DE2008328C3 - Vorrichtung zur Projektion eines auf einem Additivfarbfilm aufgezeichneten Bildes - Google Patents

Description

Nach der additiven Farbtheorie aufgebaute Farbfilme tragen das aufgezeichnete Biid in einer Anordnung benachbarter diskreter Punkte. Jeder dieser diskreten Punkte repräsentiert einen gewählten Farbabschnitt der phetcgraphiertcfi Szene. Wenn das Cesansiszenenbild in einem bestimmten Abstand betrachtet wird, kombiniert das Auge die das Bild erzeugenden Punkte, und infolgedessen wird ein Bild in vollen Farben reproduziert.

Die Bildpunkte auf dem Film sind in einem regelmäßigen geometrischen Muster angeordnet das allgemein die Gestalt von parallelen Streifen besitzt, die sich über die Bildfläche des Filmes erstrecken. Da jeder Streifen eine makroskopische Breite besitzt repräsentiert jeder Streifen bzw. Punkt einen Farbpunkt eines kleinen Teiles des Bildes. Die Farbpunkte sind in der Weise angeordnet, daß sich eine wiederholte Folge gewählter additiver Farben ergibt z. B. der Primärfarben Rot, Blau und Grün. Filme, die auf dieser additiven Farbzusammensetzung aufbauen, können im einzelnen unterschiedlich gestaltet sein. Meistens werden sie in Schichtenform aufgebaut, wobei eine der Schichten einen Filter darstellt, der gelegentlich als Schirm bezeichnet wird, welcher die Farbstreifen enthält. Dieser Film wird auf einer lichtempfindlichen Bildträgerschicht abgelagert. Indem die lichtempfindliche Schicht durch den die Farbstreifen tragenden Schirm hindurch belichtet wird, erhält man ein farbkodieftes zusammengesetztes Bild. Wenn Licht durch das entwickelte Bild und den Schirm projiziert wird, dann erscheint die sich ergebende Szene bzw. das gesamte Bild in vollen Farben.

Da die lichtempfindliche Schicht des Filmes nur da«, Licht aufzeichnet, das durch den Filierschirm hindurchtritt, kann der Aufbau wie bei einem herkömmlichen Schwarz-Weiß-Film erfolgen. Infolgedessen können bezüglich Lichtempfindlichkeit und chemischer Aufmachung für den Farbfilm die gleichen Varianten nutzbar gemacht werden, die bei einem Schwarz-Weiß-Film-Aufbau bekannt sind. Der farbadditive Schichtenfilm ergibt einen besonderen Vorteil im Hinblick auf Sofortbildfarbfilme. Hierbei können alle Sofortbild-Techniken des Schwarz-Weiß-Verfahrens herangezogen werden, um vollfarbige TransparentbiUer zu erzeugen.

Bei Projektion mit herkömmlichen Projektionsabständen liefern additive Farbfilmtransparente ausgezeichnete Farbreproduktionen. Wegen der hohen Vergrößerung werden jedoch die Farbstreifen des Schirmes dem Betrachter getrennt sichtbar. Außerdem kann das vergrößerte Bild, welches durch Projektion eines Films erhalten wird, der einen Schirm mit parallelen Farbstreifen aufweist, auch ein erkennbares Muster feiner dunkler Linien zeigen. Die dünnen dieses Muster bildenden Linien, repräsentieren gewöhnlich eine geringe Überlappung der Ränder der durchgehenden Farbstreifen des Filmaufbaues infolge der Massenfabrikation.

Sowohl die dunklen Linien als auch die Farbstreifenmuster können vermindert werden, indem eine geringe Vermischung oder Verschmelzung der projizierten Bilder der durchgehenden Streifen erfolgt. Zum Beispiel könnte eine Verschiebung, die eine vorgewählte

Überlappung benachbarter Schirmstreifenbilder auf der Projektionsfläche erzeugt fast zum Verschwinden des Musters führen, wobei eine annehmbare Bildprojektion aufrechterhalten bleibt Um eine derart geringe Einstellung des projizierten Bildes vornehmen zu können, ist jedoch eine sehr präzise Vorrichtung erforderlich. Für eine Massenfabrikation müssen die herzustellenden Artikel jedoch mit relativ niedrigen Kosten herstellbar sein, was eine derartige Präzision ausschließt

Die benutzte Vorrichtung sollte zusätzlich in der Lage sein, Herstellungstoleranzen des Farbgehaltes der Streifen innerhalb des Schirmes auszugleichen. Um diese erwünschte Farbbalance innerhalb einer aufgezeichneten Szene zu ermöglichen, wird das Filter innerhalb eines Schirmes oft so dimensioniert, daß der Anteil der einen oder anderen Primärfarbe betont wird. Es kann ein solcher Farbausgleich beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß die Breite der die Primärfarben tragenden Streifen verändert wird. Wenn

so Bildlöschtechniken bei vergrößerter Bildprojektion benutzt werden, kann ein Farbausgleich das Bild auf der Projektionsoberfläche schädlich beeinträchtigen. Es tritt oft beim Farbausgleich eine Aufspaltung des projizierten Bildes auf, wobei eines oder mehrere versetzte Mischbilder auf der Projektionsfläche mit etwas unterschiedlicher Lichtintensität sichtbar werden. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion eines auf einem Additivfarbfilm aufgezeichneten Bildes. Die Projektionsanordnung soll erkennbare

M) Farbstreifen vermindern und ein dunkles Linienmuster vermeiden, das gewöhnlich bei derartigen projizierten Bildern auftritt. Die erfindungsgemäße Anordnung soll das projizierte Muster abschwächen, indem sie eine Vermischung mehrerer Bilder der aufgezeichneten

h-i Szene bewirkt. Diese Aufgabe wird durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

Die nach der Erfindung vorgesehenen Vielfarbbilder

werden erzeugt durch ein Beugungsgitter, das in einem herkömmlichen Projektionssystem angeordnet wird, Bei Anordnung unmittelbar neben dem Objektiv wirkt das Beugungsgitter in der Weise, daß eine Fraunhofersiehe Form der Beugung erzeugt wird.

Infolgedessen werden mehrere Szenenbilder versetzt erzeugt, wobei jedes eine Beugungsordnung darstellt. Diese überlappenden Bilder erzeugen eine Farbadditive Mischung oder Verschmelzung der sonst identifizierbaren Farbkomponenten der aufgezeichneten Szene.

Infolge der Überlappung benachbarter Farbbilder, die sich als parallele Streifen darstellen, bewirkt die Beugungsanordnung eine Projektion über den dunklen Linien und infolgedessen eine Aufhellung. Infolgedessen verschwindet dieses Muster fast ganz.

Die bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung benutzte Beugungstechnik bewirkt eine erwünschte Vermischung diskreter Farbbestandteile, die auf einem Filmaufbau in regelmäßig wiederkehrenden Mustern erzeugt wurden. Wenn die relative Versetzung der projizierten Bilder nur gering ist, dann erscheint das sich ergebende zusammengesetzte Bild auf der Bildwand dem Betrachter ordnungsgemäß fokussiert. Die Versetzung der Bilder erster Ordnung gegenüoer denen der nullten Ordnung ist ihrer Natur nach eindimensional und die sich ergebende Unscharfe von vernachlässigbarer Größe.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Additivfarbfilms in vergrößertem Maßstab,

F i g. 2 eine schematische Ansicht der Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine idealisierte Darstellung der projizierten Szene in ausgedehnter Form ersichtlich ist,

F i g. 3a, 3b, 3c Wellenformen, die die Intensitäten und die relative Bildversetzung für rote, grüne bzw. blaue Lichtweüenlängenbereiche darstellen,

Fig.4 eine schematische, teilweise im Schnitt gezeichnete Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer idealisierten Darstellung einer Szene durch ein Durchlaßphasengitter,

F i g. 5a, 5b, 5c Wellenformen, welche die Intensitäten von roten, grünen bzw. blauen Bereichen für Bilder veranschaulichen, die durch ein volldurchlässiges Phasenbeugungsgitter gemäß der Erfindung projiziert und gebeugt sind,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines sinusförmigen Phasengitters, wobei die Bezeichnung der orthogonalen Achsen ersichtlich äst,

F i g. 7a, 7b, 7c Wellenformen, die die Intensitäten und relativen Bildversetzungen in roten, grünen und blauen Wellenlängenbereichen darstellen.

Die Mischanordnung nach der Erfindung wirkt in der V/eise, daß gleichreitig mehrere Bilder einer aufgezeichneten Szene als Anordnung von Bildkomponenten projiziert werden. Diese Bilder sind um einen sehr kleinen vorbestimmten Abstand in der Weise versetzt, daß ein überlapptes zusammengesetztes Bild auf der Projektionsfläche entsteht. Die Vervielfachung und Versetzung der projizierten Bilder wird durch ein Beugungsgitter erzielt, das in der optischen Achse des Projektorobjektivs angeordnet wird. Allgemein kann ein Beugungsgitter als eine Anordnung definiert werden, die auf eine einfallende Welle eine periodische Veränderung der Amplitude und/oder der Phase bewirkt. Wenn ein solches Beugungsgitter in den Strahleingang eines Projektors in der Nähe des Objektivs eingefügt wird, ergibt sich die Form einer Fraunhoferschen Beugung, wodurch mehrere vollständige gegeneinander versetzte Bilder der Originalszens erzeugt werden. Diese Bilder können eingeordnet werden als Bilder der nullten Ordnung, der ersten Ordnung, der zweiten Ordnung usw. gemäß der üblichen Beugungsgitter-Theorie, Die Beugungsbilder, die für die Erfindung von primärem Interesse sind, sind die Bilder der nullten Ordnung und der ersten Ordnung. Beugungsbilder höherer Ordnung ergeben einen vernachlässigbaren Effekt bei der Projektion von Bildern. Der relative Abstand zwischen dem Bild der nullten Ordnung und dem der ersten Ordnung und die Relativintensitäten der Bilder, die die Verteilung der Primärfarbkomponenten des Filterschirms des Bildes repräsentieren, werden gemäß dem speziellen Aufbau des Schirmes und der Farbbalance erhalten. Drei Ausführungsbeispiele für ein Projektionssystem mit Beugungsgittern werden in der folgenden Beschreibung diskutiert Jedes Ausführungsbeispiel benutzt eine in gewisser Hinsicht grundsätzliche Be vgungsgitteranordnung. Bei dem ersten Ausführungsbetpiei wird das Gitter von einer Reihe periodisch wiederkehrender lichtundurchlässiger und transparenter Streifen gebildet. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Gitter von der Pul'-phasenart und besitzt im regelmäßigen Abstand zueinander angeordnete und periodisch wiederkehrende transparente Bänder oder Linien vergrößerter optischer Dicke. Bei der dritten Ausführungsform ist das Beugungsgitter von der Sinusphasenart, wobei eine Änderung in der optischen Dicke von Punkt zu Punkt auftritt. Bei jeder Ausführungsform wird eine erwünschte Vermischung von Farbkomponenten des Bildes in der Projektionsebene bewirkt.

Zur Veranschaulichung wird die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung in Verbindung mit einem typischen Additivfarbfilm beschrieben. Gemäß F i g. 1 besteht ein solcher Film aus einer transparenten Basis 10, auf dem ein Schirm oder ein Filter abgelagert ist. Der Schirm besteht aus einer Folge paralleler Streifen, die jeweils eine vorgewählte Primärfarbe repräsentieren. Difeje Farbstreifen sind mit Hr, 116 und liggekennzeichnet, um anzudeuten, daß es sich um die Primärfarben »Rot«, »Blau« und »Grün« handelt. Der Schichtenaufbau des Films umfaßt außerdem eine lichtempfindliche Trägerschicht 12, die durch die Filterschicht 11 hindurch belichtet wird. Diese Schicht 12 besteht aus einer lichtempfindlichen Emulsion, wie sie

so bei gewöhnlichen Schwarz-Weiß-Filmen benutzt wird. Es ist klar, daß die Lage der Schichten innerhalb des Schichtenaufbaues verändert werden kann, um irgendwelche photographische Erfordernisse zu erfüllen, Außerdem kann die Zah! der innerhalb des Schirms 11 benut-.ten Primärfarben auf zwei vermindert oder auf mehr als drei erhöht werden.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Durchlaßamplituden-Beugungsgitter, das aus abwechselnd transparenten und lichtundurchlässigen Bändern besteht. Dieses Beugungsgitter wird in den Strahlengang des Projektors eingeführt. Die Lichtquelle 16, Z= B. eine Projektionslampe mit Lichtreflektoren und Kondensoren, liefert eine Grundbeleuchtung i'ür das System. Ein Teilausschnitt des Additivfarbtilms ist stark

(i5 vergrößert bei 18 vor der Lichtquelle dargestellt. Wie in Verbindung mit Fi? 1 beschrieben, weist der Film 18 eine Bildträgerschicht und eine transparente Basis 20 auf, über die ein Schirm 22 gefügt ist. Der Schirm 22

besteht aus Farbslreifen in sich wiederholenden Gruppen der Primärfarben Rot, Blau und Grün. Diese Streifen sind mit den Bezugs/eichen R₁, G\ und ßi in einer ersten Gruppe und durch R₂. G₂ und B₂ in der nächst benachbarten Gruppe gekennzeichnet. Das Gesamtbild der aufgezeichneten Szene innerhalb des Bildes wird durch ein Projektionsobjektiv 24 auf eine Projektionsfläche 26 projiziert. Das Objektiv 24 ist in vereinfachter Form als Linse dargestellt und wirkt in der üblichen Weise, um auf der Projektionsfläche 26 ein Bild 7(i erzeugen.

Das Beugungsgitter bei dieser Aiisführungsform ist mit 28 bezeichnet und liegt im Strahlengang des Projektors. Das Beugungsgitter besteht aus einer Folge gleich dimensionierter lichtundiirchlässigcr Streifen 30. die im gleichen Abstand zueinander liegen und lichtdurchlässige Schlitze 32 zwischen sich freilassen. Das Gitter ist im Strahlengang derart ausgerichtet, daß die Beugungsränder der rechteckigen transparenten Schlitze 32 parallel zu den Längsrändern der Streifen des Filrnschirmes 22 liegen. Die Toleranz dieser Parallelausrichtung braucht nicht exakt zu stimmen. F.s können /. B. ausreichende Ergebnisse erlangt werden, selbst dann, wenn eine Abweichung um 15 vorliegt. Das Gitter 28 hat "eine Frequenz f. welche die Zahl transparenter Schlitze 32 pro Längeneinheit des Gitters repräsentiert, die sich über den optischen Pfad des Ssstems erstrecken.

Wenn so das Beugungsgitter im Projektorstrahlengang in der Nähe des Bildes angeordnet wird, ergibt sich ein Fraunhofersches Beugungsbild in der Bildebene 26. Dieses Beugungsbild ist von der nullten Ordnung in der Mitte der Bildebene und wird in F i g. 2 durch die links dargestellten vergrößerten Bildstreifen Ri, G· ... /?i gekennzeichnet. Das Beugungsgitter 28 erzeugt außerdem zwei Beugungsbilder der ersten Ordnung, die sichtbar sind und identifiziert werden können. Die Teilbilder R- — By- G\ der ersten Ordnung werden in der Zeichnung in der Bildebene 26 durch identisch numerierte .Streifenbilder gekennzeichnet. Diese Bilder der ersten Ordnung sind gegenüber ihren entsprechenden Bildern der nullten Ordnung um Beträge versetzt. die ausreichen, um die erwünschte Verschmelzung der projizierten Streifen des Films zu bewirken. Es ist zweckmäßig, daß das System in der Weise arbeitet, daß eine Übereinanderfügung der Bilder benachbarter Farbstreifen erfolgt. So wird z. B. in einem resultierender zusammengesetzten Bild eine gegebene projizierte Rotkomponente im wesentlichen durch benachbarte blaue und grüne Streifen überlappt (als mittlere und rechte Säule dargestellt). Diese Überlappung erzeugt eine farbadditive Verschmelzung bzw. Vermischung. Der Betrag der Versetzung der Bilder erster Ordnung gegenüber den Bildern der nullten Ordnung wird durch Ausbildung des Beugungsgitters entsprechend den Dimensionen der Farbkomponenten innerhalb des Filmrasters bestimmt Diese Bildversetzung für die Bilder der ersten Ordnung wird enthalten als Produkt von f/.F, wobei f die Frequenz des Gitters, λ die Wellenlänge einer gewählten Lichtfrequenz und Z der Abstand zwischen Beugungsgitter und Bildebene ist.

Wie die beiden rechten Säulen der Projektionsfläche in F i g. 2 zeigen, sind die Bilder erster Ordnung mehr als eine Streifenbreite gegen die nullte Ordnung versetzt, damit eine Überlappung der Bilder der ersten Ordnung von identisch gefärbten Streifen des Beugungsgitters erfolgt. Der Zweck dieser Orientierung ergibt sich aus den relativen L'chtintensitäten. die von den Bildern der

ersten Ordnung erhalten werden, wie in Verbindung mit den F i g. 3a bis 3c erläutert wird.

Im folgenden wird auf Fig. 3a Bezug genommen. Hier sind typische Konturen der Intensitäten für die Bilder der nullten Ordnung bzw. der ersten Ordnung von Wellenlängen im roten Bereich dargestellt, wie sie von einem lichtundurchlässigen Liniengitter wie dargestellt erhalten werden. In gleicher Weise sind die Intensitätskonturen, die im Grünlichtbereich bzw. im Blaulichtbereich erhalten werden, in den F i g. Jb und 3c dargestellt. Diese Lichtbereiche entsprechen den Farben der Komponenten oder Streifen des Filmrasters.

Wenn lichtundurchlässige Linienbeugungsgittcr benutzt werden, um eine Bildkomponentenüberlappung zu erhalten, ist festzustellen, daß die Intensitäten der Bilder erster Ordnung zu gering im Vergleich mit den Amplituden ihrer benachbarten Bilder der nullten Ordnung sein können. Diese relative Amplitudenverteilung ergibt sich aus den oben beschriebenen F i g. 3a bis 3c. Ohne zusätzliche Einstellung kann eine einfache Überlappung der Bilder benachbarter Schirmstreifen die Farbbalance in der Bildebene ändern. Eine Einstellung des Abstandes zwischen den Beugungsbildern der nullten Ordnung und der ersten Ordnung, wie bei 26 in F i g. 2 dargestellt, führt dann wieder zu einem ordnungsgemäßen Farbausgleich. Die Streifen bilder erster Ordnung bei 26 liegen im Abstand, um eine Überlagerung ähnlich gefärbter Bildkomponenten der ersten Ordnung zu bewirken, d. h- die Bilder erster Ordnung sind additiv distanziert. Es hat sich gezeigt, daß das hieraus resultierende Bild nicht in der erwünschten Weise vermischt ist, daß es. aber eine ordnungsgemäße Farbbalance zeigt. Die Versetzung der Bilder erster Ordnung, die notwendig ist, um den obigen Abstand zu erhalten, kann durch Einstellung der Gitterfrequenz f erhalten werden. Durch die obige Einstellung kann eine etwas stärkere Unscharfe des Bildes in einer Richtung auftreten, aber dies ist von vernachlässigbarer Größe. Wenn die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung benutzten Filmschirme bzw. Filmraster so ausgebildet sind, daß Streifenbreiten in einer Farbe, z. B. Rot, breiter und daher vorherrschender als jene einer anderen Farbe sind, kann wiederum die obenerwähnte erste Bilddistanzierungstechnik benutzt werden, um einen ordnungsgemäßen Farbausgleich des projizierten Bildes zu gewährleisten. Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Wirkungsweise eines Absorptionsbeugungsgitters innerhalb einer typischen Projektionsvorrichtung.

Ein Farbfilm von 8 mm Breite, auf dem das Bild »»iner Szene in vollen Farben gemäß· der additiven Farbtheorie aufgezeichnet ist, wurde in einen Projektor eingesetzt, wie er auf dem Amateursektor handelsüblich ist Der Film enthielt einen Schirm mit aufeinanderfolgend abwechselnden roten, grünen und blauen Streifen, die sich über jedes Bild erstrecken. Die Streifen waren so dimensioniert daß sich eine Schirmfrequenz von 216,5 Streifen pro cm ergab, jedoch war die Breite der roten Streifen etwas größer als die Breite der blauen und grünen Streifen. Das Bild der aufgezeichneten Szene wurde auf einen Bildschirm projiziert, der 1,63 m von dem Objektiv des Projektors entfernt war. Vertikal orientierte Bilder der Streifen des Filmrasters wurden in dem vergrößerten Farbbild auf dem Bildschirm erkennbar. Zusätzlich wurden einige vertikal ausgerichtete dunkle Linien erkennbar. Dann wurde ein Beugungsgitter mit 17,7 Linien pro cm in einer

regelmäßigen Anordnung undurchsichtiger Linien auf einer transparenten Filmbasis in den Projektorstrahlengang eingefügt. Die Linien des Gitters wurden parallel zu den Streifen des Films ausgerichtet. Das vorher beobachtete Farbstreifenmuster auf dem Bildschirm vermischte sich dabei, und es entstand ein ansprechendes did der Szene. Es zeigte sich, daß die Bilder erster Ordnung jeder Primärfarbe übereinandergcfügt waren. Das d-nk\e Linienmuster verschwand im wesentlichen vollständig. Die erwünschte Bildvermischung auf dem Bildschirm blieb erhalten, wenn das Beugungsgitter bis zu 15° gegenüber der Vertikalen verdreht wurde.

F.ine gleiche befriedigende Bildvermischung konnte unter Benutzung eines Films demonstriert werden, dessen Schirm 298 Streifen pro cm aufwies, wobei das Beugungsgitter 15,7 opaque Linien pro cm aufwies.

Das aus abwechselnd undurchlässigen und durehlässi gen Linien bestehende Beugungsgitter liefert ein resultierendes Mischbild mit einer Intensität von etwas erzeugt wird, der so angepaßt ist, daß eine additive Überlappung benachbarter Farbstreifen bewirkt wird. Wie bei der an erster Stelle genannten Ausführungsform wird der Betrag der Versetzung der Bilder erster Ordnung gegenüber dem Bild der nullten Ordnung dadurch gewählt, daß das Beugungsgitter gemäß den Farbkomponentendirnensionen innerhalb des Filmschirms ausgebildet wird. In gleicher Weise wie das oben beschriebene Amplitudengitter wird auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Versetzung der Bilder der ersten Ordnung durch das Produkt Ü.Z erhalten.

Die Fig. 5a zeigt eine typische Kontur von Lichtintensitäten für die Bilder der nullten Ordnung und der ersten Ordnung für Wellenlängen des Rotbereichs, erlangt mit einem Phasengitter, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Durch Einstellung der Dicke der Bänder 38 auf dem Gitter 34 werden die relativen Amplituden der Bilder erster Ordnung im roten Wellenlängenbereieh »->>! Aar Amnliliiftn /-lot- W\\At*r rlor milltnrt OrHrtnni,

Übertragung hat sich für die meisten photographischen Zwecke als befriedigend erwiesen. Line noch bessere Darstellung ergibt sich jedoch unter Verwendung eines Phasenbeugungsgitters.

Es wird nunmehr auf Fig. 4 der Zeichnung Bezug genommen. Hier ist ein durchlässiges Phasengitter vorgesehen, das als optische Oberfläche mit regelmäßig dimensionierten Reihen von wiederkehrenden optisch dickeren Gitterabschnitten besteht. Die Phasenbeugung ist bei 34 in übertriebenem Maßstab dargestellt, und es ist ein ebener Basisabschnitt 36 vorhanden, auf dem transparente Bänder 38 rechteckigen Querschnitts angeordnet sind. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 liegt das Gitter 34 im Strahlengang der Projektionsvorrichtung, der von der Lichtquelle 40 und dem Projektionsobjektiv 42 gebildet wird. Ein Teilabschnitt des Additivfarbfilms ist in stark vergrößertem Maßstab bei 44 vor der Lichtquelle angeordnet. Der Film 44 besitzt eine Bildträgerschicht 46, auf der ein Schirm 48 ausgebildet ist. Der Schirm 48 besteht aus parallelen Farbstreifen in einer sich wiederholenden Folge von Rot, Blau und Grün. Diese Streifen sind jeweils mit den Buchstaben R, flund G bezeichnet. Wie bei dem an erster Stelle erwähnten Ausführungsbeispiel erzeugt ein Phasengitter 34 mit einer gewählten Frequenz f, welche Zahl und Abstand der Bänder 38 pro Längeneinheit repräsentiert, eine Fraunhofersche Form einer Beugung in der Bildebene, die gedehnt bei 50 dargestellt ist. Diese Beugung erzeugt ein Bild der nullten Ordnung in der Mitte der Bildebene 50, wie dies durch die drei vergrößerten Bildstreifen R\, B\ und G\ angedeutet ist. Die Linien, die mit einem Pfeilkopf gekennzeichnet sind, stellen schematisch die Projektion eines solchen Bildes der nullten Ordnung dar. Das Gitter 34 erzeugt außerdem mehrere Beugungsbilder, von denen die Bilder der ersten Ordnungen sichtbar sind. Die Teilschirmbilder erster Ordnung sind in der Bildebene durch die Streifen R2 — G2 und Bi gekennzeichnet, wobei die Doppelkopfpfeillinien zu diesen Streifen führen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Bildes der nullten Ordnung ergeben sich gekennzeichnet durch die: Dreifach-Kopfpfeile die Streifenbilder R3 — G-3 und JS3. Die Bilder der ersten Ordnung sind gegenüber dem Bild der nullten Ordnung um Beträge versetzt, die ausreichen, um eine erwünschte Verschmelzung der projizierten Farbkomponenten oder Streifen des Filmaufbaues zu gewährleisten. Das Gitter 34 kann so ausgebildet sein, daß ein Abstand der ersten Ordnung

ausgeglichen, l.i Fig. 5b liegen die Intensitäten des Bildes erster Ordnung bei Wellenlängen im grünen Bereich höher als die Intensitäten des Bildes der nullten Ordnung. In gleicher Weise sind die relativen Amplituden im blauen Bereich gemäß Fig. 5c bei den Bildern der ersten Ordnung größer als die Amplitude bei dem Bild der nullten Ordnung.

Die relative Intensitätsverteilung, die bei der Benutzung eines Phasengitters auftritt und die sich aus den Fig. 5a bis 5c ergibt, ist sehr vorteilhaft. Zum Beispiel werden die bei dem ersten Beispiel als sehr niedrig beschriebenen relativen Intensitäten der Bilder erster Ordnung so geändert, daß ihre additive Überlappung nicht erforderlich ist. Soweit die Bilder der ersten Ordnungen der nicht vorherrschenden Farbkomponenten mit relativ hohen Amplituden reproduziert werden können, wie aus den Fig. 5a bis 5c ersichtlich ist. kann eine adäquate Verteilung der anderen Farben erlangt werden, ohne breite Bildüberlappungsabstände für Bilder der ersten Ordnung vorzusehen. Deshalb wird die Verwischung des Bildes vermindert. Das folgende Beispiel demonstriert die Arbeitsweise des Phasengitters gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bei Einfügung in einer typischen Projektionsvorrichtung.

Ein 8-mm-Farbfilm. auf dem eine Szene gemäß der Additivfarbtheorie aufgezeichnet war, wurde in einen handelsüblichen Amateurprojektor eingelegt. Der Film besaß einen Aufbau mit einem Schirm, der reihenweise wiederkehrte rote, grüne und blaue Streifen aufwies, die sich über die gesamte Bildfläche erstrecken. Die Streifen waren so dimensioniert, daß sich 216,5 Streifen pro cm ergaben. Die Breite der roten Streifen innerhalb des Schirms war jedoch etwas größer als die Breite der blauen und grünen Streifen. Das Bild der aufgezeichneten Szene wurde so projiziert, daß das Bild 1,63 m vom Objektiv des Projektors auf einer Bildwand erschien. Vertikal ausgerichtete Bilder der Streifen des Filmschirmes wurden in vollen Farben auf dem vergrößerten Bild des Bildschirmes sichtbar. Außerdem wurden einige vertikale dunkle Linien auf der Bildfläche sichtbar. Ein Phasengitter wurde in den optischen Pfad des projizierten Szenenbildes geschaltet Dieses Phasengitter besaß eine Frequenz von 9,8 Band pro cm, bestehend aus im Vakuum aufgedampften regulären Reihen aus Magnesium-Fluorid von 1,26 μπι Dicke, wobei die Ablagerung auf der ebenen Oberfläche einer dünnen Glasplatte bewirkt war. Die Bänder des Gitters wurden

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parallel zu den Streifen des Filmes ausgerichtet. Das Farbstreifenmuster, das vorher erkennbar war, verschmolz hierbei, und es ergab sich ein ansprechendes Szenenbild. Auch das dunkle Linienmuster verschwand aus dem Bild. Diese erwünschte Bildvermischung auf der Bildwand wurde auch noch aufrechterhalten, wenn die Orientierung des Beugungsgitters um etwa 15° gegenüber der Vertikalen geändert wurde. Die Qualität der Lichtpbertragung durch das Projektionssystem erschien unbeeinträchtist.

Eine ähnlich gute Bildmischung wurde erreicht mit einem Film, bei dem 297,6 Streifen pro cm vorhanden waren, und mit einem Phasengitter, das Bänder von 1,26 μπι Dicke aufwies, um eine Frequenz von 7,9 Band pro cm zu erzielen.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Vervielfachung und Versetzung der projizierten Bilder durch ein sinusförmiges Phasengitter erreicht, das in den Strahlengang des Projektors eingeschaltet wird. Dieses Phasengitter ist voll transparent, ändert sich jedoch von Punkt zu Punkt in der optischen Dicke entweder durch Veränderung des Brechungsindexes oder Veränderung der geometrischen Dicke oder durch beide Maßnahmen gleichzeitig. Die Wirkung beruht darauf, daß Änderungen in der Phase auf die komplexe Amplitude des einfallenden Lichtes aufgeprägt werden. Die sinusförmige Gestalt des Phasengitters bietet in idealer Weise die Doppelfunktion der Bildintensitätssteuerung und der Distanzierungssteueriing der Bilder erster Ordnung.

F i g. 6 stellt beispielsweise ein sinusförmiges Phasengitter dar. Die parallelen Konturen der sinusförmigen Oberfläche des Gitters liegen parallel zu der Längsstreifenorientierung des weiter oben beschriebenen Filmschirms 22. Das Phasengitter ist so ausgebildet, daß es eine gewählte Frequenz (f) hat, welche die Zahl der im Querschnitt sinusförmigen Perioden pro Längeneinheit repräsentiert. Diese Frequenz ist so gewählt, daß das Gitter eine Fraunhofersche Gestalt der Beugungsbilder in der Bildebene 26 erzeugt. Das Gitter besitzt einen ebenen Basisabschnitt 54, auf dem ein Relief von sinusförmigem Querschnitt 56 aufgebaut ist. Das im folgenden diskutierte Phasengitter hat eine Dimension / längs der Achse X und eine Abmessung /' längs der Achse Y. Eine Z-Achse steht senkrecht auf der von den Achsen X- Y ausgespannten Ebene. Das durch diesen Aufbau übertragene Licht erzeugt in der Bildebene eine Reihe von Bildern unterschiedlicher Ordnung. Die Abstände und die relativen Intensitäten der Bilder jeder Ordnung, die auf der Darstellungsoberfläche projiziert werden, können durch die Sinusfunktion der Phasengitterkontur 36 und die Wellenlänge des hindurchgeschickten Lichtes bestimmt werden. Diese Wirkung kann unter Berücksichtigung der folgenden theoretischen Erwägungen vorbestimmt werden.

Die Vielzahl der durch Lichtbeugung im Gitter erzeugten Bilder kann in Ausdrücken einer Übertragungsfunktion t (x, y) beschrieben werden. Diese Funktion kann in Gestalt des folgenden Ausdrucks geschrieben werden:

t(x,y)

ef ™

rect (^

-0. (I)

Dabei bedeutet m die maximale Bereichsänderung der Lichtphase, die durch das Gitter fortschreitet, /stellt eine Dimension des Phasengitters dar und /' die Γ-' (x„-qf λ z)] sine* (■'-*
L<* ^z J \ λζ

Abmessung des Gitters längs einer gegenüberliegenden Achse, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Wie ersichtlich, werden bei d( ■ Gleichung (I) gerade Funktionen benutzt.

Ein Gitter, das gemäß dem Ausdruck (I) ausgebildet ist. ergibt ein entsprechendes Intensitätsmuster in einer Ebene, die planparaüel zu der von den Achsen X, Y aufgespannten Ebene liegt, und zwar in einem Abstand ζ von dieser Ebene entfernt. Diese Bildebene ist die Darstellungsoberfläche einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Projektionsvorrichtung. Das entsprechende Intensitätsmuster in der Bildebene kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:

(II)

dabei ist /,, eine Besselsche Funktion der ersten Art (7-ter Ordnung λ ist die Wellenlänge irgendeines gewählten Lichtbereiches; /"ist die Frequenz des Gitters oder der Reziprokwert der Periode der sinusförmigen Funktion flcs Gitters; die sine Funktion ergibt sich als Sinus einer gewissen Funktion von χ dividiert durch jene Funktion von x. Die Ausdrücke x» und yo werden in der Gleichung (II) benutzt, um die orthogonalen Achsen in der Bildebene anzudeuten, die parallel zu den entsprechenden X- und K-Achsen des Gitters verlaufen. Die Intensitätsfunktion, die durch die Gleichung (II) ausgedrückt wird, liefert eine Reihe von quadratischen Bessel-Funktionen multipliziert mit den jeweiligen sine Funktionen, die ihrerseits die Art und Weise darstellen, in der die Intensität der Bilder jeder Ordnung längs den Achsen x₀ und yo schwankt.

Die Spitzenintensität des Bildes der Ordnung q, das in einem Abstand qfzwon dem Bild der nullten Ordnung entfernt liegt, ergibt sich durch den Ausdruck:

¹I =

, (m/2)¹

(III)

Durch Wahl geeigneter Parameter zur Einführung in den Ausdruck (II) kann ein sinusförmiges Phasengitter ausgebildet werden, das jede spezielle Farbbalance und Vermischung ergibt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Einstellung der physikalischen Parameter des Gitters zu einer Änderung der Parameter führt: (f) und (m). Einer dieser Ausdrücke ist bei jedem gegebenen Gitter für jeden Wert von λ vorgesehen. Eine Analyse der Ausdrücke (I) bis (III) zeigt, daß bei einer Phasenverschiebung von etwa 140° die Möglichkeit besteht. Bilder der nullten Ordnung und der ersten Ordnung zu erzeugen, deren Intensitäten bei jeder gegebenen Wellenlänge λ gleich sind. Die Bilder der beiden Primärordnungen werden von dem Bild der nullten Ordnung um einen Abstand ±ß.z versetzt Es kann deshalb festgestellt werden, daß eine vollständige Steuerung bezüglich der Auslegungserfordernisse der Projektionsvorrichtung durch die Sinusform des Phasengitters verwirklicht werden kann.

Die Intensitätssteuerung, die mit einem sinusförmigen Gitter der oben beschriebenen Art verfügbar ist, ergibt sich aus den F i g. 7a, 7b und 7c. Unter der Annahme, daß ein Filmschirm mit Bestandteilen oder Streifen hergestellt wird, die aus den Primärfarben Rot, Grün und Blau

Il

bejieh^n, wira in der Bildebene ein Intensitätsmustcr verfügbar, wobei die Bilder der nullten Ordnung und der ersten Ordnung gleiche Amplituden besitzen. Zum Beispiel können die Bilder der nullten Ordnung und die Bilder der ersten Ordnung Intensitäten gleicher Amplitude im roten Wellenlängenbereich gemäß F i g. 7a vorgesehen sein. In gleicher Weise sind die relativen Intensitäten der ersten Ordnung bei Wellenlängen im grünen Bereich gleich der Amplitude der Elilder der nullten Ordnung. Weiter zeigt F i g. 7c. daß die relativen Amplituden im blauen Bereich bei den Bilder der ersten Ordnung und der nullten Ordnung gleich sind. Ferner ist festzustellen, daß Bilder über der ersten Ordnung so schwach sind, daß sie praktisch unsichtbar sind.

Ähnlich wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann eine beträchtliche Schrägstellung des Sinusgitters gegenüber den Streifen des Films bewirkt werden und, wie bei den vorher beschriebenen AusfiihrunesbeisDielen. ist eine eenaue Ausrichtung nicht erforderlich. So kann das Gitter bis zu etwa la" verdreht werden, ohne daß eine Beeinträchtigung der Bildverschmelzung eintritt. Durch Änderung der Lage des Gitters wird in vorteilhafterweise eine Abstimm-") funktion möglich.

Um geeignete Fraunhofersche Beiigungsbilder zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Sinusphaiengitter in dem Strahlengang des Projektors in der Nähe des Objektivs unterzubringen. Hierbei ist eine beträchtliche

i<> Schrägstellung möglich. So kann beispielsweise das Gitter auf der Oberfläche des Objektivs des Projektors abgelagert oder auf andere Weise angeordnet werden, statt dessen kann das Gitter auch auf einem einfachen Träger vorgesehen werden, der leicht über das Objektiv

ι ■> des Projektors gesetzt werden kann.

Beugungsgitter für eine gegebene Frequenz haben sich als nützlich über einen weiten Bereich von Projektionsentfernungen erwiesen. Die Einfachheit ihres Aufbaus ermöglicht eine Anwendung bei einer

2" Viol/ahl von Proiektionsvorrichtuneen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   J, Vorrichtung zur Projektion eines auf einem Additiv-Farbfilm aufgezeichneten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß im Projektionsstrahlengang ein Beugungsgitter (28, 34, 54) angeordnet ist, das von den Schirmfarb-Bildkomponenten (R, G, B) Bilder der nullten Ordnung und wenigstens der ersten Ordnung derart entwirft, daß aber jeder Farbkomponente eines Bildes der nullten Ordnung wenigstens ein Bild der ersten Ordnung, das von einer anderen Schirm-Fai-bkomponente stammt, projiziert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter ein Amplitudendurchlaßbeugungsgiitter (28) ist
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter ein voll durchlässiges Phasengitter (34) ist
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (28, 34, 54) unmittelbar dem Objektiv (24, 42) benachbart im Strahlengang angeordnet ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (34) ein voll durchlässiges Pulsphasengitter ist
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Beugungsgitter (54) sich in der optischen Weglänge periodisch sinusförmig ändert