DEP0045641DA

DEP0045641DA - Lenticular plate.

Info

Publication number: DEP0045641DA
Authority: DE
Original assignee: Apparate, Braunschweig.; Franke & Heidecke Fabrik photogr. Präzisions-
Publication date: 1950-08-24

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.The invention relates to lenticular panels or foils for use in optical systems, such as lighting optics, for projection surfaces, throwing images, television or for limiting the angle of view on other optical devices such. B. on signaling devices.

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.There are known lens grids whose lenses lying parallel to one another have the same or almost the same circular or aspherical cross section. In these lens grids, the common focal plane is directly adjacent to the lenticular lenses. If the lenticular grid is attached to a thin plate or a film, the focal length of the lenticular lenses can be in the order of magnitude of the plate or film thickness, as is common with color lenticular film or when using such a grid for plastic photography or projection, possibly in conjunction with a correspondingly large converging lens. It is also known to design such grid plates on one side with parallel prismatic and at right angles crossed surfaces, that is to say with a pyramid pattern, preferably for see-through projection or to limit the angle of view, for example on exposure meters.

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.Furthermore, so-called Fresnel lenses are known, which divide the refractive surface of a lens into concentric or spiral, but stepped adjacent zones, so that the same optical effect is obtained as with a converging or diverging normal lens, but with only a fraction of the axis thickness of the optically equivalent full lens.

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.For a number of technical purposes it is desirable to obtain one with an oval cross-section or in the form of a pyramid instead of a circular ray cone. In the case of condenser systems, the desired part was previously faded out from the circular cross-section, which resulted in considerable disadvantages. If, for example, the unusable part of the light cone was shielded by the picture window in cinema condensers, this required special measures to dissipate the radiant heat supplied to the picture window at higher light intensities, and this luminous flux is otherwise lost. This divergence between the circular beam cone and the square or rectangular image format is also present in the other photographic and projection devices.

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.In projection technology, the opposite task is often set, to illuminate a square or rectangular image section with an elongated narrow light source of small width (e.g. incandescent lamp filament), i.e. a section in which there is no proportionality between the side lengths of the object, i.e. the light source, and those the image, ie the image window or the image format. In individual cases, cylindrical lenses could be used to solve this problem, such as with sound optics, where e.g. the light thread and sound gap or sound track had the same length, i.e. had one dimension in common.

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.The invention was based on the object of creating an optical system which, in comparison to the known optics, can solve the stated objects for every need. Furthermore, the new optical system should be as light and space-saving as possible. In addition, an optical system should be created which can replace Fresnel lenses, but also has further optical and manufacturing advantages that could not be achieved with these known systems.

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.The lenticular lens plate or sheet according to the invention consists of a plate made of transparent and light-refracting material, one or both surfaces being provided with refractive surfaces lying parallel to one another, which are almost in the same plane and the jacket strips of a circular or aspherical cylinder lens that are displaced parallel to the optical axis plane represent the same longitudinal axis and the same optical effect, which are connected to one another with steps lying parallel to the optical axis plane. In a further embodiment of the invention, such similar or different grids, preferably crossing at 90 °, are provided, which are attached together on one side of the plate or film or individually on both sides. Such a symmetrical arrangement produces the effect of a normal collecting or diverging lens due to the addition effect of the similar grids crossing at 90 °. The plate is preferably designed in a shape that is geometrically similar to the desired image boundary; however, it can also be square or round, and the focal length of the two grids can be selected to be different. The under- Different focal lengths can also be obtained in a further embodiment of the invention in that the two grids are designed the same and the plate or film is given an additional spherical or aspherical curvature or curvature, whereby the focal length of the one grid, the stripes of which are parallel to the axis of curvature, is also enlarged or reduced. In this way, both grids can also be influenced, for example if the axis of curvature of the curvature intersects both intersecting lens grids at an angle. The intersection of the lenticular lenses can take place at 90 °; it can also be provided at an acute or obtuse angle for special purposes. The grids can also be attached to two different panels, which are subsequently cemented together with their smooth sides; Here, different refractive materials can be used for the plates, and the cement surface itself can be designed as a cylindrical or toroidal surface. Such a cemented plate can also be optically adjusted by curvature.

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.Apart from the aforementioned advantages of the new optical element and its particular suitability for lighting systems in projectors, it is also particularly advantageous as a field lens in focus finders, as it allows a special preference for the illumination of the corners of the image beyond the extent that can be achieved with converging lenses. This property, which can be achieved with an inclined position of the lenticular lens axes to the image axes, can also be used to advantage for lighting systems, since the otherwise uselessly dimmed peripheral zones of the light cone are used to illuminate the image field.

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.The lenticular lens plate according to the invention also has the advantage that it can be manufactured precisely, safely and cheaply. All that is required to define the processing tools is a flat guide curve and the repeated, precise positioning of the cutting or grinding tool, which works in a straight line, can be carried out safely and easily. In addition, the lenticular lens plate according to the invention can be produced by a continuous rolling process, with both lenticular lenticulars lying perpendicularly parallel or crossed to one another, if they are optically the same, can even be produced with the same tool.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.Several embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.

