DE581473C

DE581473C - Ellipsoid-like lighting mirror for cinema projection

Info

Publication number: DE581473C
Application number: DEZ19932D
Authority: DE
Original assignee: Zeiss Ikon AG
Current assignee: Zeiss Ikon AG
Priority date: 1932-02-05
Filing date: 1932-02-05
Publication date: 1933-07-28

Description

Bei der Kinoprojektion mit Hohlspiegel allein werden die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen durch den Spiegel direkt auf dem Bildfenster konzentriert, und zwar legt man das Bildfenster möglichst in die Ebene, in der eine Abbildung der Lichtquelle durch den Spiegel erzeugt wird. Bisher standen für diese Beleuchtungsart drei Spiegeltypen zur Verfügung, nämlich derIn the case of cinema projection with a concave mirror, only those emanating from the light source are Beams of light through the mirror are concentrated directly on the picture window, and the picture window is placed in the picture window as much as possible the plane in which an image of the light source is produced by the mirror. Until now three types of mirrors were available for this type of lighting, namely the

to Kugelspiegel, der Parabolspiegel und der Ellipsoidspiegel. Diese Spiegel weisen folgende Nachteile auf:to spherical mirrors, the parabolic mirror and the ellipsoidal mirror. These mirrors have the following Disadvantages on:

Bei dem Kugelspiegel werden die von dem Rand des Spiegels reflektierten Strahlen stärker gesammelt als die von den Zentralzonen reflektierten Strahlen, d. h. der Spiegel weist, an dem Rand eine starke Unterkorrektion auf. Es ist daher nicht möglich, einen gut begrenzten, gleichmäßig beleuchteten Lichtfleck auf dem Bildfenster zu erzielen, sondern man erhält immer um den inneren Lichtfleck herum einen mehr oder weniger ausgedehnten Lichthof. Die Strahlen, die diesen Lichthof bilden, können zur Projektion nicht ausgenutzt werden.With the spherical mirror, the rays reflected from the edge of the mirror become stronger collected as the rays reflected from the central zones, i.e. H. the mirror shows shows a strong undercorrection at the edge. It is therefore not possible to do one well to achieve limited, evenly illuminated light spot on the picture window, but rather you always get a more or less extensive one around the inner light spot Atrium. The rays that form this halo cannot be used for projection will.

Bei dem Parabolspiegel liegen die Verhältnisse umgekehrt. Bei ihm werden die auf den Rand treffenden Strahlen weniger stark gesammelt als die von den Zentralzonen ausgehenden Strahlen. Auch hier ist es nicht möglich, eine eng begrenzte gleichmäßige Ausleuchtung des Bildfensters zu erhalten, sondern auch hier wird sich immer ein Lichthof zeigen, der jedoch etwas kleiner und lichtschwächer ist als beim Kugelspiegel.In the case of the parabolic mirror, the situation is reversed. With him they are on The rays striking the edge are less concentrated than those emanating from the central zones Rays. Here, too, it is not possible to obtain a narrow, uniform illumination of the picture window, but also here an atrium will always appear, but it is somewhat smaller and is weaker than with a spherical mirror.

Der strenge Ellipsoidspiegel gibt eine sehr gute Konzentration der Lichtstrahlen auf dem Bildfenster, denn er hat die Eigenschaft, daß alle von dem ersten Brennpunkt ausgehenden Strahlen aberrationsfrei in dem zweiten Brennpunkt der Ellipse vereinigt werden. Bei der Beleuchtung des Bildfensters mit einem Ellipsoidspiegel erhält man deshalb in diesem Fall einen scharfen, eng begrenzten Lichtfleck auf dem Bildfenster, so daß nur ein geringer Lichtverlust eintritt. Jedoch zeigen sich bei ihm folgende Nachteile:The strict ellipsoidal mirror gives a very good concentration of the light rays on the Image window, because it has the property that all proceed from the first focal point Rays are combined without aberrations in the second focal point of the ellipse. at the illumination of the picture window with an ellipsoid mirror is therefore obtained in this Fall a sharp, narrowly delimited light spot on the picture window, so that only one low loss of light occurs. However, it has the following disadvantages:

Da die Bilder der Lichtquelle, die von den verschiedenen Spiegelzonen erzeugt werden, alle genau in einer Ebene liegen, so treten bei Verschiebungen der Lichtquelle gegen den Spiegel sehr leicht störende Schatten durch Teile der Lichtquelle selbst (Kohlen, Kohlenhalter usw.) auf.Since the images of the light source that are generated by the different mirror zones, all lie exactly in one plane, so occur when the light source shifts against the Mirror very slightly disturbing shadows from parts of the light source itself (coals, coal holders etc.).

