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Projektionsvorrichtung, insbesondere für Fernsehempfänger Die Erfindung
bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung mit einer Bildfläche, in der wenigstens
ein Raster äquidistanter gerader Linien mit wenigstens einem Raster äquidistanter
kreisförmiger Linien zusammenfällt, insbesondere für Fernsehempfänger.
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Es wurde festgestellt, daß sich bei solchen Projektionsvorrichtungen
Verhältnisse ergeben können, bei denen im Bild Unregelmäßigkeiten auftreten. Diese
Umstände werden unter Angabe der die Fehler behebenden Maßnahmen an Hand einiger
Figuren erläutert.
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Fig. i ist ein schematischer Schnitt einer bekannten Projektionsvorrichtung,
z. B. eines Filmprojektors.
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Fig. 2 Zeigt im größeren Maßstabe einen Schnitt durch einen bekannten,
zur Verwendung in einer solchen Projektionsvorrichtung, geeigneten Bildschirm.
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Fig. 3 zeigt den Gang eines Lichtbündels durch einen solchen
Schirm.
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Fig. 4 zeigt die bei einem solchen Schirm eintretenden Unregelmäßigkeiten.
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Die Projektionsvorrichtung enthält eine Lichtquelle i, einen Kondensor
2, einen abzubildenden Gegenstand, z. B. einen Film 3 und ein Objektiv 4.
Das Bild wird auf einen Schirm 5, im vorliegenden Fall einen durchsichtigen
Schirm geworfen.
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Bei solchen Schirmen wird häufig an einer Seite eine sog. Fresneloberfläche
angebracht, d. h. ein Raster prismatischer Rillen mit nach der Mitte zu allmählich
verlaufendem Profil in Form von Kreisen oder einer archimedischen Spirale, die dem
flachen Schirm die Lichtbrechungseigenschaften einer Linse
verleihen.
In Fig. 2 sind diese Rippen mit 6 bezelchnet. Infolge dieser Frestielaberfläche
werden die Lichtstrahlen, z. B. die Strahlen 7, die den Schirm am Rande treffen,
in Raumwinkeln zerstreut, deren Mittelachsen 8 nicht weiter die Verlängerung
der Strahlen 7 bilden, sondern nach der Mitte zu geknickt sind. Infolgedessen
sehen die Z uschauer den Schirm heller aufleuchten.
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Für die Erfindung ist es unwesentlich, olj-.'die kreisförmigen Linien,
welche die Fresneloberfläche bilden, reine Kreise sind oder eine archirne4.ische
Spirale bilden.
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Es ist bekannt, den Schirm an der anderen Sei * te mit einem
Raster gerader Rillen 9 und manchmal auch mit zwei geraden gekreuzten Rastern
zu versehen. Auch dies bezweckt, das vorn Sc'hirtü ausgestrahlte Licht, das weit
oberhalb oder unterhalb des Schirmes im Zuschauerraum verloren gehen würde, mehr
in Richtung' auf die -Zuschauer #zu' richten. Durch diese Mittel wird
erreicht, daß der Raum, aus dem das Bild deutlich sichtbar ist, verhältnismäßig
breit und niedrig wird.
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Die Rippen 6 und die Rillen 9 sind in den Figuren stark
vergrößert dargestellt. Sie werden so schmal gew';lilt, daß man sie, wenn man sich
in einiger-. Abstand von dem Schirm befindet, nicht mehr sieht; die Breite kann
z. B. in der Größenordnung. von 1/, mm liegen.
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Wenn auf einen solchenSehirin ein Bild geworfen wird, wird es nicht
gleichmäßig aufleuchten. Das Raster gerader Rillen wird miteinander abwechselnd
helle und dunkle Linien aufweisen; denn es wird, wie aus Fig. 3 hervorgeht,
ein Bündel parallel einfallender Lichtstrahlen io derart gebrochen, daß ein divergierendes
Bündel'i i entsteht, und ein virtuelles Bild 12 erzeugt wird. Da die Rille gerade
ist, weist dieses Bild die Form eines schmalen Bandes auf; der Raum zwischen zwei
Bändern ist'dunkel.
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Auch die Fresneloberfläche zeigt dunkle Linien, die von den nicht
wirksamen Teilen stammen, die den Übergang der einen Rippe in die andere bilden.
