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Projektionslampe für Linsenrasterfilm Die Erfindung betrifft eine
Lampe für die Projektion von Linsenrasterfarbfilmen.
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Bisher bekanntgewordene Beleuchtungssysteme für,die Projektion. von
Linsenrasterfarbfilmen nach der additiven Methode verwenden zurErzeugung des benötigten
verschiedenfarbigen Lichtes Absorptionsfilter, welche entweder zwischen der Lichtquelle,
vorzugsweise einer Bogenlampe, und: dem Bildfenster oder zwischen dem -Bildfenster
und dem Projektionsobjektiv in den Strahlengang eingeschaltet sind. Solche Projektionssysteme
sind jedoch nicht in der Lage, eine ausreichende Bildhelligkeit und einen erträglichen
Lichtwirkungsgrad zu erreichen, da die Verwendung von Absorptionsfiltern sehr hohe
Lichtverluste mit sich bringt.
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In der letzten Zeit wurde ein neuer Lichtfiltertyp entwickelt, welcher
die Filterwirkung nicht durch Absorption, sondern durch spektrale Aufspaltung des
einfallenden Lichtes bewirkt, indem ein Teil des Lichtspektrums durchgelassen, der
andere dagegen reflektiert wird. Mittels solcher Reflexionsfilter kann man aus dem
Lichtspektrum einen beliebigen Teil ausschneiden, da durch die Wirkung einer passend
gewählten. selektiv reflektierenden Filterschicht ein gewünschter Teil des Lichtspektrums
z. B. durchgelassen und der Rest reflektiert wird oder umgekehrt. Es ist also durch
die Verwendung eines Satzes von hintereinandergeschaltetenReflexionsfiltern möglich,
weißes Licht in eine Anzahl verschiedenfarbiger Anteile zu zerlegen, welche alle
nutzbar gemacht werden können. Im Fall der Projektion von Farbfilm wird man vorzugsweise
das weiße Licht in einen Rot-, Grün-und Blauanteil aufspalten. Bei Anwendung eines
solchen Reflexionsfiltersatzes tritt praktisch kein
Lichtverlust
mehr :auf, da dessen -Ursache, nämlich die Absorption der ausgefilterten Teile des
Spektrums in den bisher üblicherweise verwendeten Absorptionsfiltern, -umgangen
wird. Eine vollständige Ausnutzung der durch einen solchen Reflexionsfiltersatz
gebotenen Vorteile ist allerdings bei. Verwendung eines nur einseitig gerasterten
Filmträgers nicht möglich und wird erst durch die Verwendung eines doppelt gerasterten
Linsenrasterfilms gewährleistet.
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Ein weiterer Nachteil der bisher bekanntgewordenen Projektionssysteme
für Linsenr-asterfarbfilm ist die Neigung zur Bildung von Farbdominanten auf dem
Schirm, wenn die Leuchtdichteverteilung in der Lichtquelle nicht bestimmten Anforderungen
hinsichtlich ihrer Gleichförmigkeit und Stabilität genügt. Unterliegt z. B. die
Leuchtdichte der Bogenlampe zeitlichen oder örtlichen Veränderungen, welche in den
üblicherweise verwendeten Lichtquellen unvermeidlich sind, so ergibt sich eine unrichtige
Farbwiedergabe.
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Eie Erfindung gibt die Möglichkeit, außer der Erzielung eines hohen
Wirkungsgrades auch diese Nachteile zu vermeiden: -Erfindungsgemäß wird ein aus
mindestens zwei Reflexicon.sfiltern mit verschiedener spektraler Durchlaßreflexionscharakteristik
und mindestens einer weiteren spiegelnden Fläche bestehender Filtersatz verwendet,
dessen optisch wirksame Flächen sich hintereinander im Strahlengang zwischen Lichtquelle
und Film befinden und jeweils den gleichen Querschnitt des auftreffenden Lichtbündels
erfassen, so daß das von der Lichtquelle ausgehende weiße Bündel praktisch ohne
Verluste spektral und .geometrisch optisch in die verschiedenfarbigen Bündel aufgespalten
wird, d-iie zur Beleuchtung der schwarzweiß registrierten Farbauszüge auf dem Film
dienen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin-Jung und deren Wirkungsweise
sollen nun an Hand der Zeichnung :im einzelnen näher beschrieben werden, wobei Fig.
r schematisch ein Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung mit einer parallelen Anordnung
der einzelnen Reflexionsfilter, Fig. 2 schematisch ein ähnliches System mit verringerten
Abmessungen des Filtersatzes, Fig. 3, 3 a, 3 b und 3 c schematisch die Form und
den Öffnungswinkel des durch ein solches System erzeugten Lichtkegels, FinG. 4,
4 a und 4b schematisch eine Anordnung gemäß der Erfindung zur optischen Umformung
des Eintrittsquerschnittes des Filtersatzes; Fng. 5 schematisch einen weiteren Filtersatz
gemäß der Erfindung mit paralleler Anordnung der Einzelfilter und Fig. 6 schematisch
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit gekreuzten Einzelfiltern darstellt; Fig. 7
erläutert schematisch die Erzeugung eines telezentrischen Lichtbündels; Fig: 8 zeigt
schematisch einen Parallelfiltersatz mit optischem Ausgleich der Weglänge in den
Teillichtbündeln und Fig. 9 a und 9 b schematisch in Grund- und Aufriß einen Kreuzfiltersatz
mit optischem Weglängena-usgleich; Fig. zo dient zur Erläuterung der erforderlichen
Charakteristiken der einzelnen Reflexionsfilter eines Parallelfiltersatzes und Fig.
z r zur Erläuterung der erforderlichen Charakteristiken in einem Parallelfiltersatz
mit geknicktem Strahlengang.
