einrichtung zur Steuerung der Lichtintensität der einzelnen Lichtquellen 11, 12 bzw. 13, die nicht zeichnerisch dargestellt ist, kann beispielsweise eine elektrische Schaltung mit veränderbaren Widerständen sein. Auch kann es eine reine mechanische, den elektrischen Schwankungen nicht unterliegende Lichtintensitätssteuerung sein, die aus Irisblenden oder Graukeilen besteht, welche den

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jeweiligen Lichtquellen bzw. den jeweiligen Eintrittsöffnungen vorgeschaltet sind.

Um mehrere Stufen der Beleuchtungsstärke bei gleichbleibender Lichtfarbe zu erzielen, kann jeder gewählten Beleuchtungsstufe ein Satz von den oben erwähnten veränderbaren Wiederständen zugeordnet sein, oder es können der Austrittsöffnung der Lichtmischkammer verschiedene Graufilter nachgeschaltet werden. Eine Steuerung der Lichtintensität durch eine Irisblende in dem Projektionsobjektiv ist ebenfalls möglich.

Die Empfängerseite des bei der Beschreibungseinleitung erwähnten Regelkreises zur Konstanthaltung der Soll-Lichtintensität der einzelnen Lichtquellen besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus drei Fotodetektoren 25, die ein Teil des abgestrahlten Lichtstroms der einzelnen Lichtquellen 11 messen und die Messwerte einem an sich bekannten Regelkreis übergeben, welcher die Versorgungsspannung jeder einzelnen Lichtquelle 11 auf einem, dem Soll-Lichtstrom entsprechenden Wert konstant hält. Zwischen den Lichtquellen 11 und den Fotodetektoren 25 sind vorzugsweise Wärmeschutzfilter 26 angeordnet, um eine direkte Wärmebestrahlung der Fotodetektoren 25 durch die Lichtquellen 11 zu verhindern.

Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Fotodetektoren in einer gewissen Entfernung von den Lichtquellen anzuordnen und einen Teil der Lichtenergie der einzelnen Lampen den Fotodetektoren über Lichtleiter zuzuführen.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zur Konstanthaltung der Lichtintensität der einzelnen Lichtquellen 13 gezeigt.

Die Intensität des in der Lichtmischkammer Io gemischten Lichtes wird von einem Fotodetektor 27 gemessen, der derart angeordnet ist, dass dieser von den einzelnen Lichtquellen 13 nicht direkt bestrahlt wird. Die Messwerte des Fotodetektors 27 werden einem Regelkreis übergeben, der die Versorgungsspannung jeder einzelnen Lampe auf einem, der Soll-Lichtintensität entsprechenden Wert konstant hält.

Es ist selbstverständlich, dass die beiden erwähnten Ausführungsformen der Einrichtung zur Konstanthaltung der abgestrahlten Lichtenergie nicht nur an die jeweilige Ausführungsform der Einstrahlung des Lichtes in die Lichtmischkammer Io gebunden sind, sondern dass diese auch gegenseitig umgetauscht werden können.

Mit der Erfindung wird eine Beleuchtungseinrichtung eines Testpro jektors für Farbfernsehkameras geschaffen, die in der Lage ist, bei einstellbarer Lichtfarbe und regelbarer Leuchtdichte ein hohes Mass an Homogenität sowohl in Farbe, als auch im Pegel zu gewährleisten. Gleichzeitig wird eine hohe Stabilität der jeweiligen Beleuchtungsstärke auf den Bildaufnahmeröhren nicht nur gleich nach dem Einschalten des Systems, sondern auch unter extremen Umweltbedingungen erreicht. Dabei ist die erfindungsgemässe Einrichtung sehr einfach, kompakt, leicht und justagefrei, da sie keine optischen Bauelemente beinhaltet. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass durch die Einfachheit und Kompaktheit des Systems die Beleuchtungseinrichtung auf kleinstem Platz unterzubringen ist und das Gewicht sehr klein gehalten werden kann, da die Beleuchtungseinrichtung im wesentlichen aus einem Hohlraum besteht.

/S

1 Beleuchtungseinrichtung

2 Projektionsobjektiv

3 Spiegel

4 Aufnahmeobjektiv

5 Testdia

6 Strahlenteiler

7 Bildaufnahmeröhre

8 Bildaufnahmeröhre

9 Bildaufnahmeröhre

10 Lichtmischkammer

11 Lichtquelle in Fig.

12 Lichtquelle in Fig.

13 Lichtquelle in Fig.

14 Farbfilter

15 Farbfilter

16 Farbfilter

17 Kegel

18 äussere Strahlen

19 Beleuchtungsfeld

20 Lichtkegel

21 schattengebende Schirme

22 Lichtleiter

23 Einstrahlwinkel

24 Lichtkegel

25 Fotodetektoren

26 Wärmeschutzfilter

27 Fotodetektoren

Claims

• Λ * · ft 4 * * fin e * *··· * «a Ci * ί - 1 Jos. Schneider GmbH & Co., Optische Werke, Bad Kreuznach "Beleuchtungseinrichtung für einen Testprojektor" Patentansprüche

1. Beleuchtungseinrichtung für einen Testprojektor, insbesondere in Farbfernsehkameras, bestehend aus einer als beleuchtendes Element ausgeführten Lichtmischkammer, mehreren Lichtquellen, die das Lichtmischkammerinnere beleuchten, mehreren Farbfiltern, die den Lichtquellen vorgeschaltet sind und einer Einrichtung zur Steuerung der in die Lichtmischkammer eingestrahlten Lichtintensität von mindes= tens einer Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Lichtmischkammer (lo), die von den Lichtquellen (ll, 12 bzw. 13) direkt bestrahlt werden, ausserhalb eines Kegels (17) liegen, der durch die Verlängerung äusserer Strahlen (18) eines Projektionsobjektivs (2) in der Lichtmischkammer (lo) entsteht.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Lichtmischkammerinnere direkt beleuchtenden Lichtquellen (ll) als Lampen mit vorgeschalteten Linsen ausgeführt sind.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Lichtmischkammerinnere direkt beleuchtenden Lichtquellen (12) teilweise abgeschirmt angeordnet sind.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmischkammerinnere von den Lichtquellen (13) mittels Lichtleiter (22) beleuchtet wird.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e 5kennzeichnet, dass die Einstrahlwinkel (23) der Lichtleiter (22) etwa dem Winkel der Spitze eines Lichtkegels (24) an den Lichtleiterausgängen entsprechen.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrom jeder einzelnen Lichtquelle (11, 12 bzw. 13) von Fotodetektoren (25) gemessen und dass die Versorgungsspannung jeder Lichtquelle (11, bzw. 13) durch einen an sich bekannten Regelkreis auf einem dem jeweiligen Soll-Lichtstrom entsprechenden Wert konstant gehalten wird.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des in der Lichtmischkammer (lo) gemischten Lichtes von mindestens einem Fotodetektor (27) gemessen und dass die Versorgungsspannung jeder einzelnen Lichtquelle (11, 12 bzw. 13) durch einen an sich bekannten Regelkreis auf einem, der Soll-Lichtintensität entsprechenden Wert konstant gehalten wird.