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Die Erfindung betrifft einen optischen Projektionsapparat.
In mehr besonderer Weise betrifft die Erfindung einen
optischen Projektionsapparat, wobei ein solcher Apparat in
geeigneter Weise als ein Filmprojektor und ein Mikrofilmlese-
und -druckgerät anwendbar ist, bei welchen die
Lichtmengenungleichmäßigkeit auf einer Projektionsfläche infolge
einer Lichtstärkeverteilung (Lichtstärkeeigenschaft) einer
Lichtquelle durch sachgemäße Einstellung einer NA
(numerische Apertur) einer Projektionslinse auf einer Seite der
Projektionsfläche in Abhängigkeit von einer
Projektionsvergrößerung verhindert werden kann, wenn ein zu projizierendes
Bild, z. B. ein Bild auf einem Diapositiv, zur Projektion
auf die Projektionsfläche vergrößert wird.
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Bei herkömmlichen optischen Projektionsapparaten, wie z. B.
ein Filmprojektor oder ein Mikrofilmlese- und -druckgerät,
wird ein Lichtstrom von einer Lichtquellenvorrichtung unter
Verwendung einer Kondensorlinse und einer Feldlinse
konvergiert, um ein zu projizierendes Bild (Projektionsbild) eines
Diapositivs oder einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
(Transmissionstype) zu beleuchten. Dann wird das
Projektionsbild vergrößert und durch eine Projektionslinse mit einer
vorbestimmten Vergrößerung auf eine Projektionsfläche
projiziert.
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Herkömmliche optische Projektionsapparate, die eine
Halogenlampe verwenden, sind jeweils in der JP 384514A und der JP
385864A beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems in einem herkömmlichen optischen
Projektionsapparat.
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In Fig. 1 tritt ein von einer Lichtquellenvorrichtung 51,
die eine Halogenlampe aufweist, abgestrahlter Lichtstrom
durch eine Kondensorlinse 52, einen Wärmeabsorptionsfilter
53 und eine Feldlinse 54, um eine wirksame
Beleuchtungsfläche eines Projektionsbilds 55 der Transmissionstype auf
einem Diapositiv oder dergleichen, das in einer zu
beleuchtenden Ebene 55a angeordnet ist, zu beleuchten. Eine
Projektionslinse 56 vergrößert das auf diese Weise beleuchtete
Projektionsbild 55, um es mit einer vorbestimmten Vergrößerung
auf eine Projektionsfläche 60 zu projizieren.
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In dem in Fig. 1 gezeigten optischen Projektionsapparat wird
der Lichtstrom von der Lichtquellenvorrichtung 51 nahe einer
Eintrittspupille 58 der Projektionslinse 56 konvergiert
(abgebildet). D. h., die optischen Elemente sind angeordnet, um
eine Beleuchtungsebene (Wendel) 57 der
Lichtquellenvorrichtung 51 nahe der Eintrittspupille 58 abzubilden.
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Ferner ist eine NA (numerische Apertur) auf der Seite der
Projektionsfläche 60 eingerichtet, sich mit einer Änderung
der Projektionsvergrößerung nicht zu verändern, um die
Helligkeit des gesamten Projektionsbild auf der
Projektionsfläche 60 bei verschiedenen Änderungen der
Projektionsvergrößerung unverändert zu erhalten.
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Bei dem vorstehend beschriebenen optischen
Projektionsapparat tritt ein solches Problem auf, daß die
Lichtmengenungleichmäßigkeit durch eine Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung 51 bei einer geringen
Projektionsvergrößerung auf der Projektionsfläche 60 verursacht wird, wenn
ein Verhältnis der Projektionsvergrößerungen oder das
Vergrößerungsänderungsverhältnis einen bestimmten Wert
übersteigt.
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Der Grund, weshalb die Lichtmengenungleichmäßigkeit
eintritt, ist folgender.
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Eine Halogenlampe wird in herkömmlichen optischen
Projektionsapparaten im allgemeinen als die Lichtquellenvorrichtung
verwendet. Die Halogenlampe neigt dazu, infolge einer
Struktur der Beleuchtungsebene (Wendel) eine Ungleichmäßigkeit
der Lichtstärkeeigenschaft aufzuweisen.
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Fig. 2A und 2B sind Zeichnungen zur Erläuterung und zeigen
jeweils eine perspektivische Ansicht und eine
Lichtstärkeeigenschaft einer allgemeinen Halogenlampe. Die x-, die y- und
die z-Achse sind definiert, wie in Fig. 2A gezeigt ist.
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Da hier eine Ungleichmäßigkeit der Lichtstärkeeigenschaft in
dem x-y-Abschnitt der Halogenlampe vorliegt, wie in Fig. 2B
gezeigt ist, bestehen in Abhängigkeit von einer
Strahlungsrichtung, wie in Fig. 3 gezeigt, wenn die Halogenlampe von
oben betrachtet wird, Richtungen des hellen Lichtstroms und
Richtungen des dunklen Lichtstroms.
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Fig. 4 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems in einem herkömmlichen optischen
Projektionsapparat, um das Auftreten der
Lichtmengenungleichmäßigkeit auf einer Projektionsfläche zu zeigen, wenn
die Halogenlampe, die eine solche Lichtstärkeeigenschaft
zeigt, als die Lichtquellenvorrichtung verwendet wird.