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Fig. z veranschaulicht beispielsweise die Anordnung einer derartigen
Projektionslampe mit Reflexionsfiltern. Die Lichtquelle r, vorzugsweise der positive
Krater einer Bogenlampe, erzeugt über dem Parabolspiegel a ein Lichtbündel. Dieses
trifft auf den Eingang eines Reflexionsfiltersatz-es, der aus zwei Reflexionsfiltern
3- und 4 und einem Spiegel 5 besteht. Das aus dem Filtersatz austretende, in verschiedenfarbige,
parallel verlaufende Bündel. aufgespaltene Licht wird durch eine Sammellinse 6 in
das Bildfenster 7 geworfen, wo die Linse 6 übereinanderliegende verschiedenfarbige
Bilder der Lichtquelle r erzeugt. Die Reflexionsfilter des Satzes werden vorzugsweise
mit -einer Neigung von 450 gegen die Richtung des einfallenden Lichtes angeordnet,
da hierdurch eine optisch korrekte Trennung des durchtretenden und des reflektierten
Lichtanteils möglich ist. Das von der Lichtquelle kommende weiße Licht fällt zuerst
auf ein beispielsweise 45° zur einfallenden Lichtrichtung geneigtes Reflexionsfilter
3, welches z. B. Rot durchläßt, Grün und Blau aber unter 9o° reflektiert. Das gespiegelte
Lieht fällt auf ein -zweites Reflexionsfilter 4, welches Grün reflektiert, aber
Blau durchläßt. Das blaue Licht wird durch den Spiegel 5 parallel zur optischen
Achse reflekbiert. Die Linse 6 bildet die scheinbar im Unendlichen liegende Lichtquelle
r auf das Bildfenster; des Projektors ab.-Durch die Verwendung eines Parabolspiegels
z und die Anordnung der Lichtquelle r in dessen Brennpunkt ist das vom Spiegel ausgehende
Lichtbündel telezentrisch. Ein Lichtbündel wird als telezentrisch bezeichnet, wenn
das Bild der erzeugenden Lichtquelle im Unendlichen liegt. So erscheint z. B. bei
vorliegender Anordnung die Lichtquelle z für einen vom Filtereingang gegen den Sp.ieigel
a blickenden Beschauer im Unendlichen. Ist darüber hinaus die leuchtende Fläche
der Lichtquelle z klein gegen die Brennweite des Spiegels, so sind alle Strahlen.
des vom Parabolspiegel z ausgehenden Lichtbündels angenähert parallel. Die Anordnung
der Reflexionsfilter in einem solchen telezentrischen Strahlengang mit nahezu parallelem
Licht ist besonders vorteilhaft, indem dabei die Abschattungsverluste durch,die
Reflexionsfilter verschwindend klein werden. Zudem ist zu bemerken, daß die Filtereigenschaften
der Reflexionsfilter von der Einfallsrichtung des Lichtes abhängig sind. Sind daher
alle einfallenden Lichtstrahlen parallel oder wenigstens nahezu parallel, so ist
die übergangszone zwischen Reflexions- und Durchlaßbereich des Filters sehr schmal
und der Wirkungsgrad der Farbspaltung sehr hoch..
Es geht aus vorstehend
Gesagtem hervor, daß sich mittels eines solchen Reflexionsfilters ein sehr hoher
Lichtwirkungsgrad erreichen läßt, da das Licht in einzelne Anteile aufgespalten.
wird, welche alle unabhängig voneinander nutzbar gemacht werden können. Im Vergleich
zur normalen Projektionsart von Linsenrasterfilmen mit Absorptionsfiltern im Objektiv
ist die Anordnung gemäß der Erfindung außerordentlich vorteilhaft, indem der Lichtwirkungsgrad
des Reflexionsfilters bis zu 9o% betragen kann im Vergleich zu einem Wirkungsgrad
von 2o bis 2-5% der normalen Absorptionsfilter. Der Lichtwirkungsgrad wird dabei
definiert als das Verhältnis der Summe :des nutzbaren Lichtes :der einzelnen verschiedenfarbigen
Bündel zur eintretenden Lichtmenge.
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Es ist ganz besonders zu betonen, daß die durch die Anwendung der
Reflexionsfilter mögliche volle Ausnutzung des von der Lampe erzeugten weißen Lichtbündels
für die Herstellung der roten, grünen und blauen Teilbündel im Prinzip nur bei Lampenseitiger
Anordnung des Filtersatzes möglich ist, was nachstehend erläutert wird.
