DEP0045641DA - Linsenrasterplatte. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Linsenrasterplatten oder -folien zur Verwendung in optischen Systemen, wie Beleuchtungsoptiken, für Projektionsflächen, Bildwurf, Fernsehen oder zur Bildwinkelbegrenzung an sonstigen optischen Einrichtungen z. B. an Signalgeräten.

Es sind Linsenraster bekannt, deren parallel nebeneinanderliegende Linsen gleichen oder nahezu gleichen kreisförmigen oder asphärischen Querschnitt haben. Bei diesen Linsenrastern liegt die gemeinsame Brennebene den Rasterlinsen unmittelbar benachbart. Bei Anbringung des Linsenrasters auf einer dünnen Platte oder einem Film kann dabei die Brennweite der Rasterlinsen in der Grössenordnung der Platten- oder Filmdicke liegen, wie dies beispielsweise beim Linsenrasterfarbfilm gebräuchlich ist oder bei Verwendung solcher Raster für plastische Photographie oder Projektion, gegebenenfalls in Verbindung mit einer entsprechend grossen Sammellinse. Es ist auch bekannt, derartige Rasterplatten einseitig mit parallelen prismatischen und rechtwinklig gekreuzten Flächen, also mit einem Pyramidenmuster auszubilden, vorzugsweise für Durchsichtsprojektion oder zur Bildwinkelbegrenzung, etwa an Belichtungsmessern.

Ferner sind sogenannte Fresnellinsen bekannt, welche die brechende Fläche einer Linse in konzentrische oder spiralige, jedoch stufenförmig aneinanderschliessende Zonen aufteilen, sodass die gleiche optische Wirkung wie bei einer sammelnden oder zerstreuenden normalen Linse erhalten wird, bei jedoch nur noch einem Bruchteil der Achsendicke der optisch gleichwertigen Vollinse.

Für eine Reihe technischer Zwecke ist es erstrebenswert, anstelle eines kreisförmigen Strahlenkegels einen solchen mit ovalem Querschnitt oder in Form einer Pyramide zu erhalten. Bei Kondensorsystemen wurde hierzu bisher aus dem kreisförmigen Querschnitt der gewünschte Teil herausgeblendet, woraus sich beträchtliche Nachteile ergaben. Wurde beispielsweise bei Kinokondensoren der nicht verwendbare Teil des Lichtkegels durch das Bildfenster abgeschirmt, so erforderte dies bei grösseren Lichtstärken besondere Massnahmen zur Abführung der dem Bildfenster zugeführten Strahlungswärme, und im übrigen geht dieser Lichtstrom verloren. Auch bei den übrigen photographischen und Projektionsgeräten liegt diese Divergenz zwischen dem kreisförmigen Strahlenkegel und dem demgegenüber quadratischen oder rechteckigen Bildformat vor.

In der Projektionstechnik wird des öfteren die umgekehrte Aufgabe gestellt, mit einer langgestreckten schmalen Lichtquelle kleiner Breite (z.B. Glühlampenwendel) einen quadratischen oder rechteckigen Bildausschnitt zu beleuchten, d.h. einen Ausschnitt, bei dem keine Proportionalität zwischen den Seitenlängen des Gegenstandes, d.h. der Lichtquelle, und denen der Abbildung, d.h. des Bildfensters oder des Bildformates, besteht. In einzelnen Fällen konnten zur Lösung dieser Aufgabe Zylinderlinsen herangezogen werden, wie bei Tonoptiken, wo z.B. Lichtfaden und Tonspalt oder Tonspur gleiche Länge hatten, d.h. eine Abmessung gemeinsam hatten.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein optisches System zu schaffen, welches im Vergleich zu den bekannten Optiken die genannten Aufgaben für jeden Bedarfsfall lösen kann. Ferner sollte das neue optische System möglichst leicht und raumsparend sein. Darüberhinaus sollte ein optisches System geschaffen werden, welches Fresnellinsen ersetzen kann, darüberhinaus jedoch noch weitere optische und herstellungstechnische Vorteile innehat, die mit diesen bekannten Systemen nicht erreichbar waren.

Die Linsenrasterplatte oder -folie nach der Erfindung besteht aus einer Platte aus transparentem und lichtbrechendem Material, wobei eine oder beide Oberflächen mit parallel nebeneinanderliegenden brechenden Flächen versehen sind, die nahezu in gleicher Ebene liegen und die parallel zur optischen Achsenebene verschobenen Mantelstreifen einer kreisförmigen oder asphärischen Zylinderlinse gleicher Längsachse und gleicher optischer Wirkung darstellen, die mit parallel zur optischen Achsenebene liegenden Stufen aneinander anschliessen. In weiterer Ausbildung der Erfindung sind derartige, sich vorzugsweise unter 90° kreuzende gleichartige oder verschiedene Raster vorgesehen, welche gemeinsam auf einer Seite der Platte oder Folie oder einzeln auf den beiden Seiten angebracht sind. Eine derartige symmetrische Anordnung ergibt durch die Additionswirkung der sich unter 90° kreuzenden gleichartigen Raster die Wirkung einer normalen Sammel- oder Zerstreuungslinse. Vorzugsweise ist die Platte in einer der gewünschten Bildbegrenzung geometrisch ähnlichen Form ausgebildet; sie kann jedoch auch quadratisch oder rund sein, und die Brennweite der beiden Raster kann entsprechend verschieden gewählt sein. Die unter- schiedliche Brennweite kann auch in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erhalten werden, dass die beiden Raster gleich ausgebildet sind und die Platte oder Folie eine zusätzliche sphärische oder asphärische Krümmung oder Wölbung erhält, wodurch die Brennweite des einen Rasters, dessen Streifen parallel zur Krümmungsachse liegen, zusätzlich vergrössert oder verkleinert wird. Auf diese Weise können auch beide Raster zusätzlich beeinflusst werden, beispielsweise wenn die Krümmungsachse der Wölbung beide sich kreuzende Linsenraster unter einem Winkel schneidet. Die Kreuzung der Rasterlinsen kann unter 90° erfolgen; sie kann für besondere Verwendungszwecke auch unter einem spitzen oder stumpfen Winkel vorgesehen werden. Die Rasterungen können auch auf zwei verschiedenen Platten angebracht sein, die nachträglich mit ihren glatten Seiten zusammengekittet werden; dabei können für die Platten unterschiedlich lichtbrechende Stoffe verwendet werden, und die Kittfläche selbst kann als zylindrische oder torische Fläche ausgebildet sein. Auch eine derartige verkittete Platte kann durch Krümmung zusätzlich optisch verstellt werden.

Abgesehen von den erwähnten Vorteilen des neuen optischen Elements und seiner besonderen Eignung für Beleuchtungssysteme in Projektoren, ist es auch besonders vorteilhaft als Feldlinse in Einstellsuchern, da es über das mit Sammellinsen erreichbare Mass hinaus eine besondere Bevorzugung der Ausleuchtung der Bildecken gestattet. Diese Eigenschaft, welche bei schräger Lage der Rasterlinsenachsen zu den Bildachsen erreichbar ist, kann auch für Beleuchtungssysteme mit Vorteil ausgenutzt werden, da die sonst nutzlos abgeblendeten Umfangs- zonen des Lichtkegels zur Ausleuchtung des Bildfeldes mit herangezogen werden.

Die Linsenrasterplatte nach der Erfindung hat ferner den Vorzug, dass sie genau, sicher und billig herstellbar ist. Zur Festlegung der Bearbeitungswerkzeuge ist lediglich eine ebene Leitkurve erforderlich und das wiederholte genaue Ansetzen des geradlinig arbeitenden Schnitt- oder Schleifwerkzeuges ist sicher und einfach durchführbar. Darüberhinaus ist die erfindungsgemässe Linsenrasterplatte durch ein kontinuierliches Walzverfahren herstellbar, wobei beide senkrecht parallel oder gekreuzt zueinanderliegenden Linsenraster, falls sie optisch gleich sind, sogar mit dem gleichen Werkzeug herstellbar sind.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Linsenrasterplatte, wobei zur Erhöhung der Uebersichtlichkeit eine ganz grobe Rasterteilung gewählt ist. Auf der Oberseite der Platte 1, welche aus transparentem lichtbrechendem Material besteht, befinden sich die Rasterlinsen 2, welche senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen. Die brechenden Oberflächen dieser einzelnen Linsen schliessen stufenförmig aneinander, wie dies z. B. bei Fresnellinsen üblich ist. Diese brechenden Flächen der einzelnen Streifen wirken in ihrer Gesamtheit wie die vergleichsweise dargestellte Zylinderlinse 3. Die Rasterlinsen 4 auf der Unterseite der Platte 1 liegen parallel zur Zeichenebene und senkrecht zu den Linsen 2 der Oberseite. Die brechenden Flächen dieser Rasterlinsen 4 ergeben in ihrer Gesamtheit die Wirkung einer Zylinderlinse, deren

Achse parallel zur Zeichnungsebene und senkrecht zur Achse der Vergleichslinse 3 liegt.

In Abb. 2 befinden sich die Rasterlinsen 6 auf einer Platte 5 und die Rasterlinsen 8 auf einer Platte 7. Diese beiden Platten sind durch eine Kittfläche 9 miteinander verbunden, und zwar liegen auch hier die Rasterlinsen der Ober- und Unterseite senkrecht zueinander.

Gemäss Abb. 3 ist die Kittfläche 10 zwischen der oberen Rasterplatte 11 und der unteren Rasterplatte 12 als Zylinderfläche ausgebildet, wobei die Baustoffe der Platte 11 und 12 unterschiedliche Brechungskoeffizienten aufweisen, sodass eine zusätzliche optische Wirkung entsteht. Die Kittfläche wirkt als zusätzliche Zylinderlinse. Die Kittfläche kann als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet sein.

Anstelle dieser Ausführungsform kann eine Linse gemäss Abb. 1 oder 2 auch selbst insgesamt zylindrisch, sphärisch oder asphärisch gewölbt sein, wodurch sich gemäss Abb. 4 eine additive Brechkraft der Rasterlinsen 6 ergibt. Auf diese Weise ist es möglich, die optische Wirkung der Rasterplatte in gewissen Bereichen trotz Beibehaltung der gleichen Rasterlinsen zu beeinflussen.

In Abb. 5 ist die Verwendung einer erfindungsgemässen Rasterplatte als Kondensor in einem Projektionsgerät schematisch dargestellt. Das Licht der Bogenlampe 13 wird durch die Rasterplatte 14, die hier verhältnismässig grob geteilt sein kann, wie durch einen üblichen Kondensor dem Bildfenster zugeleitet. Die Rasterplatte trägt auf der einen Seite waagerechte, auf der anderen senkrechte Rasterung. Der Umfang der Rasterplatte 14 wird in diesem Fall vorzugsweise nicht rechteckig ausgebildet, sondern dem Lichtverteilungskegel der Bogenlampe 13 angepasst. Durch unterschiedliche wirksame Brennweite des vorderen und des hinteren Rasters kann die Lichtverteilung so gesteuert werden, dass der gesamte runde Lichtkegel möglichst genau und vollständig dem rechteckigen Bildfenster 15 zugeleitet wird. Dies kann auch durch zylindrische Krümmung der Rasterplatte 14 anstelle der Wahl unterschiedlicher Brennweiten der beiden Seiten erreicht oder unterstützt werden. Ferner können anstelle senkrecht gekreuzter Raster, welche gemäss Abb. 6 zu den Hauptachsen des Bildes parallel liegen, die Raster auch gemäss Abb. 7 unter einem Winkel von 45° zu den Bildhauptachsen liegen oder gemäss Abb. 8 unter dem spitzen Winkel und sich gegebenenfalls auch unter einem spitzen Winkel kreuzen.

Es ist leicht einzusehen, wie die gewünschte optische Wirkung durch eine oder mehrere dieser Massnahmen erreicht bzw. unterstützt werden kann.

Die Rasterteilung kann bei der erfindungsgemässen geradlinigen Rasterung besonders leicht dem Verwendungszweck angepasst und auch hergestellt werden. Während für allgemeine Beleuchtungszwecke und Signalzwecke eine verhältnismässig grobe Teilung ausreichend und zweckentsprechend ist, kann das erfindungsgemässe Raster auch im Bedarfsfalle so fein ausgeführt werden, dass es bei Betrachtung mit unbewaffnetem Auge oder unter mässiger Lupenvergrösserung nicht mehr erkennbar ist.

Die parallel zur optischen Achse liegenden Stufenstreifen können auch nach einer zur Achse senkrechten Linie zu konvergieren, um ihren Einfluss auszuschalten, oder umgekehrt können sie z.B. bei Signalanlagen so angeordnet sein, dass sie im gewünschten Masse als Reflexionsflächen wirksam werden.

Claims (8)

1. Linsenrasterplatte oder Folie, gekennzeichnet durch eine Platte (1) aus transparentem und lichtbrechendem Material mit parallel nebeneinanderliegenden brechenden Flächen (2), die nahezu in gleicher Ebene liegen und die parallel zur optischen Achsenebene verschobene Mantelstreifen einer kreisförmigen oder asphärischen Zylinderlinse (3) gleicher Längsachse und gleicher optischer Wirkungsdarstellen.

2. Linsenrasterplatte oder Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei recht- oder spitzwinklig sich kreuzende Raster (2) vorgesehen sind.

3. Linsenrasterplatte oder Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Raster (2, 4) auf je einer Seite der Platte oder Folie (1) angebracht sind.

4. Linsenrasterplatte oder Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweiten beider Raster unterschiedlich sind derart, dass eine vollständige gleichmässige Uebersetzung des gegenstandseitigen Strahlenkegels in den bildseitig erforderlichen Kegel erhalten wird.

5. Linsenrasterplatte oder Folie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte oder Folie eine zusätzliche Wölbung zur Veränderung der Brennweite des einen oder beider Raster erhält.

6. Linsenrasterplatte oder Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenraster (6, 8) auf zwei verschiedenen Unterlagen (5, 7) angebracht sind, welche mittels einer ebenen oder gewölbten Kittfläche (9) miteinander verbunden sind.

7. Linsenrasterplatte oder Folie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Platten aus Stoffen unterschiedlicher Brechkraft bestehen.

8. Linsenrasterplatte oder Folie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kittfläche als streuende Fläche oder Mattscheibe ausgebildet ist.