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Wie Fig. 4 zeigt, ist von den Lichtströmen, die von der
Lichtquellenvorrichtung 51 abgestrahlt werden, ein
Lichtstrom, der durch ein optisches Beleuchtungssystem 50 tritt
und dann weist nahe einem mittleren Abschnitt 55A ein
Projektionsbild 55 eine große Lichtstärkeeigenschaft der
Lichtquellenvorrichtung 51 auf. Wenn das Projektionsbild 55A, das
durch diesen Lichtstrom beleuchtet ist, vergrößert wird und
durch die Projektionslinse 56 auf eine Projektionsfläche 60
projiziert ist, wird ein mittlerer Abschnitt der
Projektionsfläche 60 in einem projizierten Bild hell.
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Im Gegensatz dazu ist von den Lichtströmen, die von der
Lichtquellenvorrichtung 51 abgestrahlt werden, ein
Lichtstrom, der durch das optische Beleuchtungssystem 50 und dann
durch einen Randabschnitt 55B des Projektionsbilds 55 tritt,
dunkel hinsichtlich der Lichtstärkeeigenschaft der
Licht
quellenvorrichtung 51. Wenn das Projektionsbild 55B, das
durch diesen Lichtstrom beleuchtet ist, vergrößert und durch
die Projektionslinse 56 auf die Projektionsfläche 60
projiziert wird, ist ein Randabschnitt der Projektionsfläche in
dem projizierten Bild dunkel.
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Aus dem vorstehend erwähnten Grund tritt die
Lichtmengenungleichmäßigkeit der Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung 51 auf, z. B. wodurch der Mittelabschnitt hell
und der Randabschnitt auf der Projektionsfläche 60 dunkel
werden.
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Die vorstehend beschriebene Lichtmengenungleichmäßigkeit auf
der Projektionsfläche 60 kann jedoch durch sachgemäße
Auswahl einer Bildvergrößerung undeutlich gemacht werden, wobei
eine Beleuchtungsebene (Wendel) 57 durch die Kondensorlinse
52 und die Feldlinse 54 nahe der Eintrittspupille 58 der
Projektionslinse 56 abgebildet wird, und eine FNO (f-Zahl)
der Projektionslinse 56.
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Es kann durch größeres Einstellen einer Winkelblende oder NA
(numerische Apertur) der Lichtströme erreicht werden, die
von der Lichtquellenvorrichtung 51 abgestrahlt werden und
dann in die Kondensorlinse 52 eintreten.
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Fig. 5A und Fig. 5B zeigen Zeichnungen zur Erläuterung der
Lichtquellenvorrichtung 51 und diese nähern sich an, wenn
die Lichtmengenungleichmäßigkeit durch Vergrößern der NA der
von der Lichtquellenvorrichtung 51 in die Kondensorlinse 52
eintretenden Lichtströme korrigiert ist.
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Wie aus Fig. 5A und Fig. 5B erkennbar, schließen entweder
Lichtströme, die sich in A-Richtung ausbreiten (z. B. zum
Mittelabschnitt der Projektionsfläche) oder Lichtströme, die
sich in B-Richtung ausbreiten (z. B. zum Randabschnitt der
Projektionsfläche), Lichtströme sowohl mit hellem Abschnitt
als auch mit dunklem Abschnitt in die Lichtstärkeverteilung
der Lichtquellenvorrichtung 51 ein, wodurch folglich die
Lichtstärkeverteilung ausgeglichen wird.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann ein
Unterschied in der Helligkeit zwischen den Lichtströmen, die sich
in A-Richtung und in B-Richtung ausbreiten, aufgehoben
werden, so daß das Auftreten der Lichtmengenungleichmäßigkeit,
die durch die Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung verursacht ist, minimiert wird.
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Eine Vergrößerung der NA der von der Lichtquellenvorrichtung
51 in die Kondensorlinse 52 eintretenden Lichtströme kann
erreicht werden, indem die f-Zahl FNO der Projektionslinse 56
verkleinert wird, oder durch Vergrößern der
Abbildungsvergrößerung, bei der die Beleuchtungsebene (Wendel) 57 nahe
der Eintrittspupille 58 der Projektionslinse 56 abgebildet
wird.
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In einem allgemeinen optischen Projektionsapparat, wie z. B.
ein Filmprojektor oder ein Mikrofilmlese- und -druckgerät,
welcher eine feste Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse aufweist, oder in einem, welcher eine veränderbare
Projektionsvergrößerung in einem
Vergrößerungsänderungsverhältnis aufweist, welches ein Verhältnis der
Projektionsvergrößerungen ist, von 3 oder weniger, kann das Eintreten der
Lichtmengenungleichmäßigkeit auf der Projektionsfläche in
dem in Fig. 5A, Fig. 5B gezeigten Zustand für die
eintretenden Lichtströme von der Lichtquellenvorrichtung in die
Kondensorlinse, d. h. durch großes Ausbilden deren NA,
wirkungsvoll verhindert werden.