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Nur bei lampenseitiger Anordnung kann der in verschiedenfarbige Bündel
zerlegte Lichtstrom voll ausgenutzt werden. Wird ein obje'ktivseitigerFiltersatz
verwendet, bei dem der durchtretende Lichtstrom vorher bereits :den Film passiert
hat, so trägt das weiße Licht demgemäß bereits das Bild. Es müß entsprechend der
zugehörigen Farbkomponente gefärbt werden, ist also nicht mehr in voneinander unabhängig
nutzbare Anteile zerlegbar. Die nicht zu dieser Komponente gehörigen andersfarbigen
Lichtanteile, die von einem objektivseitigen Reflexionsfiltersatz ausgesondert würden,
sind wertlos, da sie ebenfalls bereits ein Bild tragen, das aber einer anderen Farbkomponente
Zugehört. Sie müssen aus dem Nutzstrahlengang ausgeschie-.den werden. Infolgedessen
bietet eine objektivseitige Anordnung des Reflexionsfilter.satzes keinerlei Vorteile
gegenüber der Verwendung von Absorptionsfiltern.
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Sofern man Reflexionsfilter im Objektiv anwenden will, müssen grundsätzlich
die in den einzelnen Farbzonen abfallenden Lichtanteile vernichtet werden. Ein verlustfreier
Filtersatz kann also grundsätzlich nur lampenseitig angewendet werden.
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Ein solcher Filtersatz kann grundsätzlich für alle Arten von Linsenrasterfilmen
verwendet wer-dien. Die vollständige Ausnutzung der von einer Projektionslampe gemäß
der Erfindung praktisch ohne Verlust erzeugten verschiedenfarbigen Bündel gelingt
jedoch nur bei der Verwendung von doppelseitig gerastertem Linsenrasterfilmen. Ein
solcher Film trägt auf beiden Seiten Rasterungen, deren Einzellinsen paarweise zusammengehören.
Die Linsen der ersten Rasterung wirken dabei in gleicher Weisse wie die Linsen des
einfachgerasterten Films, während die Linsen des zweiten Rasters das Aufspreizen
der aufs dem Film austretenden Lichtbündel verhindern. Bei der Projektion eines
solchen Doppelrasterfilms mit lampenseitigen Filtern können die obenerwähnten Vorteile
der Projektionslampe voll ausgenutzt werden, da infolge des Wegfalls der bei Einfachrasterfilm
auftretenden Aufspreizun,g die Apertur des den Film beleuchtenden: vielfarbigen
Lichtbündels nicht kleiner gehalten werden muß als die Apertur des verwendeten Projektionsobjektivs.
Mit Rücksicht auf die nach oben begrenzte Größe der Apertur der praktisch herstellbaren
Objektive bedingt diese Forderung beim Einfachrasterfilm eine erhebliche Verringerung
der zulässigen Beleuchtungsapertur. Außerdem können bei der Verwendung eines nicht
absch.attun:gsfreien Projektionsobjektivs bei der Projektion von Einfachrasterfilmen
störende Farbdominanten auftreten, da die aus dem Film austretenden verschiedenfarbigen
Lichtbündel auf verschiedenen Wegen zum Projektionsschirm gelangen. Die Verwendung
einer Projektionslampe gemäß der Erfindung zur Beleuchtung von Einfachrasterfilmen
isst an sich möglich, bringt aber einerseits gegenüber der Verwendung von Doppelrasterfilm
einen :gewissen Lichtverlust mit sich und führt andererseits zur Bildung von Farbdominanten
auf dem projizierten Bild, falls nicht ein abschattungsfreies Projektionsobjektiv
verwendet wird. Letzteres stellt bei .der zur Erzielung eines ausreichend hellen
Bildes erforderlichen großen Öffnung schwierig zu erfüllende Forderungen optischer
Art und bringt außerdem einen erhöhten Aufwand mit sich.
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Die Verwendung von Reflexionsfiltern bringt noch einen weiteren Vorteil
mEit sich. Die für die Projektion von Farbfilm notwendigen Teillichtbündel., vorzugsweise
von roter, ,grüner und blauer Farbe, müssen entweder eine gleichförmige und unveränderliche
Lichtintensität über ida@s ganze Bildfeld aufweisen., oder, da die übilicherweise
verwendeten Lichtquellen, dieser scharfen Forderung keineswegs entsprechen, müssen
wenigstens die örtlichen und zeitlichen Änderungen der Lichtintensität in allen:
drei Bündeln identisch sein. Selbst .diese ,zweite Forderung kann durch die Verwendung
von. Absorptionsfiltern nicht erfüllt werden., da diese die verschiedenfarbigen
Bündel aus verschiedenen. Teilen -des weißen Lichtbündels ableiten. Eine unterschiedliche
und ungleichförmige Lichtintensitätsverteilung wird beispielsweise verursacht durch
das Auswandern des Brennflecks der Lichtquelle aus dem Brennpunkt der Beleuchtungsoptik.
Eine ungleichmäßige Verteilung der Leuchtdichte über die strahlende Fläche der Lichtquelle
hat die gleiche Wirkung. In beiden Fällen entstehen Farbdominanten auf dem Schirm.
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Da im Gegensatz zu vorstehendem durch einen Reflexionsfil.ters,atz
.die roten, grünen und bilauen Farbbündel für die Beleuchtung des Films in. gleicher
Weise aus Odem von der Lampe erzeugten weißen Bündel. abgeleitet werden, ist gewährleistet,
daß :auch die Verteilung der Beleuchtungsstärken für idie Rot-, :Grün und Blaukomponenten
über das Bildfeld relativ zueinander stets erhalten. bleibt, somit eine stabile
zeitlich konstante Ausleuchtung des Projektionsschirms zwangsläufig sichergestellt
ist. Dies kann leicht durch das Projizieren eines
Stückes Blankfilm
nachgeprüft werden. Ist die Verteilung der Lichtintensität für die rote, grüne und
blaue Komponente identisch, so zeigt der Projektionsschirm eine einheitlich weiße
Farbe, während relative Veränderungen der Verteilung in den einzelnen verschiedenfarbigen.
