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Optisches System, insbesondere zur Darstellung großflächiger Bilder
Die Erfindung bezieht sich auf optische Systeme zur Darstellung großflächiger, insbesondere
farbiger Bilder.
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Es ist bekannt, daß ein Bild durch eine Mehrzahl von Linsen betrachtet
werden kann. In einem solchen System werden normalerweise fünf Linsen benutzt. Die
erste Linse erzeugt ein Bild, das durch eine zweite Linse umgekehrt und durch eine
dritte vergrößert wird. Durch zwei weitere: Linsen wird das so vergrößerte Bild
betrachtet. Bei einem solchen Linsensystem ist es notwendig, daß die fünf Linsen
eine genaue Lage haben. Bei der üblichen Verwendung derartiger Linsensysteme, z.
B. in Fernrohren, ergeben sich in dieser Richtung keine Schwierigkeiten, da .die
Linsen von einem relativ starken und starren Rohr getragen werden. Eine derartige
Konstruktion hat eine geringe Elastizität, und die Gefahr einer falschen Ausrichtung
der verschiedenen Linsen ist sehr gering. Bei einem System, das zur Darstellung
eines verhältnismäßig großen Bildes eine Oberfläche mit einer Vielzahl einzelner
Linsen hat und bei dem die Linsen nur einen geringen seitlichen Abstand voneinander
haben, wie es beim Fernsehen, beim Farbfilm und bei dreidimensionaler Wiedergabe
benutzt wird, können jedoch derartige starre Träger zwischen den Linsen nicht verwendet
werden, da sich sonst Interferenz- und Schattenwirkungen ergeben würden.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung das obige
System durch ein aus Rasterlinsen bestehendes optisches System ersetzt, wobei eine
Vielzahl plankonvexer, sphärischer oder Zylinderlinsen blockbildend und derart paarweise
untereinander angeordnet sind, daß ihre einander zugekehrten. konvexen Flächen bikonkave
Luftlinsen bilden und ihre Planflächen in der Objekt-bzw. Bildebene liegen. Die
objektseitig .bzw. bildseitig
untereinander angeordneten Plankonvexlinsen
können als einteilige, gerasterte Linsenkörper ausgebildet werden. Die Zentrierung
der Linsenkörper erfolgt dabei durch ineinandergreifende Führungen mit vorzugsweise
dreieckförmigem Profil. Das optische System kann aus Glas, Kunststoff oder einer
Kombination beider bestehen. Eine solche Konstruktion weist eine selbst bei sehr
geringem Linsenabstand hohe Stabilität auf. Da die Platten durchsichtig sind, ergibt
sich der Vorteil, daß Lichtverluste vermieden werden. Um störende Lichtreflektionen
zu vermeiden, wird die Oberfläche der Linsen entsprechend behandelt. Die Anordnung
gemäß der Erfindung kann in mehreren Schichten aufgebaut werden.
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Die Erfindung kann besonders vorteilhaft beim Farbfernsehen benutzt
werden. Hierbei wird in bekannter Weise .das farbige Bild dadurch erhalten, daß
vor der Kathodenstrahlröhre ein beweglicher Farbschirm angebracht ist. Ein solcher
Farbschirm besteht z. B. aus zwei Teilschirmen, von denen der eine mehrere Öffnungen
hat und der andere in mehrere farbige Abschnitte geteilt ist. Bei der heute üblichen
hohen Zeilenzahl entstehen dadurch Schwierigkeiten, daß Farbabschnitte und Öffnungen
der Teilschirme immer genau übereinstimmen müssen. Diese Nachteile werden bei Benutzung
eines Systems nach der Erfindung vermieden.
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Die einzelnen Farbabschnitte des Bildschirms können dadurch beträchtlich
breiter gemacht werden. Zum Beispiel können drei Farbzeilen mit zehn Bildzeilen
kombiniert werden, während bisher jeder Bildzeile drei Farbzeilen zugeordnet werden
mußten. Die Herstellung der Farbschirme wird dadurch bedeutend vereinfacht. Die
gleichen Vorteile ergeben sich bei einer Anordnung, bei der im Innern der Kathodenstrahlröhre
ein Schirm angebracht ist, der nacheinander in verschiedenen Farben aufleuchtet.
Hierbei mußten bisher die einzelnen farbigen Phosphore in sehr dünner Schicht aufgebracht
werden, und die Benutzung organischer Farbstoffe war wegen der starken Wärmeerzeugung
durch den Elektronenaufprall unmöglich. Dadurch das optische System ein genaues
Abbild des Bildes der Kathodenstrahlröhre erzeugt wird und dieses Bild von der Kathodenstrahlröhre
durch das optische System getrennt ist, kann das Farbraster auf dem optischen System
angebracht werden., und zwar auf der äußeren oder einer Zwischenfläche.