Diese Linien haben die Form von Kreisen oder einer archimedischen Spirale. Wie bereits
gesagt, sind jedoch die Rillen und Rippen so schmal, und es liegen daher auch die
dunklen und hellen Linien so dicht nebeneinander, daß sie sich beim Betrachten des
Projektionsbildes nicht störend bemerkbar machen.
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Ein solches Raster gerader Linien wird auch in einem Fernsehbild erzeugt.
Ein Fernsehempfänger ist nicht besonders dargestellt, aber der Gang der Lichtstrahlen
darin geht auis Figi i hervor, wenn die Lichtquelle i, der Kondensor 2 und der Film
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durch eine Kathodenstrahlröhre ersetzt werden, deren Schirm bei
3 angeordnet ist.
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Es wurde nun gefunden, daß, wenn ein Raster geraderLinien mit einemRaster
vonKreisen zusammenfällt (oder mit einem Raster in Form einer archimedischen Spirale,
was im vorliegenden Fall, infolge des kleinen gegenseitig-en Abstandes der Linien
keinen Unterschied macht), Unregelmäßigkeiten im Bilde auftreten. Diese weisen die
Form bestimmter Figuren sog. Moir#figuren auf, die von Linien gebildet werden, die
viel weiter als diejenigen des Kreis- oder Linienrastets -auseinandtr liegeri.
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In Fig. 4 ist dargestellt, wie diese Moir#figuren entstehen können.
Angenommen ist, daß ein Raster, das dunkle, gerade parallele Linien 13 hat,
von denen nur drei dargestellt sind, mit einem anderen Raster aquidistanter, dunkler
Kreise 14 zusammenfällt, von denen auch nur einige dargestellt sind. An den Stellen,
, an denen die dunklen Linien sich schneiden, sieht man dunkle Punkte oder
Flächen 15.
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,Während die ursprünglichen Raster infolge des kleinen gegenseitigen
Abstandes der Linien nicht ,vom Auge erfaßt werden, werden die dunklen Punkte vom
Auge unwillkürlich zu Linien geordnet, die viel größere gegenseitige Abstände haben
und infolgedessen störend wirken können. Drei dieser Linien sind hier dargestellt
und mit 16 bezeichnet. -Es ist klax ersichtlich, daß der gegenseitike Abstand dieser-'Linien
16 »die Abstände der Linien aus den ursprünglichen Rastern beträchtlich übersteigt,
und auch, daß die Abstände dort am größten sind, wo die geraden Linien des einen
Rasters etwa die Kreise des Kreisrasters berühren, d. h. in der Nähe der
X-Achse; in einem größeren Abstand von der Mitte sind die Moir#figuren am störendsten,
da hier die Kreise länger nahezu parallel zu den Geraden verlaufen und hier auch
die Lichtverluste an den aufstehenden Rändern der Fresnellinse am größten sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis 'zugrunde, daß das Auftreten der
Moir#figuren verringert werden kann, wenn die Linien des Rasters, insbesondere wo
die Berührungslinien an den kreisförmigen Linien etwa parallel zu den geraden Linien
sind, mehr Schnittpunkte aufweisen oder die parallelen Teile kürzer sind.
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Nach der. Erfindung sind die Linien wenigstens eines der Raster,
in der Ebene der Bildfläche, wellenförmig.
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In dieser Beziehung sei bemerkt, daß die Ausdrücke gerade Linien und
kreisförmige Linien nicht streng geometrisch gedeutet werden sollen. Sie schließen
nicht aus, daß die geraden Linien und die kreisförmigen Linien eine Wellenform aufweisen,
wie aus folgendem hervorgeht.
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. Wenn in dieser Beschreibung von Bildfläche die Rede ist,
ist auch nicht eine mathematische Ebene gemeint. Wenn zwei Raster, z. B. ein Kreislinienraster
und ein geradliniges Raster parallel zu einander und dicht zusammenliegen, z. B.
an der Vorder- und Rückseite eines Schirmes, ist dies für das' Auftreten der geschilderten
Wirkungen das glekhe, als ob sie vollkommen zusammenfielen.
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Wenn die kreisförmigen Linien in einer archimedischen Spirale liegen
und wellenförmig sind, erzielt man den Vorteil, daß die Wellen auf der Spirale kontinuierlich
geschnitten werden können.
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Um die parallelen Teile im Bereich, wo die Berührungslinien der Kreise
parallel zu den geraden Linien sind, möglichst kurz zu machen, ist es erwünscht,
sowohl die kreisförmigen Linien als auch die geraden Linien wellenförmig zu gestalten,
derart, daß sie im erwähnten Gebiet in Gegenphase
sind, und dabei
die kreisförmigen Linien in Kreisen anzuordnen.
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Man wählt dabei vorzugsweise die Wellenlänge
wo a den gegenseitigen Abstand der kreis förinigen Linien und n eine beliebige ganze
Zahl darstellen, also z. B. gleich 1, 2, 3 usw. ist.
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Die Erfindung wird insbesondere durch einen Projektiotisschirm verwirklicht,
der mit den vorgenannten Anforderungen entsprechenden Rastern versehen ist.
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Wenn man einen solchen Schirm so herstellt, daß mittels eines Schneidwerkzeuges
ein Raster äquidistanter Linien entsteht, kann dies zweckmäßig dadurch erfolgen,
daß dieses Werkzeug in einer Mclitung senkrecht zur Richtung der Linien in der lZasterebene
in Schwingung versetzt wird.
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Dabei kann (las Werkzeug auf elektromagnetischeni Wege mittels eines
Stromes in Schwingung versetzt werden, der von einer Abtasteinrichtung und einer
Schallspur abgeleitet wird, deren Schwingung s#Itichron mit der Bewegung des Werkzeuges
in bezug auf den Schirm verläuft.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Fig. .3 zeigt schematisch das Zusammenfallen zN"-eier Raster,
von denen das eine aus genauen Kreisen und das andere auswellenförmigen geraden
Linien besteht.
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Fig. 6 zeigt ebenfalls das Zusammenfallen zweier Raster, von
denen aber das eine aus wellenförmigen kreisförmigen Linien und (las andere aus
genau geraden Linien besteht.
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Fig- 7 ist eine schematische Darstellung des Zusammenfallens
eines gewellten Kreislinienrasters und eines Wellenlinienrasters.
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Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Schneiden
eines gewellten Rasters.
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Die in Fig. _5 dar. estellten Raster gerader Linien
13 und kreisförm iger Linien 1,4 weisen beide den gleichen gegenseitigen Abstand
zwischen kreisförrnigen bzw. geraden Linien auf. In diesem Falle sind die Umstände
für die Bildung von Moir#figuren sehr günstig. Die geraden Linien sind im vorliegenden
Fall wellenförtnig gemacht, mit ein2-.-Aniplitude, die etwa die Hälfte, und einer
Wellenlänge, die das Vierfache des gegenseitigen Abstandes der Linien beträgt. Die
Figur zeigt klar, daß iiiiiiiiiehr die Anzahl der Schnittpunkte einer jeden Linie
13 mit jedem Kreis, also im Gebiet, wo die i\Ioir#.figuren sehr deutlich
sein würden (vgl. Fig. 4), viel größer geworden ist, wodurch diese Figuren jetzt
nicht mehr störend wirken.
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Aus Fig. 6 geht ähnliches hervor, wenn die kreisförmigen Linien
gewellt sind. Diese kreisförinigen Linien werden hier von einer archimedischen Spirale
gebildet. Aus der Figur erhellt, daß man ein solches Raster kreisförmiger Linien
14, die in einer archirnedisclienSpirale liegen,ununterbrochen herstellen, z. B.
schneiden, kann, ohne daß die Schwierigkeiten eintreten, auf die man bei genauen
Kreisen dort stoßen würde, wo der Beginn und das sen. Ende Im einer bi, e r jeden
dargestellten Linie ineinander Fall aber übergehen soll die Ampli müstude d#r Welle
nicht so groß sein, daß die Wellen von nebeneinanderliegenden krdisförmigen Linien
durcheinanderlaufen.
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Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wird der Nachteil, daß die kreisförmigen
Linien und die geraden Linien über einen großen Abstand dicht zusammenbleiben im
Gebiete, wo die Berührungsliniert an den kreisförmigen Linien eines Rasters sich
parallel zu den geraden Linien eines anderen Rasters erstrecken, weitgehend vermieden,
wenn die kreisförmigen Linien und die geraden Linien beide gewellt und die Wellen
der kreisförmigen Linien mit den Wellen der geraden Linien in Gegenphase sind.
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Betrachtet man in Abb. 5 die kreisförmigen Linien 14, so erstrecken
diese sich im Gebiet in der Nähe der X-Achse über eine längere Strecke nahezu parallel
zu den gewellten geraden Linien 13.
Dies wird bei der Anordnung nach -Abb.