Bündeln. relativ zueinander Farbdominanten über den ganzen Bereich oder in Teilen
.des Schirms hervorrufen.
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Ändert sich z. B. die Stellung des Positivkraters der Lampe relativ
zum Fokus des Parabolspiegels, so bewirkt. dies eine Veränderung der Lichtverteilung
über den Bildschirm. Da diese Veränderung sich aber für das rote, grüne und blaue
Teilbild in identischer Weise auswirkt, entsteht dadurch keine Verfärbung über den
Bildschirm. Im Gegensatz dazu entstehen bei der normalen Projektionsmethode eines
Linsenrasterfilms starke Farbdominanten, wenn die Lichtquelle nicht exakt im Fokus
gehalten, wird.. Dasselbe gilt in .bezug auf di.e Wirkung einer veränderlichen Leuchtdic'hteverteil.ung
im positiven Krater der Lichtquelle.
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Die Anordnung der Projektionslampe mit Reflexionsfiltersatz gemäß
Fig. i führt auf unerwünscht große Abmessungen des Filtersatzes und ,der Sammellinse
6. ,Zur Behebung ,dieser Unzulänglich-,keit ist es :gemäß Fig. 2 empfehlenswert,
von einem konvergierenden weißen Lichtbündel auszugehen. Da der Reflexionsfiltersatz
die günstigste Wirkung bei telezentrischem Strahlengang ergibt, kann durch Anwendung
einer Zerstreuungslinse zo vor dem Filtersatz i i ein telezentrischer Lichtdurchgang
durch den Filtersatz bis zur Sammellinse 1ä geschaffen werden. Zu Fig. 2 stellt
8 die Lichtquelle und 9 den Hohlspiegel dar, der das gegen die Zerstreuungslinse
io konvergierende Lichtbündel er-,zeugt. Die Zerstreuungslinse io erzeugt innerhalb
.des Filtersatzes ein telezentritsches Bündel. Die Kondensorlinse 12 wirft .dann
wie in. Fig. i Bilder der. Lichtquelle in das Bildfenster 13. Trotzdem der .Durchmesser
des Hohlspiegels 9 die gleiche Größe hat wie in Fig. i, ergibt sich durch Einschalten
der Zerstreuungslinse io eine erhebliche Verkleinerung des Filtersatzes ii und der
Sammellinse 12.
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Um die Öffnung des Objektivs, welches das Filmbild .auf .die Leinwand
:projiziert, voll auszunutzen, muß der Öffnungswinkel des beleuchtenden kegelförmigen
Lichtbündels dieser Öffnung entsprechen, was an Hand der Fig. 3 näher erläutert
werden soll. Darin stellt 14 :die Lichtquelle mit dem Hohlspiegel 15, 16 den Reflexionsfiltersatz
und 17 die Kondensorlinse dar, welche ein Bild der Lichtquelle im Bildfensler i$
entwirft, wodurch der hinter der Öffnung des Bildfensters i8 befindliche Filmabschnitt
ausgeleuchtet wird. Das auf dem Film befindliche Bild wird durch- das der Einfachheit
halber als Eineellinse dargestellte Objektiv i9 .auf die Leinwarnd2:o projiziert.
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Das von -der Lichtquelle über den Parabolspiegel erzeugte telezentrische
weiße Lichtbündel weist von Natur aus einen kreisrunden Querschnitt auf. Daraus
läßt sich ohne allzu große Lichtverluste ein Bündel 23 mit angenähert quadratischem
Querschnitt ausblenden. Hat die Eintrittsfläche des R.e.flexionsfil.tersatzes-i6
ebenfalls einen quadratischen Querschnitt, so bilden die drei verschiedenfarbigen
Bündel auf ider Austrittsseite des Filtersatzes 16 einen Gesamtlich.tkeagel 2q.
mit rechteckiger -Basis 25 des Formates 1 :3. Damit ergibt sich eine schlechte Ausnutzung
der Apertur des Objektivs i9, da, .der Lichtkegelquerschnitt in zwei zueinander
senkrechten Richtungen 1 :3 beträgt, wä.'hrend die Objektivapertur unabhängig von
der Richtung konstant ist. Fig. 3 a veranschaulicht diese Verhältnisse, wobei 26
die Eintrittsfläche des Objektivs und 25 den Kegelquerschnitt darstellt. Es wäre
:deshalb wünsch nswert"daß nicht die Eintrittsfläche, sondern die Austrittsfläche
des, Reflexionsfiltersatzes einen angenähert quadratischen Querschnitt aufweisen
würde. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man den Eingangsquerschnitt des Filtersatzes
in entgegengesetztem. Sinn verformt, wie dies in Fig. 3 b dargestellt ist. Dierdann
entstehende Kegelquerschnitt des Beleuchtungsbündels ist in Fig. 3 c dargestellt
und nützt nun in vorteilhafter Weise die Öffnung des Projektionsobjektivs aus. Wird
jedoch. 'der in oben beschriebener Weise ,abgeänderte Eingangsquerschnitt des Filtersatzes
mit einem Lichtbündel von. kreisförmigem Querschnitt 29 gemäß Fi.g. 3 b beleuchtet,
so ergibt sich aber ein großer Lichtverlust, da der größte Teil .des von der Lichtquelle
erzeugten telezentrischen Bündels weggeblendet würde.