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Bei einer anderen Ausführungsform eines Systemmach der Erfindung wird
eine Vielzahl von Hohlkörpern benutzt, die mit einer Flüssigkeit gefüllt werden,
die den gleichen Brechungsindex haben wie der Hohlkörper.
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Bei der Verwendung der Erfindung bei Fernsehgeräten. kann jeder Linse
des Systems eine Mehrzahl von Bildpunkten zugeordnet werden, z. B. jeder Linse zehn
Bildpunkte.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher beschrieben.
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Abb. i zeigt den Strahlengang einer Sammellinse; Abb.2 zeigt den Strahlengang
einer Luftlinse; Abb.3 zeigt den Strahlengang eines Linsensystems mit Sammellinsen;
Abb. q. stellt einen senkrechten Schnitt in perspektivischer Form durch einen Teil
des Linsensystems dar; Abb. 5 zeigt einen Schnitt des optischen Systems und die
Benutzung beim Farbfernsehen.
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Die Linsen der Abb. i sind mit L1 und L2 bezeichnet. Das von einem
GegenstandAB kommende Licht erzeugt nach Durchlaufen der Linse L1 das Bild
A' B'. In gleicher Weise ergibt der Gegenstand B C das Bild Bi
C . jede der Linsen ist an einem Träger io befestigt. Wenn das Bild
A' B' in bestimmtem Abstand vom Gegenstand ,A B erscheinen soll, muß die Mitte M
der Linse L1 in genauem Abstand vom Gegenstand AB liegen. Das gleiche gilt
von der Mitte N der Linse L2. Bei unstabiler Befestigung der Linsen können sich
diese verschieben, und man erhält statt des Punktes B' den Punkt B".
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Dieser Nachteil wird bei einem System nach Abb.2 vermieden. Hierbei
werden die Sammellinsen der Abb. i (Brechungsindex größer als Luft) durch Zerstreuungsluftlinsen
ersetzt. Für den Luftraum des Systems nach Abb. r wird dabei festes, durchsichtiges
Material benutzt. Das optische System der Abb. 2 besteht aus den beiden Glas-oder
Kunststoffplatten 2 und 3, deren Dicke ungefähr gleich dem Durchmesser des Objektes
ist. Der eine Rand jeder Platte hat eine konvexe, zylindrische oder sphärische Form
7, B. Diese beiden Flächen bilden miteinander eine bikonkave Luftlinse q,. Durch
diese Linse wird vom Gegenstand AB das Bild A'B' erzeugt. In gleicher Weise
erzeugen die Platten 6 und 9 die Linse 5 und vom Gegenstand B C das Bild Bi C'.
Um ein fortlaufendes Linsensystem zu erhalten, werden weitere Platten aufeinandergeschichtet.
Die Gesamtheit aller Platten bildet einen festen Block, wobei die Zentrierung der
Linsen in bezug auf Gegenstand und Bdld sehr genau ist. Die Ausführungsform der
Platten kann dadurch abgeändert werden, daß jede Platte aus einem Glasteil mit rechteckigem
Querschnitt besteht, dessen eine Randfläche mit einer konvexen Oberfläche aus Kunststoff
versehen ist.
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Die Anordnungen nach Abb. i und 2 erzeugen ein umgekehrtes Bild. Um
daraus wieder ein aufrecht stehendes Bild des Gegenstandes zu erhalten, ist ein
weiteres Linsensystem notwendig. Ein solches System, bei dem die üblichen Sammellinsen
benutzt werden, ist in Abb. 3 ,dargestellt.
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Die Lichtstrahlen von dem GegenstandAB fallen durch die Linse L3 und
erzeugen das Bild AIBl. Dieses Bild ist vorzugsweise kleiner als der Gegenstand
AB. In der ersten Bildebene befindet sich eine Linse L4, durch die .die Lichtstrahlen
auf eine weitere Linse L5 geworfen werden, die das Bild nochmals umkehrt und so
ein reelles Bild A3 B3 erzeugt, das den gleichen Durchmesser und die gleiche
Lage wie der Gegenstand AB hat. In gleicher Weise wirken die Linsen L7, L8
und L9 bezüglich des Gegenstandes B C und des Bildes B3 C3. Durch Anwendung mehrerer
solcher Linsensysteme
kann von der Oberfläche der Kathodenstrahlröhre
ein vollständiges Bild erzeugt werden.
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In der Abb. 3 sind weiterhin in der Bildebene A.-B3-C. plankonkave
Linsen, z. B. Lo, Llo angebracht. Beim Nichtvorhandensein solcher Linsen können
von der Linse L, kommende Randstrahlen vom Beobachter nicht gesehen werden. Das
Zwischenbild AlB1 muß kleiner sein als AB oder A3 B3, damit die dort angebrachten
Linsen befestigt werden können. Das gleiche gilt für die Linsen L3 und L5. Alle
Oberflächen können mit einer reflexvermindernden Schicht versehen sein.
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Die Abb. 4 zeigt eine Teilansicht eines optischen Systems nach der
Erfindung, das der Abb. 3 entspricht. Die Anordnung besteht in der Hauptsache aus
den beiden Glasplatten io und li. An der einen Endfläche dieser Glasplatten sind
mittels eines durchsichtigen Klebstoffes geprägte Kunststoffschichten i2 und 13
angebracht. Jede dieser Schichten enthält im Querschnitt eine Vielzahl linsenförmÜger
Teile 14, die durch Nuten und Zapfen 15 und 16 getrennt sind. Sie dehnen sich über
die gesamte Fläche der Platten l2 und 13 aus. Die Nuten und Zapfen 15 und 16 :dienen
zur genauen Verbindung der einzelnen Linsen. Durch den Luftzwischenraum zwischen
den kurvenförmigen Teilen der Platten 12, und 13 entstehen zylindrische Zerstreuungsluftlinsen
17. Die Flächen 14 werden vorzugsweise mit einer reflexvermindernden Schicht
bedeckt.
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Auf der Glasplatte i i ist auf der anderen Endfläche eine weitere
Kunststoffplatte 18 mit zylinderlinsenförmiger Oberfläche ig angebracht. Jede dieser
Linsen gehört zu einer der Luftlinsen 17 und dient zu dem gleichen Zweck, der bei
der Beschreibung der Abb. 3 angegeben wurde. Bei Benutzung des optischen Systems
beim Fernsehen gehört zu jeder Linse 17 bzw. ig eine bestimmte Zahl von Punkten,
z. B. zehn, einer waagerechten Zeile. Um eine Betrachtung unter möglichst großem
Blickwinkel zu ermöglichen, kann jede Linse ig eine Oberfläche haben, die aus einer
Anzahl von Elementarlinsen besteht, die ihrerseits einem einzigen Punkt jeder waagerechten
Zeile zugeordnet sind.
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Wird .das beschriebene optische System bei der Wiedergabe farbiger
Bilder benutzt, so kann das Farbfilter zwischen der Platte il und der Platte 18
angebracht
werden. Eine Anordnung, wie sie beim Farbfernsehen benutzt werden kann, wird in
Abb. 5 dargestellt. Mit 2o ist die Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre 2i und
mit 2@2 der Bildschirm bezeichnet. Die einzelnen Bildpunkte sind mit 23, 24, 25
... 28 beziffert. Vor der Fläche 2o ist eine Platte 29 angebracht, die eine
aus Zylinderlinsen bestehende Oberfläche hat, wobei die Zylinderachse senkrecht
zu den Zeilen verläuft. Jeder dieser Linsen ist eine Gruppe von Punkten jeder Zeile
zugeordnet, z. B:. Punkte 23, 24 ... 28. Diese Punkte bilden den Gegenstand
RS. Vor der Platte 29 bewegt sich ein über 3o und 31 angetriebener Farbschirm, der
aus einer Anzahl einfarbiger Filter besteht. Zwischen dem Farbfilter und dem Beschauer
liegt das erfindungsgemäße optische System 33. Es wird durch die Platte in gewünschtem
Abstand von der Kathodenstrahlröhre 21 gehalten. Die Anordnung 33 besteht aus einer
der Platte 29 entsprechenden Platte 35. Durch die beiden Platten entsteht ein System
von Luftlinsen, zwischen denen sich der Farbschirm 32 bewegt. Es entspricht dem
Linsensystem L3 der Abb. 3. Die Anordnung 33 besteht weiterhin aus den Glasplatten
36, 37 und 38, deren Flächen mit den Platten 39, 40, 41, 42 und 43
versehen sind. Die Verbindung erfolgt sehr genau durch die Nuten und Vorsprünge
44, 45, 46 und 47. Durch das Zusammensetzen aller Platten entsteht ein sehr stabiles
Linsensystem. Die Platten 39 und 4o bilden dabei die Linsen 48, die den Linsen
L4 und L, der Abb, 3 entsprechen, und erzeugen ein umgekehrtes Bild. Die nochmalige
Umkehrung erfolgt durch die Linsen 49, die durch die Platten 41 und 42 gebildet
werden und die den Linsen L5 und La der Abb. 3 entsprechen. Es entsteht so ein reelles
Bild R'S' in der Ebene der Platte 43. Die Linsen 50, 5 i, 52 ... 55 sind
dabei :den Punkten 23 ... 28 zugeordnet.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele, sondern bezieht sich auch auf alle anderen Anordnungen, die
das Grundprinzip der Erfindung benutzen.