7 verrnieden. Da nun im Raster dieser geraden Linien sämtlicheLinien vorzugsweise
regelmäßig nebeneinanderliegen müssen, wird dort, wo die Linie 17 e
' ine Welle ig nach rechts aufweist, auch die Linie 18 eine Welle 2o nach
rechts haben müssen. An dieser Stelle muß also die kreisförmige Linie zwei Wellen
21 und 22 aufweisen, die beide nach- links gebogen sind. Dies wird zutreffen, wenn
die Anzahl ganzer Wellenlängen, in die die kreisförmige Linie geteilt ist, gerade
ist.
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Weiter ist es erforderlich, daß die Wellen nebeneinanderliegender
kreisförmiger Linien in der Nähe der X-Achse in Phase sind, wie bei den zwei Linien
23 und 2,4. Wenn man nun den Abstand zwischen zwei kreisförmigen Linien gleich
a setzt, so wird der Unterschied ihres Umfangs gleich 2na sein. Um der Bedingung
zu entsprechen, daß sowohl die kreisförmige Linie 23 als auch die kreisförmige
Linie 24 eine ungerade Anzahl Wellenlängen i haben, soll der Unterschied der Anzahl
Wellenzüge auf dem Umfang des Kreises 24 gegen die des Kreises 23 gerade
sein, also z. B. gleich 2n, wo n eine ganze Zahl darstellt; diese Wellenlängen bilden
eine Länge: 2n#=2na, so daß
ist.
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Es ist aber auch möglich, auf sämtlichen kreisförmigen Linien die
gleiche Anzahl Wellenlängen anzubringen, die über den ganzen Umfang in Phase sind.
Es ist dann erforderlich, daß die Wellenlängen und Amplituden der dicht an die Mitte
heranrückenden kreisförmigen Linien kleiner sind als die in einem großen Abstand
von der Mitte liegenden kreisförmigen Linien, da sonst das Verhältnis zwischen Wellenlänge
und Amplitude so klein wird, daß sich die Linien schwer oder nicht mehr schneiden
lassen. Bei diesem Kreisraster ist keine Phasengleichheit in it einem Raster gewellter
gerader Linien möglich, es sei denn, daß man die Wellenlänge dieser geraden Linien,
in dem Maße wie sie dichter an die Mitte heranrücken, auch abnehmen ließe.
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Die Herstellung der wellenförmigen Linien kann im allgemeinen dadurch
erfolgen, daß ein Schneid--,verkzeug in Schwingung versetzt wird. Von diesem
Verfahren
wird ein Beispiel bei Anwendung auf den letztgenannten Fall gegeben werden, wo auf
sämtlichen Kreisen die gleiche Anzahl Wellenlängen liegt. Dabei ist auf einen Tisch25,
der von einer Welle 26 in Drehung versetzt wird, eine Platte 27 aus
für Licht durchlässigem Material gelegt, z. B. eine Polystyrenplatte. Oberhalb dieser
Platte ist eine feste Halterung 28 angeordnet, über die -ein Schlitten
29 auf nicht dargestellte Weise verstellbar ist. Am Schlitten 29 ist ein Schneidwerkzeug,
z. B. ein Meißel 30 mittels einer Welle 31 drehbar befestigt. Die Lage des
Meißels wird derart geregelt, z. B. mittels eines Hebels 32, der um eine
Welle 33 drehbar ist, daß eine Fresnellinse entsteht. Der Meißel kann im
vorliegenden Fall außerdem von einem, Elektromagneten 34 in Schwingung versetzt
werden, der gleichfalls auf dem Schlitten 29 angeordnet ist und von einem Verstärker
35 gespeist wird. Dieser Verstärker empfängt ein Signal von einer Photozelle
36, die von einem optischen System belichtet wird, das aus einer Lichtquelle
37, einer Blende 38, einen Kondensor 39 und einem Objektiv,4o
besteht. Das *im vorliegenden Fall gebildete Lichtbündel wird von einer Schallspur
41 m0-duliert, die sich auf einem am Tisch 25 befestigten FilM 42 befindet.
Die auf diese Weise geschnittenen.Rillen werden Wellen aufweisen, die alle in Phase
sind. Durch Regelung der Verstärkung (eine Regelung, die leicht mit der Lage des
Schlittens kuppelbar ist) ist leicht erzielbar, daß die Amplituden der Wellen bei
einem kleineren Radius der geschnittenen kreisförmigen Linien kleiner werden.