Der zweite Nachteil ist der, daß die Ausleuchtung eines verhältnismäßig ausgedehnten Bildfensters, also auch der Bildebene, bei dem Ellipsoidspiegel nicht gleichmäßig ist. Dies rührt von folgenden Erscheinungen her:The second disadvantage is that the illumination of a relatively extensive Image window, including the image plane, in which the ellipsoidal mirror is not uniform. This is due to the following phenomena:

Bei sämtlichen Hohlspiegeln ist die Vergrößerung, unter der die Abbildung stattfindet, stark abhängig vom öffnungswinkel, undFor all concave mirrors, the magnification under which the image takes place is strongly dependent on the opening angle, and

zwar wird sie nach dem Rande zu immer kleiner. Außerdem ist aber auch die Vergrößerung noch in den verschiedenen Richtungen verschieden, und zwar wird diese Abweichung um so größer, je mehr sich ein Objektpunkt dem Rande des Spiegels nähert. Beispielsweise würde ein elliptischer Hohlspiegel von 250 mm Durchmesser, dessen axialer Objektabstand vom Scheitel 11 mm, dessen Bildabstand 660 mm beträgt, von einer kreisförmigen Lichtquelle einen Lichtfleck gemäß Abb. 1 der Zeichnung geben.although it gets smaller and smaller towards the edge. But there is also the magnification still different in the different directions, and indeed this deviation becomes the greater the closer an object point approaches the edge of the mirror. For example, an elliptical concave mirror would of 250 mm diameter, the axial object distance of which from the vertex is 11 mm, whose image distance is 660 mm, a light spot from a circular light source according to Fig. 1 of the drawing.

Von den zentralen Zonen würde eine kreisförmige Lichtquelle von 7 mm Durchmesser abgebildet werden als ein Kreis von 42 mm Durchmesser. Ein Lichtkegel, der von einem Flächenelement einer Spiegelzone von 60 mm Durchmesser ausgeht, würde eine ellipsenförmige Schnittfigur von 39 mm großer Achse und 34 mm kleiner Achse erzeugen. Ein Flächenelement, das auf der Randzone des Spiegels liegt, würde eine ellipsenförmige Schnittfigur erzeugen, deren große Achse nur 32 mm und deren kleine Achse nur 16 mm beträgt.A circular light source 7 mm in diameter would form the central zones are shown as a circle 42 mm in diameter. A cone of light from one The surface element of a mirror zone with a diameter of 60 mm would be elliptical Create a sectional figure of 39 mm axis and 34 mm small axis. A surface element that is located on the edge of the Mirror, would produce an elliptical sectional figure, the major axis of which is only 32 mm and whose minor axis is only 16 mm.