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Wenn jedoch das Vergrößerungsänderungsverhältnis des
optischen Projektionsapparats drei übersteigt, wird es
schwierig, die NA der von der Lichtquellenvorrichtung in die
Kondensorlinse eintretenden Lichtströme immer groß zu erhalten,
selbst unter Verwendung einer Projektionslinse mit
irgendeiner Projektionsvergrößerung. Es ist im allgemeinen zu
bevorzugen, daß die Leuchtdichte auf der Projektionsfläche bei
einer Änderung der Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse in einem optischen Projektionsapparat, wie z. B. ein
Filmprojektor und ein Mikrofilmlese- und -druckgerät, immer
gleichbleibend ist. Daher wird eine NA auf der Seite der
Projektionsfläche herkömmlich eingestellt, daß sie immer
gleichbleibend ist, unabhängig von der Änderung der
Projektionsvergrößerung der Projektionslinse.
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Wird jedoch die NA der Projektionslinse auf der Seite der
Projektionsfläche gleichbleibend ausgebildet, ändert sich
die NA der Projektionslinse auf der Seite des
Projektionsbilds mit einer Änderung der Projektionsvergrößerung. Z. B.
unter der Annahme einer Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse von M, einer NA auf der Seite der
Projektionsfläche von NAS und einer NA auf der Seite des Projektionsbilds
von NA&sub0; ergibt sich folgende Beziehung zwischen den Größen:
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NA&sub0; = M · NAS.
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Wenn die NA der Projektionslinse auf der Seite der
Projektionsfläche (nachstehend als NAS bezeichnet) festgelegt wird,
ist die NA der Projektionslinse auf der Seite des
Projektionsbilds (nachstehend als NA&sub0; bezeichnet) proportional zu
der Projektionsvergrößerung M. D. h., NA&sub0; ist proportional
zu der Projektionsvergrößerung M der Projektionslinse.
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Da ferner die NA der von der Lichtquellenvorrichtung in die
Kondensorlinse (nachstehend als NAL bezeichnet) eintretenden
Lichtströme proportional zu NA&sub0; ist, ändert sich schließlich
die NAL proportional zu der Projektionsvergrößerung M der
Projektionslinse.
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Die NAL wird in einem Beispiel verglichen, in welchem zwei
Projektionslinsen mit unterschiedlicher
Projektionsvergrößerung M verwendet werden, eine mit einer geringen
Vergrößerung von 10 und die andere mit einer hohen Vergrößerung von
50, wobei ein Vergrößerungsänderungsverhältnis von 5
vorliegt.
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Es wird z. B. angenommen, daß ein Wert der NAL 0,5 bei einer
Projektionsvergrößerung von 50 ist. Dann wird ein Wert von
NAL gleich 0,1 bei einer Projektionsvergrößerung von 10.
Wird der NAL-Wert größer als 0,8 eingestellt (Aperturwinkel
von etwa 110 Grad) kann ein Kondensationswirkungsgrad im
Hinblick auf die Eigenschaft der Lichtstärkeverteilung der
Halogenlampe, wie in Fig. 2B gezeigt, tatsächlich nicht
erhöht werden. Es wird auch schwierig, eine Abbildungsleistung
des optischen Beleuchtungssystems zu erhalten. Daher wird im
allgemeinen bevorzugt, daß der NAL-Wert auf maximal 0,8
eingestellt wird.
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Wird z. B. der NAL-Wert auf 0,8 eingestellt, wenn die
Projektionsvergrößerung der Projektionslinse 50 beträgt, ist
der NAL-Wert nur 0,16, wobei die Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse 10 beträgt. Der NAL-Wert von 0,16
entspricht einem Aperturwinkel von 9,2 Grad.
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Somit ist ein Projektionszustand der letzteren gleich dem in
Fig. 4 gezeigten Projektionszustand. Die
Lichtmengenungleichmäßigkeit wird schließlich durch die
Lichtstärkeverteilung der Lichtquellenvorrichtung bei einer geringen
Vergrößerung auf der Projektionsfläche verursacht.
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Wie vorstehend erläutert, in dem Fall, daß das
Vergrößerungsänderungsverhältnis in den herkömmlichen optischen
Projektionsapparaten in einem gewissen Grad größer wird,
besteht das Problem des Auftretens der
Lichtmengenungleichmäßigkeit, die durch die Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung bei einer geringen Vergrößerung auf der
Projektionsfläche verursacht wird.
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Obgleich in der vorstehenden Erläuterung angenommen wird,
daß das Vergrößerungsänderungsverhältnis des optischen
Projektionsapparats 5 beträgt, ist es wahrscheinlich, daß die
Lichtmengenungleichmäßigkeit tatsächlich mit einem
Vergrößerungsänderungsverhältnis von etwa 5 eintritt.
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Das USA-Patent Nr. 4 938 572 beschreibt ein
Zoomobjektivsystem zur Verwendung in einem Mikrofilmprojektionsapparat.
Ein Mikrofilm wird auf einer lichtdurchlässigen Glasplatte
angeordnet und wird durch das Zoomobjektivsystem projiziert.
