DE632385C

DE632385C - Projektionsoptik

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Publication number: DE632385C
Application number: DET37799D
Authority: DE
Original assignee: TRANS-LUX DAYLIGHT PICTURE SCREEN Corp; Trans Lux Daylight Picture Screen Corp
Current assignee: TRANS-LUX DAYLIGHT PICTURE SCREEN Corp; Trans Lux Daylight Picture Screen Corp
Priority date: 1928-11-01
Filing date: 1929-11-02
Publication date: 1936-07-08

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. JULI 1936

REICHSPATENTA.MT

PATENTSCHRIFT

M 632 KLASSE 42 h GRUPPE 6

T 37799 1X142 h

Projektionsoptik

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. November 1929 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Projektionsoptik, insbesondere für die Nahprojektion von Kinofilmen. Diese Art der Projektion wird mit Vorteil für Durchprojektion (also von der Rückseite des Schirmes her) benutzt, beispielsweise für Heimkinoapparate oder für Reklameapparate, die in Schaufenstern aufgestellt sind. In diesen Fällen muß die Brennweite des Projektionsobjektivs im Verhältnis zur Größe des Filmbildes kurz sein, so daß man, wenn Projektionssysteme nach Art gewöhnlicher photographischer Objektive benutzt werden, auf ungeeignete Konstruktionen kommt. Demgegenüber wird eine weitwinklige, in sich korrigierte Projektionsoptik benutzt, die aus einem positiven, dem Bildfenster näher liegenden Systemteil und einem Systemteil negativer Brennweite besteht und gestattet, trotz beschränkter Raumverhältnisse und nur kleinem Abstand zwischen dem Projektionsapparat und dem Bildschirm, genügend vergrößerte Bilder zu erhalten.

Es sind schon Projektionsobjektive bekannt, die aus einem positiven und einem negativen Systemteil zusammengesetzt sind. Insbesondere ist vorgeschlagen worden, für die Projektion von Filrnen eine Negativlinse zu verwenden, die nach Bedarf zwecks Vergrößerung der Bilder auf dem Bildschirm auf das eigentliche Objektiv von gewöhnlicher Bauart aufgesteckt wird. Abgesehen davon, daß eine so zusammengestellte Projektionsoptik nicht in sich korrigiert ist, war bei diesem älteren Vorschlag überhaupt nicht daran gedacht worden, diejenigen besonderen Brennweitenverhältnisse der S3-stemteile zu wählen, durch die günstige Öffnungsverhältnisse für die Projektionsoptik und damit große Leistungen erreicht werden können.

Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß die kleinsten und daher günstigsten Öffnungsverhältnisse für die Systemteile bei gegebenem Öffnungsverhältnis des Gesamtsystems erhalten werden, wenn nach der Erfindung die Brennweite des positiven Systemteils etwa das i¹/..- bis 2¹/₂-fache der Brennweite des ganzen Projektionssystems beträgt. Von der Größe der Öffnungsverhältnisse hängt aber wesentlich die Ausführbarkeit und Güte der einzelnen Systemteile und damit des Gesamtsystems ab.

Die Projektionsoptik besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, und zwar dem nach dem Bildschirm hin liegenden negativen

Systemteil und dem zwischen Bildfenster und dem negativen Teil- angeordneten positiven Teil. Außer der -Abbildung¹ der Objektpunkte, des Films fällt dem positiven Systemteil die Aufgabe zu, die durch das Bildfenster hindurchgegangenen Hauptstrahlen derart zu brechen, daß sie von „dem negativen Teil als ein weit divergierendes Strahlenbündel ausgehen. Der positive und der negative Teil der Projektionsoptjk könnten jeder aus nur einer Linse bestehen; in der Praxis muß man jedoch, um die Bildfehler genügend beheben zu können, Linsenkombinationen verwenden. So besteht z. B. nach Abb. ι der Zeichnung der positive Systemteil aus zwei positiven Gliedern 6 und 7, der negative aus zwei negativen Gliedern 8 und 9. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 besteht jedes dieser vier Glieder wiederum je aus einer Doppellinse, deren Teile verkittet oder durch Luft voneinander getrennt sein können. Auch, ist klar, daß gegebenenfalls sowohl der positive wie der negative Systemteil an Stelle von zwei Qder mehr Gliedern auch nur eine einzige Linsenkombination enthalten könnte.