Es ist klar, daß bei einer solchen Verschiedenheit der Vergrößerung das Lichtquellenbild nicht ohne weiteres eine gleichmäßig beleuchtete Fläche darstellen kann. Bei den 'elliptischen Spiegeln werden alle von den verschiedenen Zonen des Spiegels erzeugten ellipsenförmigen Schnittfiguren sämtlich den gleichen Mittelpunkt haben. In Abb. ι bedeutet der äußerste Kreis 1 das Bild einer kreisförmigen Lichtquelle, das von den zentralen Zonen eines elliptischen Spiegels erzeugt worden ist. Die Ellipsen 3, die im Inneren dieses Kreises liegen, stellen einige der Schnittfiguren dar, die von den Flächenelementen der Randzonen des Spiegels erzeugt werden. Diese Figuren sind sternförmig angeordnet und überdecken sich in dem im Innern der Figur liegenden kleinsten Kreis 4. Nur diejenigen Punkte des Lichtquellenbildes, die innerhalb dieses kleinsten Kreises 4 liegen, erhalten also von dem ganzen Spiegel Licht. An die außerhalb des kleinsten Kreises 4 liegenden Punkte der Abbildung gelangt von bestimmten Stellen des Spiegels kein Licht mehr, und zwar wird die Größe der Spiegelfläche, die die einzelnen Punkte der Abbildung beleuchtet, immer kleiner, je näher dieser Punkt am Rande der Abbildung liegt. Ein am äußersten Rande der Abbildung liegender Punkt erhält nur noch Licht von dem Zentrum, des Spiegels. Die Lichtverteilung in der Abbildung durch einen solchen elliptischen Spiegel verläuft also gemäß Abb. 2. - Innerhalb des kleinsten Kreises 4 nach Abb. 1 ist die Beleuchtungsstärke konstant und nimmt dann nach dem Rande zu dauernd ab. Wenn man daher, wie es üblich ist, den gesamten Lichtfleck am Bildfenster nur wenig größer als das Bildfenster selbst macht, so wird auch an der Wand die Bildhelligkeit von einem gleichmäßigen Kreis in der Mitte dauernd stark nach dem Rand zu abfallen.It is clear that with such a difference in magnification, the light source image cannot easily represent a uniformly illuminated surface. With the 'elliptical mirrors all elliptical sectional figures generated by the different zones of the mirror all have the same center. In Fig. Ι the outermost circle 1 means that Image of a circular light source emanating from the central zones of an elliptical mirror has been generated. The ellipses 3, which are inside this circle, represent some of the sectional figures represent those of the surface elements of the edge zones of the mirror be generated. These figures are arranged in a star shape and overlap in the smallest one inside the figure Circle 4. Only those points of the light source image that are within this smallest Circle 4, so receive light from the whole mirror. To those outside the smallest circle 4 lying points of the figure comes from certain points of the Mirror no longer has light, and indeed becomes the size of the mirror surface that each Illuminated points of the figure, the closer this point is to the edge of the Figure lies. A point at the very edge of the figure only receives still light from the center, the mirror. The light distribution in the figure through such an elliptical mirror runs as shown in Fig. 2. - Within the smallest Circle 4 according to Fig. 1, the illuminance is constant and then increases after Edge too constantly. Therefore, if, as is customary, the entire light spot on the The image window is only slightly larger than the image window itself, so the Constantly wall the image brightness by a uniform circle in the middle to drop off towards the edge.

Um die Nachteile der drei genannten Spiegeltypen zu beheben, sind schon Beleuchtungsspiegel vorgeschlagen worden, bei denen durch die Anwendung von Kugelzonen verschiedener Krümmung oder einer diesen Kugelzonen in der Wirkung gleichkommenden, stetig verlaufenden Fläche die Vorteile des Kugelspiegels mit denen des Ellipsoidspiegels vereinigt worden sind. Der Spiegel stellt also gewissermaßen ein Mittelding zwischen dem Kugelspiegel und dem Ellipsoidspiegel dar. Es wird ein Spiegel erhalten, der nicht so empfindlich gegen Veränderung des Abstandes der Lichtquelle vom Spiegel ist wie der Ellipsoidspiegel, aber eine bessere Strahlenvereinigung gibt wie der Kugelspiegel. In order to remedy the disadvantages of the three mirror types mentioned, there are already lighting mirrors have been proposed in which by the use of spherical zones of different curvature or one of these Spherical zones in the effect equivalent, steadily running surface the advantages of the spherical mirror have been combined with those of the ellipsoidal mirror. The mirror so to a certain extent represents something in between the spherical mirror and the ellipsoidal mirror A mirror is obtained that is not so sensitive to change the distance of the light source from the mirror is like the ellipsoid mirror, but a better one Combination of rays gives like the spherical mirror.

Während also hier die Lösung der Aufgabe, einen einwandfreien Beleuchtungsspiegel zu schaffen, in einer Abweichung vom Ellipsoidspiegel nach dem Kugelspiegel, also im Sinne der Einführung einer Unterkorrektion nach dem Rande zu, gesucht wurde, wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, von dem Ellipsoidspiegel nach der Seite des Parabolspiegels zu, also im Sinne einer nach dem Rande zu wachsenden Überkorrektion, überzugehen. So while here the solution to the task of creating a perfect lighting mirror, in a deviation from Ellipsoid mirror after the spherical mirror, so in the sense of the introduction of an undercorrection the edge was searched for, it was found to be convenient to move from the ellipsoidal mirror to the parabolic mirror side to, i.e. in the sense of an overcorrection that grows towards the edge.

Wenn man ein Bildfenster durch einen derartigen Spiegel mit nach dem Rande zu wachsender Überkorrektion beleuchtet, so wandern die von den Randzonen erzeugten ellipsenförmigen Schnittfiguren nach dem Rande des von der Zentralzone erzeugten Lichtquellenbildes ab. Hat der Spiegel einen lampenseitigen Öffnungswinkel von mehr als ioo°, so sind die kleinen Achsen der von den Flächenelementen der Randzone erzeugten ellipsenförmigen Schnittfiguren kleiner als der halbe Durchmesser des Lichtquellenbildes von den zentralen Zonen. Man muß nun, um die günstigste Spiegelform zu erhalten, die Überkorrektion nach der Erfindung so bemessen, daß die von der Randzone erzeugten Schnittfiguren zwischen der Mitte und dem Rand des Lichtquellenbildes liegen, das von der zentralen Zone erzeugt wird, wie dies in Abb. 3 Ziffer 2 dargestellt ist. Man kann hierbei die Überkorrektion stetig von der Mitte nach dem Rande bis zu dem entsprechenden Werte anwachsen lassen oder den Spiegel bis zu einer bestimmten Zone aberrationsfrei wählen und erst von dieser Zone ab die Überkorrektion allmählich wach-If you have a picture window through such a mirror with to the edge Illuminated with increasing overcorrection, those generated by the edge zones migrate elliptical sectional figures after the edge of the generated by the central zone Light source image. If the mirror has an opening angle on the lamp side of more than ioo °, the minor axes are those generated by the surface elements of the edge zone elliptical sectional figures smaller than half the diameter of the light source image from the central zones. Now, in order to obtain the most favorable mirror shape, one has to use the Overcorrection according to the invention so dimensioned that those generated by the edge zone Cut figures lie between the center and the edge of the light source image, which from the central zone is generated, as shown in Fig. 3, number 2. One can here the overcorrection steadily from the center to the edge up to the corresponding one Let values increase or choose the mirror to be aberration-free up to a certain zone and only from this zone Zone from the overcorrection gradually awake

sen lassen. Die Aberrationskurven senkrecht zur optischen Achse sind für diese beiden Spiegelarten in Abb. 5a und 5b dargestellt. Die Zone, bis zu der man den Spiegel aberrationsfrei läßt, kann dadurch bestimmt werden, daß die kleinen Achsen der Schnittfiguren, die von den Flächenelementen dieser Zone erzeugt werden, gleich ist der Diagonale des Bildfensters.let sen. The aberration curves perpendicular to the optical axis are for these two Types of mirrors shown in Figs. 5a and 5b. The zone up to which you can see the mirror without aberrations can be determined by the fact that the minor axes of the sectional figures, those of the surface elements of this Zone are generated, the diagonal of the image window is the same.

Durch einen derartigen Spiegel wird außer einer gleichmäßigen Beleuchtung des Bildfensters ebenfalls eine große Unempfindlichkeit gegen Verstellungen des Abstandes der Lampe vom Spiegel bei stets günstigerSuch a mirror is not only a uniform illumination of the Picture window also shows great insensitivity to adjustments of the distance the lamp from the mirror at always cheaper

t5 Strahlenvereinigung erzielt. Wenn man die Beleuchtungsstärke an den verschiedenen Stellen des Bildfensters mißt, so erhält man eine Lichtverteilungskurve, wie sie in Abb. 4 gezeigt ist.t5 radiation union achieved. If you have the Measures the illuminance at the various points of the picture window, so one obtains a light distribution curve as shown in Fig. 4.

Claims

Claim:

Ellipsoid-like lighting mirror for cinema projection with a lamp-side Opening angle of more than 100 °, characterized in that the Edge tufts run in the sense of an overcorrection, which is dimensioned so that the surface elements of the edge zones of the mirror generated sectional figures lie between the center and the edge of the light source image, the from the central zone of the mirror, and the overcorrection from the center of the mirror to either The edge rises steadily or is equal to zero up to a certain mirror zone and only becomes steadily larger from this zone to the edge.

For this purpose ι sheet of drawings