Das Zoomen von der Seite der längsten Brennweite zu der
Sei
te der kürzesten Brennweite wird durch lineares Bewegen
sowohl einer zweiten Linseneinheit als auch einer dritten
Linseneinheit ausgeführt, während eine erste Linseneinheit fest
angeordnet bleibt. Das Bewegen der zweiten Linseneinheit
führt dazu, daß die Aperturblende als auch die Bilder dazu
bewegt werden. Der Vergrößerungsbereich ist von 7x bis 15x.
Demgemäß ist das Vergrößerungsänderungsverhältnis sehr
klein.
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Weiterhin beschreibt die JP 1 025 115A ein
Projektionslinsensystem mit einem Zwei-Komponenten-Zoom-Objektiv und einer
Blende. Ein Bild eines Films wird auf eine Projektionsfläche
projiziert. Während die Vergrößerung des
Projektionslinsensystems gezoomt und verändert wird, erfolgt das Bewegen der
Blende.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
optischen Projektionsapparat zu schaffen, der eine veränderbare
Projektionsvergrößerung mit einem
Vergrößerungsänderungsverhältnis aufweist, das drei übersteigt, wobei die
Lichtmengenungleichmäßigkeit, welche durch Verwendung einer
Halogenlampe als Beleuchtungsvorrichtung korrigiert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den optischen
Projektionsapparat und das Bildprojektionsverfahren erzielt,
wie jeweils im Anspruch 1 und im Anspruch 3 definiert ist.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Erfindungsgemäß kann ein Projektionsbild mit gleichmäßiger
Helligkeit auf einer Projektionsfläche ständig erzeugt
werden.
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Speziell wird erfindungsgemäß durch Auswahl einer Linse als
die Projektionslinse aus einer Vielzahl von Linsen mit
konstanter Brennweite die Projektionslinse so ausgewählt, daß
die NA auf der Seite der Projektionsfläche bei einer
geringen Projektionsvergrößerung größer als die NA auf der Seite
der Projektionsfläche bei einer großen
Projektionsvergrößerung ist.
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Erfindungsgemäß wird in einem Aufbau unter Verwendung eines
Zoom-Objektivs als das Projektionsobjektiv zum stetigen
Ändern der Projektionsvergrößerung beim Projizieren ein
Durchmesser der Aperturblende, der in der Projektionslinse
vorliegt, so eingestellt, daß die NA der Projektionslinse auf
der Seite der Projektionsfläche bei einer geringen
Projektionsvergrößerung größer als die NA der Projektionslinse auf
der Seite der Projektionsfläche bei einer großen
Projektionsvergrößerung wird.
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Ferner ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtmengenkorrekturvorrichtung in dem optischen
Pfad zwischen der Lichtquellenvorrichtung und der
Projektionsfläche angeordnet ist, um die Beleuchtungsstärke auf der
Projektionsfläche im wesentlichen gleichbleibend zu
erhalten, unabhängig von der Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems in einem herkömmlichen optischen
Projektionsapparat,
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Fig. 2A und Fig. 2B zeigen jeweils eine perspektivische
Ansicht und eine Zeichnung zur Erläuterung der
Lichtstärkeeigenschaft einer allgemeinen Halogenlampe,
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Fig. 3 zeigt eine Zeichnung zur Erläuterung, um das
Auftreten von hellen und dunklen Richtungen infolge der
Lichtstärkeeigenschaft der Halogenlampe zu zeigen,
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Fig. 4 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems in einem herkömmlichen optischen
Projektionsapparat, um eine Ursache des Auftretens der
Lichtmengenungleichmäßigkeit auf einer Projektionsfläche zu
zeigen,
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Fig. 5A und Fig. 5B zeigen Zeichnungen zur Erläuterung, um
ein Verfahren zur Verbesserung der
Lichtmengenungleichmäßigkeit- zu zeigen,
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Fig. 6A und Fig. 6B zeigen schematische Zeichnungen eines
Hauptteils eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen
optischen Projektionsapparats in der ersten Ausführungsform,
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Fig. 7 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen optischen
Projektionsapparats in der zweiten Ausführungsform,
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Fig. 8 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen optischen
Projektionsapparats in der dritten Ausführungsform, und
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Fig. 9 zeigt eine schematische Zeichnung eines
erfindungsgemäßen optischen Projektionsapparats in der vierten
Ausführungsform.
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Fig. 6A und Fig. 6B zeigen schematische Zeichnungen eines
Hauptteils eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen
optischen Projektionsapparats in der ersten Ausführungsform.
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Fig. 6A zeigt einen Projektionszustand unter Verwendung
einer Projektionslinse 6 mit einer großen
Projektionsvergrößerung, und Fig. 6B zeigt einen Zustand unter Verwendung einer
Projektionslinse 6 mit einer kleinen
Projektionsvergrößerung. In der in Fig. 6A und Fig. 6B gezeigten
Ausführungsform wird ein Vergrößerungsänderungsverhältnis, welches ein
Verhältnis der Projektionsvergrößerungen der
Projektionslinsen 6 ist, auf etwa 3 oder mehr eingestellt.
