DE3744060C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Projektionssystem mit einer Lichtquelle und einer Einrichtung zum Abblenden des Lichtstromes der Lichtquelle.

Derartige Projektionssysteme werden insbesondere an Hoch­ leistungsprojektoren verwirklicht, deren Lichtquelle nicht oder nur in unzureichender Weise hinsichtlich der Stärke ihres Licht­ stromes regelbar sind.

Während bei konventionellen Projektoren, die z. B. mit Halogen­ lampen ausgestattet sind, der Lichtstrom der Halogenlampe elektronisch regelbar ist, ist es bei dem für Hochleistungspro­ jektoren wegen der größeren Lichtstärke verwendeten Metalldampf­ lampen oder Xenon-Hochdrucklampen erforderlich, eine mechanisch arbeitende Abblendeinrichtung in den Lichtstrahlengang einzubau­ en. Zu diesem Zweck ist u. a. vorgeschlagen worden, den Licht­ strom im Bereich des Projektionsobjektivs mit einer mechanisch verstellbaren Irisblende zu beeinflussen. Der Nachteil dieser An­ ordnung besteht zum einen in dem im Projektionsobjektiv dadurch auftretenden Wärmestau und zum anderen in der mechanischen Kom­ pliziertheit der Anordnung.

Als alternative stufenlose Abblendvorrichtung sind drehbare oder verschiebbare (sogenannte) Graukeile bekannt; bei diesen ist eine durchsichtige Platte in einer Arbeitsrichtung (Bewegungsrichtung) in einer solchen Weise zunehmend grau gefärbt, daß in Arbeits­ richtung von völliger Durchsichtigkeit (keine Färbung) bis hin zu völliger Undurchsichtigkeit (völlige Schwarzfärbung) alle grauen Zwischentöne in vorzugsweise kontinuierlicher Weise hintereinan­ dergereiht sind. Diese Graukeile sind als längliche Platten oder rotierbare Scheiben im Strahlengang hinter der Projektionsoptik angeordnet. Die Nachteile dieser Graukeile bestehen u. a. darin, daß sie viel Platz benötigen, ihre Bewegungseinrichtung mecha­ nisch anfällig ist, ihre maximale Bewegungsgeschwindigkeit bzw. maximale Frequenz bei mehrfach schnellwechselnden Hell/Dunkel- Änderungen vergleichsweise gering und die Objektausleuchtung (Bildausleuchtung) ungleichmäßig ist - letzteres, weil bei halb­ wegs tragbarer Größe der Graukeile das ausgeleuchtete Feld an ei­ nem Rand dunkler als am gegenüberliegenden Rand ist. Den im Pro­ jektionsobjektiv angeordneten Irisblenden sowie den Graukeilen haftet gemeinsam der weitere Nachteil an, daß sie nur im Zusam­ menwirken mit jeweils einem ganz bestimmten Projektionsobjektiv (Brennweite, Linsendurchmesser usw.) die gewünschte Leistung her­ vorbringen, d. h. die für die jeweils verwendete Abblendeinrich­ tung bestmöglichen Ergebnisse.

Als weitere alternative Abblendvorrichtung sind jalousieartige Einrichtungen mit einer Vielzahl paralleler, gemeinsam um ihre Längsachse schwenkbarer schmaler Jalousieblenden zur Anordnung in größeren Lichtstromquerschnitten vorgeschlagen worden. Solche Vorrichtungen sind zwar weniger träge, aber mechanisch äußerst empfindlich.

Aus der US-PS 46 68 077 ist ein optischer Projektionsapparat zum Projizieren von Mustern für Fotomasken bekannt, bei dem eine Quecksilber-Hochdruckdampflampe mit einem elliptischen Reflektor versehen ist, so daß der von ihr erzeugte Lichtkegel zunächst eingeschnürt wird. Im Einschnürungspunkt ist eine mit Öffnungen versehen rotierbare Blende in den Lichtstrahlengang eingefügt, durch welche der Lichtstrom taktweise völlig durchgelassen oder völlig abgeblendet wird. Eine stufenlose Helligkeitsregelung des Lichtstromes ist hiermit nicht möglich.

Aus der DE 32 03 800 A1 ist ein Testprojektor für Farbfernsehka­ meras bekannt, bei dem eine mechanisch steuer- oder regelbare Blende in den Lichtkegel zwischen mit Reflektor versehener Lampe und einer ersten Einschnürung des Lichtkegels angeordnet ist. Mit dieser Abblendeinrichtung kann der Lichtstrom zwischen etwa 0 und 100% abgeblendet bzw. freigegeben werden. In den verschiedenen Abblendstufen wird der Lichtkegel jedoch asymmetrisch beeinflußt, was einer gleichmäßigen Objektausleuchtung zuwiderliefe. Zur Lö­ sung dieses Problems ist bei dieser bekannten Anordnung eine, auch als Diffusor bekannte, Lichtmischkammer im ersten Einschnü­ rungspunkt hinter der Lampe angeordnet. Durch sie wird die Asym­ metrie des durch die Abblendeinrichtung durchtretenden Lichtke­ gels egalisiert. Derartige Diffusoren sind für Hochleistungspro­ jektoren wegen des zu großen Lichtverlustes ungeeignet.

Aus der DE-AS 12 88 907 ist eine Blende für fotografische und ki­ nematografische Kameras - also nicht für Projektoren - bekannt, bei der der Lichtstrom generell von zwei feststehenden Seiten­ blendenteilen zu einem Teil permanent abgeblendet wird. Das zwischen diesen beiden feststehenden Seitenblenden verbleibende Feld des Lichtkegels ist von einer einzigen keilförmigen, beweg­ baren Blende stufenlos abblendbar. Für Hochleistungsprojektoren ist die generelle Ausblendung eines Teiles des Lichtstromes uner­ wünscht. Der verwendete einzige Blendenkeil führt zudem in eini­ gen Stellungen zu einer asymmetrischen Objektausleuchtung. Im übrigen hat er in den Bereichen geringer Abblendwirkung einen ähnlichen Effekt wie Irisblenden, d. h. daß der verfügbare Lichtkegel vom Rand her eingeschnürt wird, was zu einer Vig­ nettierung des Bildfeldes führt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei ei­ nem optischen Projektionssystem der eingangs genannten Art eine projektionstechnische Anordnung zu finden, die sowohl die hohen Lichtströme bekannter Hochleistungsprojektoren, insbesondere von Hochleistungsdiaprojektoren möglichst weitgehend erfüllt und mög­ lichst noch übertrifft, als auch eine kontinuierliche mechanische Helligkeitssteuerung mit geringem technischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Projek­ tionssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung werden u. a. folgende Vorteile erreicht:

• - Die Projektoren sind kleiner und/oder leichter als bekannte Hochleistungsprojektoren und erstmals mit vertretbarem Aufwand als nichtstationäre Einrichtung verwendbar;
• - der Nutzlichtstrom kann kontinuierlich von 100% bis 0% oder umgekehrt geändert werden, so daß auch ein Einsatz bei der Überblendprojektion möglich ist;
• - während bei bekannten Hochleistungs-Projektionssystemen explo­ sionsgeschützte Lampenhäuser mit aufwendigen Spiegel- und Justiersystemen erforderlich sind, ist der Aufbau und Betrieb erfindungsgemäßer Projektionssysteme wesentlich weniger aufwen­ dig;
• - die erfindungsgemäße Abblendeinrichtung ist vergleichsweise einfach im mechanischen Aufbau und vergleichsweise wenig anfäl­ lig gegenüber mechanischen Einflüssen wie Stößen und Erschütte­ rungen sowie gegenüber hohen Hitzebelastungen;
• - während bei bekannten Metalldampflampen, die in einem Ellipso­ dialspiegel festjustiert sind (z. B. Osram HTI 24W), lediglich relativ kleiner Bildfenster, z. B. für 16-mm-Filme, ausgeleuch­ tet werden können, können bei den erfindungsgemäßen Projek­ tionssystemen vergleichsweise große Bildfenster von z. B. 4 × 4 cm ausgeleuchtet werden, wie sie für Kleinbild-Diaprojektoren erforderlich sind, wobei die höchsten von Hochleistungsdiapro­ jektoren überhaupt bekannten Lichtströme erreichbar sind;
• - durch die hohe Mobilität erfindungsgemäßer Projektionssysteme werden für die Diaprojektion neue Einsatzmöglichkeiten in vie­ len Bereichen der visuellen und auch audiovisuellen Kommunika­ tion geschaffen;
• - es wird ein hinsichtlich des nutzbaren Lichtstromes im Ver­ gleich zur Lichtleistung der Lichtquelle besonders hoher Wir­ kungsgrad erzielt;
• - der Lichtstrom wird in besonders gleichmäßiger Form beeinflußt, d. h. abgeblendet, wobei unabhängig vom Grad der Abblendung ei­ ne gleichmäßige Ab- oder Aufblendung über den gesamten Objekt­ querschnitt erzielt wird;
• - es werden relativ wenige Bauteile verwendet;
• - auch wenn Lichtstromänderungen sehr langsam ausgeführt werden, bleibt die Objektausleuchtung äußerst homogen und verläuft die Ab- oder - natürlich - die Aufblendung völlig gleichmäßig und ohne Sprünge;
• - es können auch äußerst schnelle Lichstromänderungen, insbeson­ dere mit relativ hoher Frequenz sich ändernde Lichtströme realisiert werden;
• - während herkömmliche Hochleistungsprojektoren zur Erzielung be­ stimmter optischer Effekte und insbesondere für einen programm­ gesteuerten Betrieb mit einer eigens auf den speziellen Projek­ tor und die dabei verwendeten Projektionsobjektive abgestimmten Programmsteuerungen versehen werden müssen, können für erfin­ dungsgemäße Projektionssysteme Programmsteuerungen aus dem Be­ reich niedrigerer Leistungsklassen unverändert übernommen wer­ den, d. h. daß eine z. B. für die elektronische Helligkeits­ steuerung eines Projektionssystems mit einer helligkeitsregel­ baren Halogenlampe entwickelte Programmsteuerung mittels einer entsprechenden Schnittstelle ohne weiteres zur Programmsteue­ rung einer erfindungsgemäßen mechanischen Abblendeinrichtung verwendbar ist - und zwar auch bei Verwendung verschiedener Projektionsobjektive;
• - die Lichtquelle mit der Abblendeinrichtung kann als eigenstän­ dige Baugruppe hergestellt und für die verschiedensten Hoch­ leistungsprojektoren verwendet werden, d. h. weitgehend unab­ hängig von deren übrigen optischen und mechanischen Einrichtun­ gen. Dies vereinfacht die Lagehaltung und Anpassung an besonde­ re Aufgabestellungen.

Wenn neben der Abblendeinrichtung auch eine Aperturblende vorge­ sehen und durch die Abblendeinrichtung öffen- und verschließbar ist (Anspruch 2), werden dadurch Streulichteffekte vermieden und können die bewegbaren Blendenteile vergleichsweise klein ausge­ führt werden;
bei Verwendung von Ellipsoidalspiegeln, in welche die Lichtquelle integrierbar ist, können besonders hohe Wirkungsgrade erzielt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Gasentladungslampen, insbesondere die Verwendung von Metall­ dampflampen oder Gashochdrucklampen, wie Xenon-Hochdrucklampen erwiesen.

Durch die Verwendung von hitzebeständigem Material für die dem Lichtstrom ausgesetzten Teile, insbesondere für die bewegbaren Blendenteile der Abblendeinrichtung, kann die Abblendeinrichtung außerordentlich nahe der Lichtquelle vorgesehen sein. Die beweg­ baren Blendenteile können in jedem Fall sehr dünnwandig und damit leicht und damit schnell und problemlos bewegbar sein, und zwar selbst dann, wenn sie durch die Lichtquelle so heiß werden, daß sie rotglühend sind. Gleichwohl wird die mechanische Funktion der Blendenverstelleinrichtung nicht beeinträchtigt, da innerhalb des hoch­ erhitzten Bereiches keine miteinander in Berührung stehenden Tei­ le relativ zueinander bewegt werden.

Grundsätzlich kann die Anzahl, Größe und Formgebung der Zähne der beiden Zahnblenden in großem Umfang frei gewählt werden, ohne daß die über den gesamten Querschnitt gleichmäßige Objektausleuchtung darunter leidet. Vorteilhafterweise sind die Längen der Vorsprün­ ge bzw. Tiefen der Ausnehmungen der Zahnblenden jedoch mindestens so groß wie der Durchmesser des abzublendenden Lichtkegels (Pa­ tentanspruch 7). Bei der Verwendung einer Aperturblende sind die Größenverhältnisse der Zahnblenden auf den Durchmesser der Aper­ turblende abgestimmt. Die Anzahl der Zähne, die im abzublendenden Lichtkegel zusammenwirken, beträgt nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung fünf. Eine Erhöhung oder Erniedrigung der Zahnzahl ist möglich. Eine Erniedrigung kann allerdings u. U. zu geringfügigen Ungleichmäßigkeiten der Objektausleuchtung führen. Eine Erhöhung der Zahnzahl ist ebenfalls möglich, führt aber nur in einem gewissen Umfang zu einer noch größeren Vergleichmäßigung der Objektausleuchtung; fertigungstechnisch ist sie jedenfalls aufwendiger.

Im Strahlengang hinter der Lichtquelle sind in der Regel ein oder mehrere Einschnürungen des Lichtkegels vorgesehen. Insbesondere bei der Verwendung von Ellipsoidalspiegeln ist eine erste Licht­ kegeleinschnürung in mehr oder minder kurzem Abstand hinter der Lichtquelle vorhanden. Vorteilhafterweise ist die erfindungsge­ mäße Abblendeinrichtung im Bereich der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Einschnürung angeordnet, nach Möglichkeit noch etwas vor dieser Einschnürung. Hierdurch wird erreicht, daß der abblendwirksame Teil der Abblendeinrichtung außerordentlich klein und damit leicht und damit leicht bewegbar sein kann, ohne daß das Muster der teilweise verschlossenen Abblendeinrichtung optisch abgebildet wird. Bei dieser bevorzugten Anordnung der Ab­ blendeinrichtung im Strahlengang fällt das Bild der Abblendein­ richtung nämlich in einen Bereich zwischen den Linsen des verwen­ deten Projektionsobjektives nahe des dortigen Brennpunktes.

Wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zwischen der Ab­ blendeinrichtung und der Projektionsoptik ein Kondensorlinsen­ system, insbesondere aus zwei Kondensorlinsen bestehend, angeord­ net ist, wird dadurch eine Anpassung der Abblendsteuerung zur Projektionsoptik erreichbar. Diese Kondensorlinsen können zur besseren Ausleuchtung auch asphärisch geformt sein. Besonders be­ vorzugt befindet sich das Kondensorlinsensystem im Strahlengang vor dem auszuleuchtenden Objekt, wie dem Bildfenster eines auszu­ leuchtenden Diapositives.

Erfindungsgemäße Projektionssysteme sind besonders für den Ein­ satz bei Multi-, Überblend- und Großprojektionen geeignet. Durch die Erfindung ist es möglich, auch Hochleistungslichtquellen, die elektronisch so gut wie nicht regelbare Lampen aufweisen, stufen­ los von 0 bis 100% hinsichtlich des nutzbaren Lichtstromes zu beeinflussen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Lichtstrahlenganges und der verwendeten Baugruppen in Ansicht von oben so­ wie

Fig. 2 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Blende in schematischer Darstellung in drei verschiedenen Ar­ beitspositionen (entgegen der Lichtquelle gesehen).

Eine Entladungslampe 1, die z. B. eine Metalldampflampe sein kann und im dargestellten Ausführungsbeispiel eine solche des Typs Osram HTI 24W ist, ist innerhalb eines Ellipsoidalspiegels inte­ griert und fest justierbar. Der durch sie erzeugte Lichtkegel wird relativ kurz hinter dieser Lichtquelle eingeschnürt, um sich dann wieder zu verbreitern. An geeigneter Stelle hinter der ersten Einschnürung ist ein Kondensorlinsensystem 4 vorgesehen. Unmit­ telbar dahinter befindet sich die Objektebene - hier als Bild­ fenster 5 eines Diapositives. Durch das Kondensorlinsensystem 4 wird das Lichtbündel in einem Brennpunkt fokussiert, der gleich­ zeitig der innere Brennpunkt eines Projektionsobjektives ist, welches für die Abbildung des Objektes auf einer Projektionswand 7 sorgt.

Zwischen der Entladungslampe 1 und der ersten Lichtstromeinschnü­ rung ist zunächst eine in Ansicht kreisrunde Aperturblende 2 (siehe auch Fig. 2) eingefügt. In kurzem Abstand dahinter ist ei­ ne Abblendeinrichtung in den Lichtstrahlengang einführbar. Sie besteht aus zwei Zahnblenden mit zusammen fünf keilförmigen Zäh­ nen in Form keilförmiger Vorsprünge mit dazwischen sich befinden­ den und dementsprechend ebenfalls keilförmigen Ausnehmungen, wo­ bei die Flächen der Vorsprünge und der Ausnehmungen kongruent sind. Beide Zahnblenden sind kontinuierlich derart gegeneinander bewegbar, daß jeweils die Vorsprünge des einen Blendenteils in die Ausnehmungen des anderen Blendenteils einführbar sind. In Po­ sition 1 wird die Aperturblende von den bewegbaren Blendenteilen fast völlig freigegeben und in Position 3 völlig verschlossen.

Eine Zwischenstellung ist in Position 2 dargestellt. Erkennbar tritt Licht aus allen Querschnittszonen der Aperturblende durch die Abblendeinrichtung, d. h. sowohl in randnahen als auch in randfernen Zonen, ohne daß es Zonen gibt, deren Ausleuchtung be­ sonders ausgeprägt oder besonders schlecht ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen die beiden bewegbaren Blenden­ teile in zwei Ebenen im Lichstrahlengang hintereinander, so daß ein Verklemmen insbesondere bei geschlossener Abblendeinrichtung vermieden wird.

Das Öffnen und Schließen der Zahnblenden, die aus hitzebeständi­ gem Material bestehen und ein sehr geringes Gewicht aufweisen, kann durch geeignete Linear- oder Drehbewegungen magnetisch, elektromotorisch oder pneumatisch vorgenommen werden, die ihrer­ seits von elektronischen Programmgeräten gesteuert werden können.

Claims (12)

1. Optisches Projektionssystem mit einer Lichtquelle (1) und ei­ ner Einrichtung (3) zum Abblenden des Lichtstromes der Licht­ quelle (1), dadurch gekennzeichnet, daß als Abblendeinrichtung (3) eine Blende vorgesehen ist, die aus zwei kontinuierlich gegeneinander bewegbaren Blenden­ teilen besteht, die als Zahnblenden derart ausgebildet sind, daß jeweils die Vorsprünge des einen Blendenteils in die Aus­ nehmungen des anderen Blendenteils einführbar sind.

2. Projektionssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine durch die Abblendeinrichtung (3) schließbare Aperturblende (2).

3. Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (1) in einem Ellipsoidalspiegel integriert ist.

4. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) eine Gasentladungs­ lampe ist.

5. Projektionssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungslampe eine Metalldampflampe oder eine Gashochdrucklampe, insbesondere eine Xenon-Hochdrucklampe ist.

6. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenteile der Abblendeinrichtung (3) aus hitzebeständigem Material bestehen.

7. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Vorsprünge bzw. die Tiefen der Ausnehmungen der Zahnblenden mindestens so groß wie der Durchmesser des abzublendenden Lichtkegels ist.

8. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Lichtquelle (1) eine oder meh­ rere Einschnürungen des Lichtkegels vorgesehen sind, wobei die Abblendeinrichtung (3) im Bereich, und insbesondere noch vor, der der Lichtquelle (1) am nächsten gelegenen Einschnü­ rung angeordnet ist.

9. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abblendeinrichtung (3) und der Projektionsoptik (6) ein Kondensorlinsensystem (4) ange­ ordnet ist.

10. Projektionssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensorlinsensystem (4) vor der Bildebene (Bild­ fenster 5) angeordnet ist.

11. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionssystem als Hochleistungs­ projektor, insbesondere für den Einsatz bei Multi-, Überblend- und Großprojektionen, ausgebildet ist.

12. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnblenden insgesamt fünf im Bereich des Lichtkegels ineinandergreifende, insbesondere keilförmi­ ge, Zähne aufweisen.