Wie schon eingangs erwähnt, besteht ein besonderes Merkmal der Erfindung in der Bemessung der Brennweitenverhältnisse. Diese Verhältnisse können innerhalb gewisser Grenzen verändert werden. Bevorzugte Beispielesindin den Abbildungen veranschaulicht. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Projektionssystem beträgt die Brennweite des vorderen Gliedes 7 des positiven Systemteils das Zweifache der Brennweite des zugehörigen hinteren Gliedes 6. Die beiden Glieder 6 und 7 des positiven Systemteils sind vorzugsweise so weit voneinander entfernt, daß der Abstand zwischen ihren Hauptpunkten 6' und y' gleich bzw. von derselben Größenordnung ist wie die Brennweite des rückwärtigen Gliedes 6. Der Objektbrennpunkt des positiven Systemteils ist bei 12 angedeutet. Durch diese Abmessungen wird eine große Öffnung des positiven Systemteils bei verhältnismäßig geringem Brennpunktabstand erzielt, wodurch die Leistungsfähigkeit des Projektionssystems erhöht wird. Der negative Teil der Projektionsoptik besteht nach Abb. 1 aus zwei negativen Gliedern 8 und 9 mit gleichen Brennweiten; die Durchmesser der beiden Glieder müssen im Verhältnis zu ihrem Abstand so abgestuft sein, daß alles durch das hintere Glied 8 hindurchgehende Licht auch ungehindert durch das vordere Glied 9 austreten kann.

Der positive und der negative Systemteil sind in solchem Abstand voneinander angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Bildhauptpunkt 10 des positiven Teils und dem Objekthauptpunkt 11 des negativen Teils mindestens das Zweifache der Brennweite des Gesamtsystems beträgt. Er ist auch größer als die Brennweite des positiven ■Systemteils, und zwar kann der Abstand zwisehen den Hauptpunkten 10 und 11 etwas ' mehr als dreimal so groß wie die Brennweite ■ des positiven Systemteils sein.

Das Bildfenster 3 mit dem Film 4 ist von der Lampe aus gerechnet vor dem Objektbrennpunkt 12 des positiven Systemteils bzw. dem Brennpunkt 14 des gesamten Projektionssystems in einem Abstand angeordnet, der sich nach dem Abstand des Bildschirms richtet. Der Objektbrennpunkt 14 des aus positivem und negativem Systemteil zusammengesetzten Gesamtpro j ektionssystems liegt vor dem positiven Systemteil und vor dessen Objektbrennpunkt 12. Der Abstand dieser beiden Brennpunkte 12 und 14 hängt von der Größe der Brennweiten des positiven und des negativen Systemteils und von dem Abstand zwischen diesen beiden Teilen ab.

Die Abmessungen des Ausführungsbeispiels nach Abb. 1 sind die folgenden: Der positive Systemteil hat eine Brennweite von etwa 76,2 mm, der negative eine solche von etwa 153 mm. Beide Teile sind in einem verhältnismäßig großen Abstand voneinander angeordnet, und zwar beträgt der Zwischen- _go raum zwischen den schon erwähnten Hauptpunkten ungefähr 254 mm. Die Brennweite des Systems ist 34,9 mm.

Das von der Lichtquelle 1 und dem Reflektor 2 durch den Film 4 hindurchgeschickte Licht trifft zunächst den positiven Systemteil. Würde kein negativer Teil vorhanden sein, so würde das Bild bereits im Punkt 16 entstehen. Nach Durchgang durch den positiven Teil werden die Hauptstrahlen jedoch durch den negativen Teil zerstreut, so daß ein viel größeres reelles Projektionsbild von der Ausdehnung Y' in der wesentlich weiter entfernten Ebene 5 des Projektionsschirmes entsteht. . 3.05

Das vorstehend beschriebene Projektionsobjektiv ist verhältnismäßig lang gebaut. Im Interesse großer Standfestigkeit und Handlichkeit wird man aber bestrebt sein, die Länge des Projektionssystems so gering wie no möglich zu halten. Diese Forderung bedingt also einen geringen Abstand zwischen dem positiven und dem negativen Systemteil, wodurch aber größere Öftnungsverhältnisse der Einzelglieder erforderlich werden. Es hat sich nun gezeigt, daß es zur Erreichung geringer Öffnungsverhältnisse der Systemteile und einer guten Korrektionsmöglichkeit ausreichend ist, den Abstand zwischen dem Bildhauptpunkt des positiven und dem Objekthauptpunkt des negativen Teils nicht kleiner als das Doppelte der Brennweite des Gesamt-

projektionssystems zu machen. Ein Beispiel hierfür bildet die Optik in der Ausführungsform nach Abb. 2.