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In Fig. 6A und Fig. 6B bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Lichtquellenvorrichtung, welche eine Halogenlampe mit der
Lichtstärkeeigenschaft aufweist, wie in Fig. 2A und Fig. 2B
gezeigt ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Wendel als
eine Beleuchtungsebene. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine
Kondensorlinse, welche die Lichtströme konvergiert, die von
der Lichtquellenvorrichtung 1 abgestrahlt sind. Das
Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Wärmeabsorptionsfilter, welcher den
Durchgang des sichtbaren Lichts gestattet, aber
Infrarotlicht absorbiert. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine
Feldlinse.
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In der vorliegenden Ausführungsform bilden die Elemente
Kondensorlinse 2, Wärmeabsorptionsfilter 3 und Feldlinse 4 ein
optisches Beleuchtungssystem 20.
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Ferner bewirkt das optische Beleuchtungssystem 20 das
Abbilden der Beleuchtungsebene (Wendel) 7 der
Lichtquellenvorrichtung 1 nahe einer Eintrittspupille 8 einer
Projektionslinse 6, wie nachstehend beschrieben.
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Das Bezugszeichen 5a bezeichnet eine zu beleuchtende Ebene,
in welcher ein zu projizierendes Bild (Projektionsbild) 5
eines Diapositivs oder eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Transmissionstype angeordnet ist. Das
Projektionsbild 5 wird durch die Lichtströme von dem optischen
Beleuchtungssystem 20 beleuchtet. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
eine auswechselbare Projektionslinse, wie weiter nachstehend
beschrieben ist, und vergrößert, um das Projektionsbild 5,
das in der zu beleuchtenden Ebene 5a angeordnet ist, bei
einer vorbestimmten Vergrößerung auf eine Projektionsfläche 10
zu projizieren. Das Projektionsbild 5, die Projektionslinse
6 und die Projektionsfläche 10 bilden ein Projektionssystem
30.
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In der vorliegenden Ausführungsform mit diesem Aufbau werden
die Lichtströme, die von der Lichtquellenvorrichtung 1
abgestrahlt sind, durch die Kondensorlinse 2 konvergiert, treten
durch den Wärmeabsorptionsfilter 3 sowie die Feldlinse 4,
und beleuchten das Projektionsbild 5, das in der zu
beleuchtenden Ebene 5a angeordnet ist. Dann wird das
Projektionsbild 5 vergrößert und durch die Projektionslinse 6 bei einer
vorbestimmten Projektionsvergrößerung auf die
Projektionsfläche 10 projiziert.
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Als die Projektionslinse 6 in der vorliegenden
Ausführungsform ist eine Vielzahl von einfach fokussierenden Linsen
(Projektionslinsen) mit voneinander unterschiedlicher
Projektionsvergrößerung erzeugt, und eine Projektionslinse, die
einer spezifischen Anwendung entspricht, wird zur Verwendung
innerhalb der Vielzahl von Projektionslinsen 6 ausgewählt,
wodurch das Bild mit einer vorbestimmten
Projektionsvergrößerung projiziert wird.
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Bei der Auswahl einer Linse als die Projektionslinse aus der
Vielzahl von Fixfokuslinsen wird die Projektionslinse zu
Verwendung so ausgewählt, daß die NA auf der Seite der
Projektionsfläche bei einer geringen Projektionsvergrößerung
größer als jene auf der Seite der Projektionsfläche bei
einer großen Projektionsvergrößerung ist.
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Fig. 6A zeigt die Verwendung der Projektionslinse 6 mit
einer großen Vergrößerung und Fig. 6B mit einer geringen
Vergrößerung.
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Die Projektionslinsen 6 weisen jeweils numerische Aperturen
auf der Seite der Projektionsfläche 10 (NAS) auf, die sich
voneinander unterscheiden, in Abhängigkeit von deren
Projektionsvergrößerung. Genauer ausgedrückt, die NA auf der Seite
der Projektionsfläche wird für die Vielzahl der
Projektionslinsen in der vorliegenden Ausführungsform größer
eingestellt, wenn die Vergrößerung von der niedrigen Vergrößerung
zu der großen Vergrößerung zunimmt.
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Dadurch können die NA (NA) der von der
Lichtquellenvorrichtung 1 in die Kondensorlinse 2 eintretenden Lichtströme bei
einer großen Vergrößerung geringfügig unterschiedlich von
der bei einer geringen Vergrößerung ausgebildet werden.
Folglich kann die NAL bei einer geringen Vergrößerung groß
erhalten werden, wodurch die Lichtmengenungleichmäßigkeit,
welche durch die Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung 1 verursacht werden kann, auf der Projektionsfläche
10 auf wirksame Weise verhindert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann die
Projektionslinse anstelle der auswechselbaren Projektionslinsen ein Zoom-
Objektiv mit veränderbarer Vergrößerung sein oder eine, die
angeordnet ist, um aus einer Vielzahl von Zoom-Linsen
ausgewählt zu werden.
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Wenn z. B. gewünscht ist, die Lichtmengenungleichmäßigkeit
bei einer geringen Vergrößerung in dem Aufbau mit einem
Zoom-Objektiv als das Projektionsobjektiv zu korrigieren,
würde eine Form des Kurvenkörpers für eine einstellbare
Aperturblende, die in die Projektionslinse integriert ist,
in Abhängigkeit von der Projektionsvergrößerung willkürlich
verändert. Genauer ausgedrückt, die NAS bei einer geringen
Vergrößerung kann größer als jene bei einer großen
Vergrößerung ausgebildet werden. Wahlweise kann ein Blendenblatt so
geformt sein, daß die NAS bei einer geringen Vergrößerung
größer als jene bei einer großen Vergrößerung ist.
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Wenn die Projektionslinse durch eine Vielzahl von Zoom-
Linsen gebildet wird, kann eine NAS für eine Zoom-Linse mit
der geringsten Vergrößerung oder können NAS für einige Zoom-
Linsen mit jeweils geringen Vergrößerungen größer als jene
oder jene der Zoom-Linsen mit einer großen Vergrößerung oder
mit großen Vergrößerungen eingestellt werden.
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Wie vorstehend beschrieben wird die NAS auf der Seite der
Projektionsfläche in Abhängigkeit von der
Projektionsvergrößerung der Projektionslinse in der vorliegenden
Ausführungsform sachgemäß verändert. Genauer ausgedrückt, die NA der
Projektionslinse auf der Seite der Projektionsfläche bei
einer geringen Projektionsvergrößerung wird größer eingestellt
als jene der Projektionslinse auf der Seite der
Projektionsfläche bei einer hohen Projektionsvergrößerung. Dadurch kann
die Lichtmengenungleichmäßigkeit auf der Projektionsfläche
wirkungsvoll verhindert werden, welche durch die
Lichtstärkeverteilung der Lichtquellenvorrichtung bei einer geringen
Vergrößerung verursacht werden kann und welche ein Problem
der herkömmlichen Apparate in dem Fall ist, daß das
Vergrö
ßerungsänderungsverhältnis des optischen Projektionsapparats
ein bestimmtes Niveau übersteigt (etwa 3 oder mehr).
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Fig. 7 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems eines optischen Projektionsapparats
in der erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform. In Fig. 7
sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Elementen wie
in Fig. 6A und Fig. 6B zugeordnet.
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In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 9 eine
Lichtmengenkorrekturvorrichtung, welche ein NA-Filter aufweist, um eine
Stärke des übertragenen Lichts zu steuern. Die
Lichtmengenkorrekturvorrichtung 9 ist in einem optischen Pfad zwischen
einem Projektionsbild 5 und einer Projektionslinse 6
demontierbar eingefügt. Die Lichtmengenkorrekturvorrichtung 9
wird in den optischen Pfad eingefügt, wenn die
Projektionslinse 6 mit einer geringen Vergrößerung in der vorliegenden
Ausführungsform verwendet wird.
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Es ist im allgemeinen zu bevorzugen, daß die
Beleuchtungsstärke (Beleuchtungsstärkeverteilung) unveränderlich auf
eine Projektionsfläche bei einer Änderung der
Projektionsvergrößerung der Projektionslinse in einem optischen
Projektionsapparat, wie z. B. ein Filmprojektor und ein
Mikrofilmlese- und -druckgerät, eingestellt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird eine NA (NAS) auf
einer Seite der Projektionsfläche 10 für eine
Projektionslinse 6 mit einer geringen Projektionsvergrößerung größer
als jene für eine Projektionslinse 6 mit einer großen
Projektionsvergrößerung eingestellt. Dann nimmt die
Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche 10 gemäß einem Wert
der NAS bei der geringen Vergrößerung zu, im Vergleich zu
der bei der großen Vergrößerung, so daß ein helleres
Projektionsbild als ein Ganzes bei der großen Vergrößerung als bei
der großen Vergrößerung erhalten wird.
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Eine solche Helligkeitsänderung ist für einen Apparat nur
zum Zweck der Beobachtung eines projizierten Bilds
annehm
bar, aber ist nicht für einen Apparat, wie z. B. ein
Mikrofilmlese- und -druckgerät, um ein Bild zu drucken annehmbar.
Es ist nicht zu bevorzugen, daß eine erhöhte
Beleuchtungsstärke nur bei einer geringen Verstärkung auf der
Projektionsfläche erzeugt wird.
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Es ist im allgemeinen bei einem optischen Projektionsapparat
wünschenswert, daß eine gleichbleibende Beleuchtungsstärke
auf der Projektionsfläche immer erzeugt wird, selbst bei
Verwendung der Projektionslinse mit irgendeiner
Projektionsvergrößerung.
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Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der ND-Filter
9 in den optischen Pfad zwischen dem Projektionsbild 5 und
der Projektionslinse 6 eingefügt, wenn die Projektionslinse
6 mit der geringen Vergrößerung verwendet wird, so daß die
Zunahme der Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche 10
beschränkt werden kann, was durch die Vergrößerung der NAS
bei der geringen Vergrößerung verursacht sein kann. Durch
diesen Aufbau wird die Beleuchtungsstärke auf der
Projektionsfläche bei geringer Vergrößerung im wesentlichen gleich
der bei der großen Vergrößerung ausgebildet, die miteinander
ausgeglichen werden, um ein hervorragendes Projektionsbild
zu erhalten.