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, derenFig. 1 shows a cross section through a lenticular lens plate according to the invention, a very rough grid division being selected to increase the clarity. On the top of the plate 1, which consists of transparent light-refractive material, there are the lenticular lenses 2, which run perpendicular to the plane of the drawing. The refractive surfaces of these individual lenses close stepwise to one another, as z. B. is common with Fresnel lenses. These refractive surfaces of the individual strips act in their entirety like the comparatively illustrated cylindrical lens 3. The lenticular lenses 4 on the underside of the plate 1 are parallel to the plane of the drawing and perpendicular to the lenses 2 on the upper side. The refractive surfaces of these lenticular lenses 4 result in their entirety the effect of a cylindrical lens, their

Achse parallel zur Zeichnungsebene und senkrecht zur Achse der Vergleichslinse 3 liegt.Axis parallel to the plane of the drawing and perpendicular to the axis of the comparison lens 3.

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.In Fig. 2 the lenticular lenses 6 are on a plate 5 and the lenticular lenses 8 on a plate 7. These two plates are connected to one another by a cemented surface 9, and here too the lenticular lenses on the top and bottom are perpendicular to one another.

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.According to Fig. 3, the cemented surface 10 between the upper grid plate 11 and the lower grid plate 12 is designed as a cylindrical surface, the building materials of the plate 11 and 12 having different refractive index, so that an additional optical effect is created. The cement surface acts as an additional cylinder lens. The cement surface can be designed as a spherical or aspherical surface.

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.Instead of this embodiment, a lens according to FIG. 1 or 2 can itself be arched in a cylindrical, spherical or aspherical manner, which results in an additive refractive power of the lenticular lenses 6 according to FIG. In this way it is possible to influence the optical effect of the grid plate in certain areas despite the fact that the same grid lenses are retained.

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.In Fig. 5 the use of a grid plate according to the invention as a condenser in a projection device is shown schematically. The light from the arc lamp 13 is fed to the image window through the grid plate 14, which can be divided relatively roughly here, as through a conventional condenser. The grid plate has a horizontal grid on one side and a vertical grid on the other. The circumference of the grid plate 14 is preferably not rectangular in this case formed, but adapted to the light distribution cone of the arc lamp 13. The light distribution can be controlled by different effective focal lengths of the front and the rear grid so that the entire round light cone is fed as precisely and completely as possible to the rectangular image window 15. This can also be achieved or supported by the cylindrical curvature of the grid plate 14 instead of choosing different focal lengths of the two sides. Furthermore, instead of vertically crossed grids, which are parallel to the main axes of the image according to Fig. 6, the grids can also lie at an angle of 45 ° to the main axes of the image according to Fig. 7 or at the acute angle and possibly also according to Fig. 8 cross at an acute angle.

Es ist leicht einzusehen, wie die gewünschte optische Wirkung durch eine oder mehrere dieser Massnahmen erreicht bzw. unterstützt werden kann.It is easy to see how the desired visual effect can be achieved or supported by one or more of these measures.

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.With the straight-line grid according to the invention, the grid division can be adapted and also produced particularly easily to the intended use. While a relatively coarse division is sufficient and appropriate for general lighting purposes and signaling purposes, the grid according to the invention can also, if necessary, be made so fine that it can no longer be seen when viewed with the naked eye or under moderate magnification.

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.The step strips lying parallel to the optical axis can also converge on a line perpendicular to the axis in order to eliminate their influence, or vice versa, e.g. in signal systems, they can be arranged in such a way that they act as reflective surfaces to the desired extent.

Claims

1. Lenticular lens plate or film, characterized by a plate (1) made of transparent and light-refracting material with parallel adjacent refractive surfaces (2) which are almost in the same plane and are the same as the jacket strips of a circular or aspherical cylinder lens (3) which are shifted parallel to the optical axis plane Represent the longitudinal axis and the same optical effect.

2. Lenticular grid plate or film according to claim 1, characterized in that two grids (2) which intersect at right or at an acute angle are provided.

3. Lenticular lens plate or film according to claim 1 or 2, characterized in that the grids (2, 4) are attached to one side of the plate or film (1).

4. Lenticular lens plate or film according to one of claims 1 to 3, characterized in that the focal lengths of the two grids are different such that a complete uniform translation of the object-side beam cone into the cone required on the image side is obtained.

5. Lenticular lens plate or film according to claim 4, characterized in that the plate or film is given an additional curvature for changing the focal length of one or both grids.

6. Lens grid plate or film according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lens grid (6, 8) are attached to two different substrates (5, 7), which by means of a flat or curved cemented surface (9) with each other are connected.

7. Lenticular plate or film according to claim 6, characterized in that the two plates consist of substances of different refractive power.

8. Lenticular sheet or film according to claim 6 or 7, characterized in that the cemented surface is designed as a diffusing surface or a ground glass.