In Abb. 2 liegt im Gegensatz zu Abb. 1 der Projektionsschirm links und das Bildfenster rechts bei 30. Bei 31 befindet sich eine Blende zwischen den Gliedern des positiven Systemteils und bei 32 eine Blende zwischen dem positiven und dem negativen 10

Systemteil des Erfindungsgegeiistandes. Die Flächenkrümmungen r, die Dicken d, die Abstände e, die Außendurchmesser ■& der verschiedenen Linsen L bzw. der Blenden sowie die Brechwerte η der Gläser für die D-Linie und die reziproken relativen Dispersionen υ sind für die Ausführungsform nach Abb. 2 die folgenden, wobei die linearen Abmessungen in Millimetern gegeben sind:

γ 1	70,6	d₀	46,24	d₃	33.35	d_A	16,25	d.	54.16	d₆	16,00	d₇	36,90	3:	,0	-	0	3 -	0
		50,01	199,06	32 φ i5,o
U -f-	37.48	31 0 22.				0

r._A -f-	180,86	= 10,	5

^ri —	= 2,	0

h +
r₀ +	= 8,

γ .	= 2,0

?₈ —
r₉ +	= 2,

^ri +	= 11,

^rn —
Blende
Blende

«ö

I.5I0;

63.5

62

= 10,0

63,0 .

= 22,0

i,54o; 5i,2

i,62i; 36,2

1,621; 36,2 j

1,540; 51.2 J

Die Brennweite des negativen Systemteils dieses Objektivs ist annähernd —60mm und die des positiven Systemteils annähernd -l· 45 mm, während die äquivalente Brennweite der ganzen Projektionsoptik annähernd 25 mm ist. Der Abstand zwischen den entsprechenden Hauptpunkten des positiven und des negativen Systemteils beträgt annähernd 90 mm; der Abstand von der Blende 32 bis zur Fläche r_c ist 16 mm und der von der Blende 31 bis zur Fläche r₀ 14 mm. Dieses Projektionssystem besitzt einen so großen Bildwinkel, daß man beispielsweise ein Bild von etwa 5,5 m Breite aus einem Abstand von 5,5 m hinter dem Schirm projizieren kann. Da trotz dieses großen Bildwinkels das Öffnungsverhältnis des ganzen Systems 1 : 3 beträgt, erhält man also unter Verwendung des Erfindungsgedankens eine außerordentlich leistungsfähige Projektionsoptik.

Das Verhältnis der Brennweite des positiven Systemteils zu der des ganzen Projektionssystems beträgt etwa 1,75; es liegt also innerhalb der eingangs als günstig angegebenen Grenzen für dieses Brennweitenverhältnis. Durch diese Konstruktionsbedingung werden, wie eingangs ausgeführt, günstige Öffnungsverhältnisse sowohl für den posi- wo tiven wie für den negativen Systemteil gesichert.

Wie schon erwähnt, ist die neue Projektionsoptik in erster Linie für Durchprojektion bestimmt, wobei im allgemeinen wegen des geringen verfügbaren Raumes hinter dem Bildschirm der Projektionsapparat nahe an den Schirm herangebracht werden muß. Jedoch tritt dann wieder die Schwierigkeit auf, daß bei allzunahem Heranbringen des Apparates an den Schirm der Beschauer die Randteile des Bildes zu schwach beleuchtet sieht. Es hat sich ergeben, daß diese Erscheinung nicht in störendem Maße auftritt, wenn der Abstand zwischen Projektionsoptik und Schirm noch ungefähr so groß ist wie die längste Seite des Lichtbildes, was für die Projektionsoptik die Forderung bedeutet, daß die Brennweite des Gesamtsystems annähernd gleich der längsten Seite des Bildfensters ist. Wenn man außerdem noch einen äußerst gedrungenen Bau des Objektivs fordert, so

werden, wie erwähnt, alle konstruktiven Verhältnisse schwieriger. Es ist deshalb notwendig, bei der Berechnung des Systems jeden Vorteil auszunutzen. So ist es z. B. für die öffnungsverhältnisse der beiden Glieder des positiven Systemteils am zweckmäßigsten, wenn man bei einem nach Abb. 2 aufgebauten System die Brennweite des dem Film benachbarten Gliedes L₀ und L₇ etwa ίο doppelt so groß macht wie die Gesamtbrennweite des aus den Linsen L₄ bis L₇ bestehenden positiven Systemteils.