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Es ist für das ND-Filter 9 ausreichend, in den optischen
Pfad nur eingefügt zu werden, wenn die Projektionslinse 6
mit der geringen Vergrößerung verwendet wird. Daher kann es
so angeordnet werden, daß ein Bediener des Apparats das ND-
Filter 9 von Hand einfügt. Wahlweise kann das ND-Filter 9 so
angeordnet werden, daß eine elektrische Vorrichtung die
Verwendung der Projektionslinse mit der geringen Vergrößerung
erfaßt und daß das ND-Filter 9 automatisch eingefügt wird.
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Ein anderes wahlweise anwendbares Verfahren besteht darin,
von Anfang an das ND-Filter 9 in die Projektionslinse der
großen NAS mit der geringen Vergrößerung zu integrieren.
Dieses Verfahren ist wirkungsvoll, um den Gesamtapparat zu
vereinfachen, weil keine Notwendigkeit zum Vorsehen eines
besonderen Mechanismus zu Einfügen und Zurückziehen des ND-
Filters 9 besteht.
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Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform das ND-Filter 9
in dem optischen Pfad zwischen dem Projektionsbild 5 und der
Projektionslinse 6 auswechselbar eingefügt wird, kann das
Filter 9 in dem optischen Pfad zwischen der Projektionslinse
6 und der Projektionsfläche 10 auswechselbar eingefügt
werden.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die
Lichtmengenkorrekturvorrichtung (ND-Filter) in dem optischen Pfad zwischen der
Lichtquellenvorrichtung und der Projektionsfläche
angeordnet, um die Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche
unabhängig von der Projektionsvergrößerung der
Projektionslinse im wesentlichen gleichbleibend zu erhalten.
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Fig. 8 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems eines optischen Projektionssystems
in der erfindungsgemäßen dritten Ausführungsform. In Fig. 8
sind die gleichen Bezugszeichen wie jenen in Fig. 7
zugeordnet.
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Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der
zweiten Ausführungsform dadurch, daß die Einfüge- und
Rückzugsposition des ND-Filters als die
Lichtmengenkorrekturvorrichtung in einem optischen Beleuchtungssystem 20 anstelle
in dem Projektionssystem 30 vorgesehen ist. Andere Teile des
Aufbaus sind gleich denen in der zweiten Ausführungsform.
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Genauer ausgedrückt, das ND-Filter 9 ist angeordnet, um in
einen optischen Pfad zwischen der Lichtquellenvorrichtung 1
und der Kondensorlinse 2 in der vorliegenden Ausführungsform
eingebracht oder aus diesem herausgenommen zu werden. Das
ND-Filter 9 wird in den optischen Pfad eingefügt, wenn die
Projektionslinse mit der geringen Vergrößerung verwendet
wird. Durch diesen Aufbau erreicht die dritte
Ausführungsform dieselbe Wirkung wie die zweite Ausführungsform.
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Auch in der vorliegenden Ausführungsform kann das ND-Filter
9 so angeordnet werden, um durch einen Bediener des Apparats
von Hand in den optischen Pfad eingeführt zu werden oder aus
dem optischen Pfad herausgenommen zu werden oder um
automatisch in den optischen Pfad eingeführt zu werden oder aus
dem optischen Pfad herausgenommen zu werden, indem die
Verwendung der Projektionslinse 6 mit der geringen Vergrößerung
durch eine elektrische Vorrichtung erfaßt wird, ähnlich wie
in der zweiten Ausführungsform.
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Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform das ND-Filter 9
in dem optischen Pfad zwischen der Lichtquellenvorrichtung 1
und der Kondensorlinse 2 demontierbar eingefügt ist, besteht
keine Begrenzung auf die beschriebene Position zur Einfügung
und zum Rückzug. Z. B. kann das ND-Filter 9 zwischen der
Kondensorlinse 2 und dem Wärmeabsorptionsfilter 3, zwischen
dem Wärmeabsorptionsfilter 3 und der Feldlinse 4 oder
zwischen der Feldlinse 4 und dem Projektionsbild 5 angeordnet
werden.
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In dem Fall, daß das ND-Filter 9 in das optische
Beleuchtungssystem 20 eingefügt ist, wie in der vorliegenden
Ausführungsform, kann das ND-Filter 9 z. B. durch eine
Diffusorplatte mit einer Streuwirkung ersetzt werden, in
Anwendung der vorliegenden Erfindung in derselben Weise wie in
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die
Streuwirkung der Diffusorplatte beschränkt die Beleuchtungsstärke
auf der Projektionsfläche 10 in derselben Weise wie das ND-
Filter 9, und die Lichtstärkeverteilung der
Lichtquellenvorrichtung 1 kann gestreut werden, wodurch auf wirksamere
Weise die Helligkeit des Projektionsbilds auf der
Projektionsfläche 10 ausgeglichen wird.
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Das ND-Filter wird als die Lichtmengenkorrekturvorrichtung
in der zweiten und der dritten Ausführungsform verwendet,
doch es ist darauf hinzuweisen, daß jedes optische Element
in Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann, wenn es die Lichtströme (Lichtmenge) von der
Licht
quellenvorrichtung einstellen kann, wie vorstehend erläutert
ist.
