DE3915174A1 - Overhead-projektor fuer verzeichnungsfreie schraegprojektion - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Overhead-Projektor, mit dem eine ver­ zeichnungsfreie Schrägprojektion möglich ist.

Overhead-Projektoren, die auch als Tageslicht- oder Hellraum-Projekto­ ren bezeichnet werden, sind zu einem wichtigen Arbeitsmittel bei der Durchführung von Schulungen und Konferenzen geworden. Da diese Projek­ toren unter normalen Arbeitsbedingungen in der Regel auf einem Tisch oder einem Untergestell in Tischhöhe plaziert werden und die Projek­ tion auf eine höher angebrachte Bildwandfläche erfolgt, ergibt sich zwangsläufig eine Schrägprojektion mit mehr oder weniger starker in der Regel nach oben gerichteter Neigung des Strahlenganges. Bei senk­ recht hängenden oder senkrecht aufgestellten Bildwänden bewirkt dies eine trapezförmige Verzeichnung des Projektionsbildes. Die Verzeich­ nung ist abhängig von der Stärke (Winkelwert) der Schrägprojektion. Sie ist um so stärker, je mehr die optische Achse des Overhead-Projek­ tors von der Mittelsenkrechten der Projektionsfläche abweicht. Verbun­ den mit der geometrischen Verzeichnung des Projektionsbildes sind par­ tielle Unschärfen im oberen oder unteren Bildbereich. Diese ergeben sich aus der ebenfalls durch die Schrägprojektion verursachten Abwei­ chung zwischen optischer Abbildungsebene und tatsächlicher Bildwand- Ebene.

Schließlich resultieren aus den geometrischen Bildverzeichnungen auch Helligkeitsunterschiede im unteren und oberen Bildbereich. Diese sind auf die unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe infolge der trapezförmi­ gen Verzeichnung zurückzuführen. Bei der Projektion auf Bildwände mit richtungsabhängigen Reflexionseigenschaften wird das Phänomen der Helligkeitsunterschiede im oberen und unteren Bildbereich zusätzlich durch die sich bei Schrägprojektion zwangsweise ergebenden Unsymme­ trien in der Verteilung der Strahlen-Einfallswinkel verstärkt.

Gegenstand der Erfindung ist es daher, einen Overhead-, Tageslicht- oder Hellraum-Projektor zu konstruieren, der die vorstehend aufge­ führten Nachteile vermeidet und mit dem auch bei einer Schrägprojek­ tion in praxisüblichen Winkelbereichen eine verzeichnungsfreie Bild­ wiedergabe sowie eine gleichmäßige Schärfen- und Helligkeitsverteilung über die gesamte Bildfläche möglich sind.

Ein Overhead-Projektor nach der Erfindung ist an einem Beispiel in Fig. 1 dargestellt. Gemäß dem Stand der Technik besteht der Projektor im wesentlichen aus einer Lichtquelle 1, die mit einem Hilfsspiegel 2 ausgerüstet sein kann, aus einer großformatigen Kondensorlinse 3, vorzugsweise einer Fresnellinse sowie aus einem Objektiv 4 mit Um­ lenkspiegel 5, das an einem Tragarm 6 oberhalb der Kondensorlinse 3 befestigt ist. Im Detail kann dieses Grundsystem unterschiedlich abge­ wandelt und erweitert werden. Anstelle des in Fig. 1 dargestellten Durchlicht-Projektionssystems mit Kondensorlinse 3 kann auch ein Auf­ licht-System verwendet werden, bei dem als Kondensorlinse ein großfor­ matiger Linsen-Spiegel mit entsprechenden Eigenschaften benutzt wird.

Overhead-Projektoren nach der Erfindung unterscheiden sich dadurch von den bisher bekannten Konstruktionen, daß gem. Fig. 1 die optische Ach­ se von Projektionsobjektiv 4 um den Betrag Δ D gegen die optische Achse von Kondensorlinse 3 in Bildwandrichtung verschoben ist. Gleichzeitig ist die optische Achse von Objektiv 4 um einen Winkel δ ge­ gen die Mittelsenkrechte von Kondensorlinse 3 geneigt. Korrespondie­ rend zu dieser Neigung und zur Neigung 8 der idealen Bildebene E zur realen Bildebene E′, wie sie z. B. durch eine senkrecht hängende Bild­ wand vorgegeben wird, ist die Vorlagen-Auflagefläche 7 gegen die ho­ rizontale Ebene von Kondensorlinse 3 um den Winkel α geneigt. Die sich aus der seitlichen Objektivverschiebung Δ D ergebende Neigung der aktuellen optischen Achse gegen die Senkrechte entspricht dem Win­ kel β. Die Größen der einzelnen Winkelneigungen α, β, γ und δ sind so gewählt, daß das gesamte System möglichst optimal den optischen Abbil­ dungsgesetzen genügt. Jeder Punkt der Vorlagenebene 7 wird in einem korrespondierenden Bildpunkt der realen Abbildungsebene E′ darge­ stellt. Für jedes Punktepaar in der Vorlagen- und Abbildungsebene gilt mit möglichst guter Annäherung die Beziehung:

wobei f die Brennweite von Projektionsobjektiv 4 bedeutet, a die Objektweite und b die Bildweite ist.

Bei Overhead-Projektoren nach der Erfindung wird das angestrebte Re­ sultat, auch bei relativ starker Schrägprojektion mit Neigungswinkeln γ der aktuellen optischen Achse gegen die Horizontale von bis zu 15° ein verzeichnungsfreies und in allen Bereichen möglichst scharfes Pro­ jektionsbild auf einer senkrecht hängenden Leinwand in der Ebene E′ zu erhalten, im wesentlichen durch folgende Maßnahmen und Geräteeigen­ schaften erzielt:

a. Das Projektionsobjektiv 4 ist um den Betrag Δ D in Richtung auf die Projektionsleinwand gegen die Mittelsenkrechte (Optische Achse) von Kondensorlinse 3 verschoben. Dies entspricht einer Neigung der realen optischen Achse des Systems um den Winkel β gegen die Mit­ telsenkrechte auf Kondensorlinse 3.

b. Die optische Achse von Projektionsobjektiv bzw. Projektionslinse 4 ist um den Winkel δ gegen die Senkrechte geneigt.

c. Die Vorlagenebene 7 ist um den Winkel α gegen Horizontale (Ebene von Kondensorlinse 3) geneigt. Dabei sind die Größen der Winkel α, β und δ korrespondierend zur Größe des Winkels γ der Schrägprojektion bzw. zur Neigung der idealen Bildebene E gegen die reale Bildebene E′ so optimiert, daß die Abbildungsformel

mit möglichst guter Annäherung erfüllt wird.

d. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung zur Erzie­ lung einer verzeichnungsfreien Schrägprojektion ergibt sich zunächst einmal durch die Verschiebung von Objektiv 4 um den Betrag Δ D in Richtung auf die Projektionsfläche zu. Dadurch wird die auf einer senkrecht in der Ebene E′ angebrachten Bildfläche dargestellte Abbildung zunächst einmal innerhalb eines gewissen Bereichs verzeichnungsfrei nach oben verschoben, was dem angestreb­ ten Resultat entspricht.

e. Bei weiterer Bildverschiebung nach oben durch Vergrößerung der Neigung γ der Projektionsachse gegen die senkrecht hängende Bild­ wandfläche würde sich trotz der Parallelverschiebung von Objektiv 4 um den Betrag Δ D ab einer bestimmten Größe der Neigung γ eine deutliche trapezförmige Verzeichnung der Abbildung ergeben, wobei die obere Kante der Abbildung einer rechteckigen Vorlagenfläche deutlich breiter als die entsprechende untere Kante dargestellt wird.

Um diesen Effekt weitgehend oder vollständig auszugleichen, wird die Vorlagenfläche 7 um den Winkel α im Uhrzeigersinn gegen die Horizontale geneigt. Durch diese Maßnahme werden nach dem Abbil­ dungsgesetz Längen, die im oberen Bereich der auf der Bildfläche E′ wiedergegebenen Abbildung erscheinen, in kleinerem Maßstab dar­ gestellt. Diese Reduzierung des Abbildungsmaßstabes im oberen Bild­ bereich durch Neigung der Vorlagenfläche 7 gleicht weitgehend oder vollständig die trapezförmige, gegensinnig gerichtete geometrische Verzeichnung der Abbildung aus. Dadurch kann auch bei starker Schrägprojektion eine geometrisch weitgehend verzeichnungsfreie Ab­ bildung erzielt werden.

Da sich durch die Neigung von Abbildungsebene 7 jedoch abgesehen von der positiven Veränderung der geometrischen Darstellung Ver­ schlechterungen der Abbildungsschärfe im oberen und unteren Bild­ bereich in der realen Bildebene E′ ergeben, wird das Projektionsob­ jektiv bzw. die Projektionslinse 4 um den Winkel δ gegen die Hori­ zontale und daraus resultierend um den Winkel β+δ gegen die aktu­ elle optische Achse s′ geneigt, um die Abbildungsschärfe in allen Bereichen des projizierten Bildes zu optimieren.

Bei allen beschriebenen Maßnahmen ist davon auszugehen, daß die Ab­ bildungsgesetze nicht exakt erfüllt werden, sondern daß jeweils nur eine möglichst optimale, für den praktischen Gebrauch jedoch ver­ wendbare Annäherung mit bestmöglichen Ergebnissen erzielt wird.

In der Praxis sind in Abhängigkeit von den speziellen Auslegungsdaten des Gesamtsystems mit Overhead-Projektoren nach der Erfindung Schräg­ projektionen mit Winkelabweichungen bis zu ca. 15° und mehr gegen die Bildwandachse möglich, ohne daß störende trapezförmige Verzeichnungen, partielle Bildflächen-Unschärfen oder Helligkeitsunterschiede sicht­ bar werden.

Um Overhead-Projektoren nach der Erfindung unterschiedlichen räumli­ chen Gegebenheiten und Nutzungs-Anforderungen leichter anzupassen, können die Halterungs- und Befestigungseinrichtungen für die Vorlagen­ fläche 7, für die Objektivneigung und die Objektivverschiebung gegen die Achse der Kondensorlinse 3 verstell- und justierbar ausgeführt werden. Die Verstell- und Justiereinrichtungen können entweder für einzelne der erwähnten Parameter oder für alle vorgesehen werden. Es besteht aus Gründen der Vereinfachung auch die Möglichkeit, die Pa­ rameterwerte und Justagepositionen anhand von Erfahrungswerten mög­ lichst optimal festzulegen und die entsprechenden Geräte, Befestigun­ gen und Justiereinrichtungen demgemäß zu fixieren.

Durch die im Uhrzeigersinn erfolgende Neigung der Vorlagenfläche 7 ge­ gen die Senkrechte wird zusätzlich ein vorteilhafter Blendschutz für den Referenten erreicht. Bei Overhead-Projektoren gemäß Stand der Technik ergibt sich durch diffuse Abstrahlung von der Vorlagenfläche eine zum Teil erhebliche Blendung des Referenten, was insbesondere bei zeitlich ausgedehnter Arbeit mit Overhead-Projektoren als störend em­ pfunden wird.

Overhead-Projektoren nach der Erfindung verbessern die Projektionsqua­ lität und erhöhen durch verzeichnungsfreie Projektion die Lese- und Erkennbarkeit der dargestellten Abbildungen. Sie eignen sich daher vorteilhaft für zahlreiche Anwendungen im Konferenz- sowie Schulungs- und Ausbildungsbereich.

Claims (2)

1. Overhead-, Tageslicht- oder Hellraum-Projektor mit Beleuchtungs­ system (1, 2), Kondensorlinsensystem (3), Abbildungsobjektiv (4), Umlenk­ spiegel (5) und Objektiv sowie Spiegelhalterung (6), dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Achse von Projektionsobjektiv (4) gegen die Mittel­ senkrechte von Kondensorlinse (3) um den Betrag Δ D entsprechend einer Neigung β gegen die Senkrechte verschoben ist,
daß das Projektionsobjektiv (4) um den Winkel w gegen die Mittelsenk­ rechte von Kondensorlinse (3) und um den Winkelbetrag δ+β gegen die reale optische Achse s′ des Systems geneigt ist,
daß die Vorlagen-Auflagefläche (7) gegen die horizontale Ebene von Kondensorlinse bzw. Kondensorsystem (3) um den Winkelbetrag α geneigt ist,
daß die Objektivverschiebung Δ D sowie die entsprechende Neigung der realen optischen Achse, die Neigung α der Vorlagenebene (7) und die Neigung δ des Projektionsobjektivs (4) so korrespondierend zuein­ ander und zur Neigung γ der Projektionsachse gegen die Bildwand­ ebene E′ aufeinander abgestimmt sind, daß das Abbildungsgesetz optimal erfüllt wird, wobei a die Objektweite und b die dazugehöri­ ge Bildweite bedeuten.

2. Overhead-, Tageslicht- oder Hellraum-Projektor nach Anspruch 1, dadurch besonders gekennzeichnet, daß anstelle einer Durchlicht-Kondensorlinse oder eines Kondensor­ systems (3) ein Auflicht-Spiegelkondensor oder Auflicht-Spiegelkon­ densorsystem benutzt wird.