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Zur Vermeidung dieses übelstandes kann folgendermaßen vorgegangen
werden.
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Es wird vorerst laus dem von .der Lichtquelle 14 über .den Parabolspiegel
15 erzeugten kreiszylindrischen Bündel ein. solches mit angenähert quadratischem
Querschnitt ausgeblendet. Dieses Bündel kann, wie nachstehend, beispielsweise ausgeführt,
durch Anwendung von Paralhelspiegelsätzen in. ein solches mit dem gewünschten rechteckigen
Querschnitt umgeformt werden. Gemäß Fig. 4 wird: beispielsweise das quadratische
Bündel 32 in vier gleiche Teilbündel 3,4, 3.5:, 36, 37 aufgeteilt. Die Teilbündel
3,6 und 37 werden über ein erstes Spiegelsystem 38; 39 in horizontaler Richtung
je um ihre eigene Breite euseinandergeschoben, wobei das Bündel 36 .durch das Spiegelpaar
31& :das Bündel 37 entsprechend durch das Spiegelpaar 39 seitlich verschoben
wird. In Fig. 4a ist diese seitliche Verschiebung des Bündels 36 und 37 schematisch
.durch die Pfeile 4o bzw. 41 dargestellt.
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Anschließend werden durch das Spiegelpaar 42 die telezentrischen Bündel
34 und 35, wie durch die Pfeile 43 und 44 angedeutet, nach dem jetzt frei gewordenen
Abschnitt verschoben., so .da:ß durch Verschieben der Bändel-36 und 3:7 hinter dem
zweiten Spiegelpaar 42 ein telezentrischles Bündel mit einem Querschnitt 33 des
Formates 1 :4 entsteht, sofern das Ausgangsbündel 3.2 einen quadr:atischen Querschnitt
aufweist.
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Zur Erzielung eines hohen Lichtwirkungsgrades können an Stelle der
Obierflächenwinkelspiegel Glaskörper mit Totalreflexion angewendet werden, wobei
die Ein- und Austrittsflächen mittels bekannter Methoden -reflexfrei gemacht werden
können.
Wird: in der Eintrittsfläche des Reflexionsfiltersatzes
ein rechteckiges Bündel des Formates 1 :3 verlangt, so kann dies gemäß Fig. 4'b,
ohne weiteres realisiert werden, indem das Ausgangsbündel 32 das Format 3 :4 erhält.
Die Ausnutzung :des te,lezeatrischen Bündels 31 mit kreisförmigem Querschnitt wird
durch das 3 :4-Format gegenüber dem quadratischen. Querschnitt praktisch nicht verschlechtert.
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Man betrachte anschließend verschiedene Ausführungsbeispiele des Reflexionsfiltersatzes,
wobei, wie bereits eingangs erwähnt, der Einfachheit halber angenommen sei, d:aß
in der Eintrittsfläche angenähert paralleles Licht vorliegen soll.
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Eine erste Ausführungsform des Refiexilonsfiltersatzes für die Projektion
von Linsenrasterfilm mit beiderseitiger Rasterung wurde bereits in Fig. z dargestellt.
Diese Anordnung wird als Parallelfiltersatz bezeichnet. Es ist offensichtlich, .daß
sie nicht auf drei Farben. beschränkt .ist, es können vitelmehr bei. passender Wahl
der Durchlaß- und Reflexionsbereiche der Teilfilter beliebig viele verschied-enfarbige
Bündel erzeugt werden.
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Der Paralle,lfiltersatz kann gemäß Fig. 5 auch so angeordnet werden,
da.ß :das telezentrische weiße Bündel 45 von unten her eintritt, womit die austretenden
farbigen :Bündel; 46, 47 und 48 wesentlich senkrecht zum eintretenden Bündel-45
stehen, während beim Parallelfiltersatz nach Fig. 1 die austretenden farbigen Bündel
wesentlich parallel zum ursprünglichen weißen Bündel stehen. Dieser zweite Par:all-elfrl@tersa,tz
nach Fig. 5 liefert also eine rechtwiinklige Abknickung .des Ge.samtstrah.lenganges,
was oft von praktischer Bedeutung sein kann.
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Bei Beschränkung auf drei Grundfarben kann der in Fig. 6 dargestellte
Kreuzfiltersatz angewendet werden, welcher in gewissen Fällen. Vor-3 gegenüber
dem Parallelfiltersatz aufweist, wie später näher ausgeführt :werden soll. Das weiße
telezent.rische Bündel 49 fällt auf die zwei vorzugsweise je unter 45° zur Lich:t.einfalilsrichtung
geneigten Reflexionsfilter 5o und 51, wobei rL. B. 51
Rotunter 9o° nach unten
reflektiert, Grün und Blau dagegen durchläßt, während 5o Grün unter 9,0,0 nach oben
reflektiert, Rot und Blauaber durchläß@t. Die .Seitenspiegel 53 und 54, welche vorzugsweise
je angenähert parallel zu den Reflexionsfiltern 5o und 51 stehen; reflektieren die
Bündel 55 und 5,6 so, daß .sie angenähert parallel zum Bündel 5:7 verlaufen.
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Die Wirkungsweise des Kreuzfiltersatzes sei an Hand des Strahls 58
.des Bündels 49 näher erläutert. Beim Auftreffen auf :das Filter 51 wird .der Rotanteil
von 58 unter 9o° nach unten reflektiert, durchsetzt das Filter 5o und wird durch
den Spiegel 54 nochmals angenähert um 9o° abgelenkt, so daß der Rotanteil:
56 den Filtersatz parallel zum einfallenden. weißen Strahl 58 verl'äßt. Der
Grün- und Blauanteil des Strahls 5:8 durchsetzt das Filter 51, wobei beim Auftreffen.
auf Idas Filter 5,o der Grünanteil unter 9o° nach oben reflektiert und durch den
Spiegel 53 Parallel zum einfallenden ,Strahl 58 gerichtet wird, während -der Blauantei-1i
.das Filter 5o durchsetzt und den Filtersatz ebenfalls parallel zu,m einfallenden
Strahl 58 verläßt.
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Eine Grundbedingung für .die Projektion von additiven Farbfilmen,
besteht darin, d:aß die Intensitätsverteilung .des Rot-, Grün.- und Blaubündels
identisch sein muß.
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D_ese Bedingung wird dann erfüllt- wenn a111-. verschietd,enfarbigen
Bündel in geometrisch optisch identischer Weise aus dem weißen Grundbündel abgeleitet
werden, d,. h. wenn die optischen Mittel, welche die drei verschiedenfar'b@igen
Bündel. aus dem weißen. Lichtbündel ableiten, identische Weglängen für .die drei
Teilbündel vorsehen. Diese Forderung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Intensitätsverteilung
innerhalb eines telezentrischen Bündels über den OOuerschnitt sich mit der Entfernung
von dem das Bündel erzeugenden Spiegel verändert. Dies soll an Hand der Fig. 7 näher
erläutert werden.
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Eine Leuchtfläche 62 von kleinem Durchmesser wird in den Brennpunkt
@6z eines Parabolspiegels 6o gelegt. Dadurch wird ein von der reflektierenden Oberfläche
des, .Spiegels 6o ausgehendes .telezentrisches Bündel 63 abgebildet. Dieses Lichtbündel-
63 setzt .sich aus einer Vielzahl von Elementarlichtkegeln z. B. 5,9', 59" und
59... zusammen, deren Zentralstrahlen, einander :parallel sind. Die Verteilung
der Lichtintensität über einen Querschnitt des Lichtbündels 63 entspricht .der mit.
größer werdender Entfernung vom .Spiegel 6o immer mehr zunehmenden gegenseitigen
Überlappung .diesem Elementarkegel,. Demgemäß ändert sich die Lichtverteilung über
den Gesamtkegelquerschmitt abhängig von dieser Entfernung und nimmt erst jenseits
eines bestimmten Abstandes, vom Spiegel eine für alle weiter entfernten Querschnitte
ähnliche Kurvenform an,, nämlich dann, wenn .der Querschnitt 63 des telezentrischen
Bündels vielmals größer geworden ist al's die Fläche des Parabolspiegels 6o. Die
Entfernung, von welcher ab .sich die Lichtverteflung in einem telzzentrisichen Bündel
nicht mehr ändert, ist von der Scheinwerfertechnik her als photometrische Grenzentfernung
bekanntgeworden.
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Da der Reflexionsfilters.atz in den telezentrischen Strahlengang in
einer Entfernung von der Lichtquelle eingefügt wird,, welche nur einem geringen
Teil dieser Grenzentfernung entspricht, ändert sich, die Intensitätsverteilung in:
einem beliebigen Querschnitt der erzeugten vielfarbigen Bündel abhängig von .der
optischen Weglänge zwischen .diesem Querschnitt und.,dem Höhlispiegel.
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Da die aus dem Reflexionsfilter.satz austretenden verschiedenfarbigen
Bündel je zur Durchleuchtung des zugeordneten als Schwarzweißverteflung auf dem
Film. registrierten FarIbauszuges verwendet werden sollen, ist im Hinblick auf die
obige For'derung, dafür zu sorgen, daß die austretenden. Farbbündel geometrisch
optisch. identisch sind, sich also. ausschließlich durch, ihre spektrale Zusammensetzung
unterscheiden sollen.
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Die aus dem Reflexionsfiltersatz austretenden Farbbündel haben, nur
dann geometrisch optisch identische Eigenschaften, wenn .die optische Länge
aller
Bündel: von der Eintrittsfläche bis zum Austrittsquerschnitt des Reflexionsfiltersatzes
gleich groß ist.
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Soweit :die Reflexionsfiltersätzediese Bedingung nicht erfüllen, kann
durch Anwendung zusätzlicher optischer Elemente ein Ausgleich der optischen Längen
der verschiedenen Farbbündel erzielt wer= den. Als Beispiel betrachlten wir,den
Parallelfiltersatz gemäß Fig. 8, wobei die beiden Bündel 64 und 65 um den senkrecht
zur Einfallsrichtung des eintretenden Bündels gemessenen Abstand zwi@sohen dem Filter
3 und 'dem Seitenspiegel 5 bzw. zwischen dem Filter 4 und dem ,Spiegel 5 zu verlängern
sind. Dies .kann gemäß Fig. 8 beispielsweise erreicht werden durch Einschaltung
von Winkelspicgelsätzen 68 bzw. 69 in den Strohlerngang der Bündel 64 und 65, Der
Abstand der Winkelspiegel, 6& entspricht dabei .dem Abstand 67 der Pairallelfilter,
so daß Idas Bündel 64 im Querschnitt 7o auf dieselbe optische Länge wie das Bündel
66 gebracht wird. Das Bündel 65 wird @durch die Winkelspiegel 69 nur halb .soviel
verlängert wie das Bündel 64, so daß dasselbe im Querschnitt 7o ebenfallls dieselbe
optische Länge wie das Bündel 64 zeigt.
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Damit erhält man im Querschnitt 7.o, der, jetzt als Austrittsquerschnitt
des Reflexionsfiltersatzes anzusehen ist, verschiedenfarbige Bündel,, welche infolge
:der für alle drei Bündel nunmehr gleich großen optischen Weglänge zwischen dem
Eingang des Filtersatzes und dem Querschnitt 70 2n bezug auf ihren geometrisch optischen
Aufbau identisch sind.
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Beim Kreuzfiltersatz, wo die beiden Außenbündel bereits geometrisch
optisch identisch sind, ist nur das mittlere Bündel zu verlängern. Wie diese Verlängerung
zweckmäßigerweise gemacht wird, ohne daß sich die benachbarten Bündel stören, geht
aus Fig. 9 und 9 a hervor. Fig. 9 veranschaulicht dabei einen Seitenriß des Kreuzfilters,
entspricht also im wesentlichen Fig. 6 Fig. 9 a stellt die gleiche Anordnung im
Grundriß dar. Wie ersichtlich, erfolgt die Verlängerung des mittleren Bündels 72
-durch eine derartige aus drei Winkelspiegeln 85 bestehende Spiegelanordnung 74,
daß das Licht senkrecht zur Richtung der farblichen Aufspaltung abgelenkt wird,
im,Gegensatz zumBeispiel der Fig. 8, wo die Ablenkung in der Ebene der Bündelaufspaltung
erfolgt.
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Grundsätzlich kann die optische Verlängerung eines Farbbündels auch
durch Einschalten eines Mediums mit höherem Brechungsindex in den Strahlengang des
betreffenden Bündels geschehen, wobei auch ' Flüssigkeiten mit sehr hohem Brechungsindex
in Betracht gezogen werden können.
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Ist der Brechungsindex des Mediums n und die gewünschte Verlängerung
a, so wird die notwendige Länge l des Mediums in Lichtrichtung gegeben durch
Ist - beispielsweise n=2, so wird die notwendige Länge L des Mediums gleich der
gewünschten optischen Verlängerung a. In diesem Fall würde kein zusätzlicher Raumanspruch
gegenüber der Methode der optischen Verlängerung mit Winkelspiegeln entstehen.
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Für die Wahl der Farbenfolge und der Reflexions- und firansparenzbereiche
der Reflexionsfiltersätze sind verschiedene Gesichtspunkte maßgebend. Einerseits
ist zu beachten, daß- Filter mit nur einer Wechselstelle für den Durchlaß bzw. den
Reflexionsbereich leichter und mit höherem Wirkungsgrad hergestellt werden können
als Filter, bei denen der Wechsel von Durchlaß zu Transparenz über den ganzen.Frequenzbereich
mehrere Male erfolgt. Ferner sind Reflexionsfilter, welche den langwelligen Teil
der Strahlung durchlassen und den kurzwelligen reflektieren, besser realisierbar
als Filter mit dem umgekehrten Verhalten.
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In Anlehnung an die Begriffe der Elektrotechnik werden Filter, die
das langwellige Licht durchlassen, das kurzwellige reflektieren, zweckmäßigerweise
als Tiefpässe bezeichnet; umgekehrt solche, die das kurzwellige durchlassen und
das langwenige reflektieren, als Hochpässe. Bandpässe sind dadurch charakterisiert,
daß die Transparenz für die mittleren Wellenlängen vorhanden ist, während die oberen
und unteren Frequenzen des Lichtes reflektiert werden. Die Bandsperren sind durch
die umgekehrten Transparenz- und Reflexionsverhältnisse gekennzeichnet.
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Andererseits ist es bei Projektion mit starken Lichtquellen wünschenswert,
daß der Infrarotanteil des in den Filtersatz einfallenden weißen Bündels aus .dem
Nutzstrahlengang eliminiert wird. Diese Forderung kann durch passende Wahl der Farbenfolge
des Reflexionsfiltersatzes erfüllt werden.
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Aus den angegebenen Überlegungen ergibt sich für die verschiedenen
Typen von Reflexionsfiltersätzen die nachstehend aufgeführte ;günstigste Farbenfolge.
Um den nachfolgenden Erläuterungen in den beigegebenen Abbildungen leichter folgen
zu können, würde in den Figuren rotes Licht durch ausgezogene,---gr-ünes--Licht
durch gestrichelte und blaues Licht durch strichpunktierte Linien angedeutet.
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Bei einem Parallelfiltersatz ohne Knickung des Strahlenganges wird
das Infrarot ohne zusätzlichen Aufwand bei Anwendung von Hoch- und Tiefpaßfiltern
eliminiert, wenn gemäß Fig. io das Filter 75 Infrarot, Rot und Grün reflektiert,
Blau dagegen durchläßt, das Filter 76 .Grün und Blau reflektiert, Rot und Infrarot
durchläßt und das Filter 77 Rot und Grün und Blau reflektiert und Infrarot durchläßt.
Bei dieser Anordnung stellt also 75 ein Hochpaß-, 7:6 und 77 Tiefpaßfilter dar.
Alle drei Filter haben damit nur eine Wechselstelle von Transparenz zu Reflexion
im ganzen infraroten und sichtbaren Spektrum.
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In einem Parallelfiltersatz mit rechtwinkliger Ablenkung der Farbbündel
gegen das einfallende weiße Bündel läßt sich gemäß Fig. i i das Infrarot eliminieren,
wobei man ausschließlich Tiefpaßfilter benötigt. Die Anordnung wird so getroffen,
daß das
Filter 78 Blau reflektiert, Infrarot, Rot und Grün dagegen
durchläßt, während das Filter 79 Grün und Blau reflektiert, dagegen Infrarot
und Rot durchläßt, während das Filter 8o Rot und Grün und Blau reflektiert und Infrarot
durchfallen läßt. Da bei diesem Filtersatz sämtliche Teilfilter langwelliges Licht
durchlassen und den kurzwelligen Teil reflektieren, bietet diese Anordnung vom Standpunkt
der Realisierbarkeit der Reflexionsfilter aus ganz besondere Vorteile. Demgegenüber
ist zu erwähnen, daß zur Erzielung geometrisch optisch identischer Farbbündel am
Ausgang dieses Reflexionsfiltersatzes zwei optische Ausgleichssysteme erforderlich
sind.
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Ein Kreuzfiltersatz liefert, wie bereits vorstehend erwähnt, ohne
weiteres zwei identische Außenbündel. Um auch das mittlere Farbbündel geometrisch
optisch identisch mit den beiden andern zu machen, ist nur ein Verlängerungssystem
erforderlich.
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Der Kreuzfiltersatz wird in vielen Fällen auch ohne optische Verlängerung
des mittleren Farbbündels praktisch brauchbare Resultate ergeben, dies insbesondere
dann, wenn die Anordnung so getroffen wird, daß Rot und (Grün zu Außenbündeln gemacht
werden. Damit sind diese beiden Farbbündel geometrisch optisch identisch und ergeben
damit bei passender Konzentration auf das Filmbild .auch eine identische Verteilung
der Rot- und Grünkomponenten auf dem Projektionsschirm.
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Die ,Blaukomponente kann leichte Abweichungen ihrer Verteilungsfunktion
über das Bildfeld aufweisen, ohne daß dies störend in Erscheinung tritt, sofern
das Rot-Grün-Verhältnis über den ganzen Projektionsschirm konstant ist.
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Diese .Anwendungsart des Kreuzfiltersatzes bedingt folgende Filtereigenschaften.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 soll das Filter 51 Rot und Infrarot reflektieren, Grün
und Blau dagegen durchlassen. Das Filter 54, welches an (Stelle des früheren Spiegels
tritt, reflektiert Rot und Grün und Blau und läßt Infrarot durchfallen. Das Filter
50 ist für Grün reflektierend, für Infrarot, Rot und Blau durchlässig, während
das Filter 53 Grün und Rot und Blau reflektiert, also einen gewöhnlichen Spiegel
darstellt.
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Man erkennt, daß das Filter 51 das kurzwellige Licht durchläßt und
das langwellige reflektiert, also einen Hochpaß darstellt, während 5o eine Bandsperre
und 54 einen Tiefpaß repräsentiert. Filtertechnisch stellt der Kreuzfiltersatz höhere
Anforderungen als der Parallelfiltersatz, was aber unter Umständen weniger ins Gewicht
fällt als der Vorteil der Symmetrie der Außenbündel.
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Wird die Mittelzone optisch verlängert, so daß drei geometrisch optisch
identische Farbbündel entstehen, so kann bei Wahl der folgenden Anordnung das Bandpaßfilter
vermieden werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 9 und g a ergibt sich folgendes: Das
Filter 86 reflektiert Infrarot und Rot, läßt dagegen Grün und @B'lau durchfallen.
Das Filter 88 reflektiert Rot und Grün und Blau und läßt Infrarot durch. Das Filter
87 reflektiert Blau und ist transparent für Grün, Rot und Infrarot. Zur Ablenkung
des vom Filter 87 reflektierten blauen Lichtes dient ein gewöhnlicher Spiegel
89. Man erkennt, :daß dass Filter 86 einen Hochpaß, Filter 87 einen Tiefpaß
und 88 ebenfalls einen Tiefpaß repräsentiert. Das Bandpaßfilter ist also bei dieser
Anordnung vermieden.
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Es ist noch besonders darauf hinzuweisen, daß alle vorstehenden Erklärungen
sich der Einfachheit halber auf telezentrische Bündel kleiner Öffnung stützen. Alle
angegebenen Überlegungen gelten aber sinngemäß auch für nicht telezentrische Bündel.