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Fig. 9 zeigt eine schematische Zeichnung eines Hauptteils
eines optischen Systems eines optischen Projektionsapparats
in der erfindungsgemäßen vierten Ausführungsform. In Fig. 9
sind die gleichen Bezugszeichen denselben Elementen wie
jenen in Fig. 6A und Fig. 6B zugeordnet.
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In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine
Lichtmengenkorrekturvorrichtung, welche ein Lichtaufnahmeelement 41,
eine Arithmetikschaltung 42 und eine
Spannungsreglerschaltung 43 aufweist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die
Projektionslinse 6 durch ein einzelnes Zoom-Objektiv ausgebildet. Um die
NA (NAS) auf der Seite der Projektionsfläche bei einer
geringen Vergrößerung größer als die bei einer großen
Vergrößerung auszubilden, wird eine Kurvenkörperform der
einstellbaren Aperturblende oder eine Form des Blendenblatts, das in
das Zoom-Objektiv einbezogen ist, sachgemäß verändert.
Dadurch kann die Lichtmengenungleichmäßigkeit auf der
Projektionsfläche bei der geringen Vergrößerung korrigiert werden.
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In der zweiten und der dritten Ausführungsform, wie
vorstehend beschrieben, ist das demontierbare ND-Filter in dem
optischen Pfad als die Lichtmengenkorrekturvorrichtung
angeordnet, um die Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche
10 bei der geringen Vergrößerung zu beschränken, wobei die
NAS vergrößert wird. Es ist in der vorliegenden
Ausführungsform jedoch schwierig, das Problem der Beleuchtungsstärke
nur mit dem ND-Filter zu lösen, das in den optischen Pfad
eingefügt wird oder aus dem optischen Pfad zurückgezogen
wird, weil das Zoom-Objektiv als die Projektionslinse 6
verwendet wird.
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Dies ist darin begründet, daß die NAS bei einer bestimmten
Projektionsvergrößerung nicht plötzlich verändert werden
kann, in dem Fall, daß die NA (NAS) auf der Seite der
Pro
jektionsfläche bei einer geringen Vergrößerung in dem
vorstehend beschriebenen Verfahren zu vergrößern ist, doch sie
sollte allmählich (stetig) vergrößert werden. Wenn das ND-
Filter in diesem Zustand eingefügt wird, ist es schwierig,
die Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche innerhalb
eines Vergrößerungsbereichs vollständig gleichbleibend zu
erhalten, in welchem die NAS allmählich verändert wird.
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Dann ist in der vorliegenden Ausführungsform das
Lichtaufnahmeelement 41 nahe der Projektionsfläche 10 angeordnet, um
einen Beleuchtungszustand auf der Projektionsfläche 10 zu
erfassen, die Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche
wird durch die Arithmetikschaltung 42 unter Verwendung der
Ausgabe des Lichtaufnahmeelements 41 berechnet, das
Berechnungsergebnis wird zu dem Spannungsregler 43 zurückgeführt,
der die Lichtquellenvorrichtung 1 steuert, und die
Speisespannung der Lichtquellenvorrichtung 1 wird gemäß der
Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche 10 geregelt.
Dieser Aufbau läßt es zu, daß die Beleuchtungsstärke auf der
Projektionsfläche 10 immer gleichbleibend erhalten wird,
ungeachtet der Änderung der Vergrößerung.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die vierte Ausführungsform
so aufgebaut, daß das Zoom-Objektiv als die Projektionslinse
verwendet wird und daß bei der Projektion mit stetiger
Änderung der Projektionsvergrößerung ein Durchmesser der
Aperturblende, die auf der Projektionslinse angeordnet ist, so
gesteuert wird, daß die NA der Projektionslinse auf der
Seite der Projektionsfläche bei der geringen Vergrößerung
größer als die bei der großen Vergrößerung wird.
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Wie vorstehend erfindungsgemäß beschrieben, wird bei
Verwendung der Projektionslinse bei unterschiedlicher NA
(numerische Apertur) auf der Seite der Projektionsfläche in
Abhängigkeit von der Projektionsvergrößerung ein optischer
Projektionsapparat geschaffen, welcher die
Lichtmengenungleichmäßigkeit auf der Projektionsfläche korrigieren kann,
andererseits möglicherweise verursacht durch die
Lichtstärkeverteilung der Lichtquellenvorrichtung bei einer geringen
Ver
größerung, wenn ein optischer Projektionsapparat ein großes
Vergrößerungsänderungsverhältnis (z. B. von etwa 3 oder
mehr) aufweist und herkömmlich ein Problem aufweist, und
welcher immer ein ausgezeichnetes Projektionsbild ohne die
Lichtmengenungleichmäßigkeit erzielen kann.
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Erfindungsgemäß wird auch ein optischer Projektionsapparat
geschaffen, welcher die Beleuchtungsstärke auf der
Projektionsfläche immer gleichbleibend erhalten kann, wenn die NA
der Projektionslinse auf der Seite der Projektionsfläche
größer eingestellt wird, durch Einfügen des ND-Filters oder
der Diffusorplatte als die Lichtmengenkorrekturvorrichtung
in den optischen Pfad oder durch Versehen des Apparats mit
der Lichtmengenkorrekturvorrichtung, um die
Versorgungsspannung der Lichtquellenvorrichtung zu regeln.