Systeme für Filmprojektion sollten soweit als möglich in bezug auf sphärische und chromatische Aberration, Verzeichnung, BiIdfeldebnung, Koma, Astigmatismus u. dgl. korrigiert sein. Dabei können der negative und der positive Systemteil für einzelne oder mehrere der Fehler entweder jeder in sich ao korrigiert sein oder -Fehler des negativen Teils können durch entgegengesetzte. Fehler des positiven Teils ausgeglichen werden oder umgekehrt.

Im Interesse einer guten Korrektion des außeraxialen Bildes ist es zweckmäßig, den negativen Teil in mehrere Glieder aufzustellen, die derart gekrümmt sind, daß ihre Außenflächen nach dem positiven Systemteil hin hohl sind. Bei Verwendung von zwei zerstreuenden Gliedern ist es aus dem genannten Grunde vorteilhaft, die Brechkraft der nach dem positiven Systemteil gerichteten konkaven Außenfläche (in dem Beispiel nach Abb. 2 die Fläche r_s) etwa doppelt so groß zu wählen wie die Brechkraft der dem positiven Teil abgekehrten konvexen Außenfläche T₁.

Baut man die zerstreuenden Glieder des negativen Systemteils aus verkitteten Linsen auf, so hat es sich gleichfalls mit Rücksicht auf die Korrektion des Bildes außerhalb der Achse als günstig erwiesen, die Sammellinsen der verkitteten Glieder in jedem derselben nach dem Bildschirm hin zu legen. In allen Fällen aber hat es sich bei aus , zwei zerstreuenden Gliedern bestehenden negativen Systemteilen als zweckmäßig erwiesen, den Krümmungsradius der inneren Fläche des schirmseitigen Gliedes (im Beispiel nach Abb. 2 der Radius r₂) annähernd gleich der Entfernung der Austrittspupille des ganzen Projektionssystems von diesem schirmseitigen Glied zu machen.

Durch diese Merkmale des Erfmdungsgegenstandes läßt sich eine günstige Korrektion von Astigmatismus, Koma und Verzeichnung des Gesamtsystems erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Weitwinklige in sich korrigierte Projektionsoptik für Kinonahprojektion mit einem positiven, dem Bildfenster näher liegenden Systemteil und einem Systemteil negativer Brennweite, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung mögliehst kleiner Üffnungsverhältnisse für die beiden Systemteile bei gegebenem Uftnungsverhältnis des Gesamtsystems die Brennweite des positiven Systemteils etwa das Eineinhalbfache bis Zweineinhalbfache der Brennweite des ganzen Projektionssystems beträgt.

2. Projektionsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite des ganzen Systems annähernd gleich der längsten Seite des Bildfensters ist.

3. Projektionsoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (e) zwischen dem Bildhauptpunkt des positiven und dem Objekthauptpunkt des negativen Systemteils mindestens das Zweifache der Brennweite des ganzen Projektionssystems beträgt.

4. Projektionsoptik nach Anspruch 1,

2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite des dem Bildfenster benachbarten Gliedes des positiven Systemteils etwa doppelt so groß ist wie die Brennweite des ganzen positiven Systemteils.

5. Projektionsoptik nach Anspruch 1, 2,

3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem positiven Systemteil benachbarte Außenfläche des negativen Systemteils (r₅) konkav gekrümmt ist und eine B rech-. kraft hat, die etwa doppelt so groß ist wie die Brechkraft der dem positiven Systemteil abgekehrten konvexen Außenfläche (r_t) des negativen Systemteils.

6. Projektionsoptik nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Systemteil vorzugsweise aus zwei zerstreuenden Gliedern besteht, und daß das eine oder mehrere dieser Glieder mit nach dem Projektionsschirm zu gelegenen Sammellinsen verkittet sind.

7. Projektionsoptik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r₂) der inneren Fläche des schirmseitigen Gliedes des negativen Systemteils annähernd gleich der Entfernung der Austrittspupille des ganzen Projektionssystems von diesem schirmseitigen Gliede ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen