DE2352655A1 - Vorsatzvorrichtung fuer fernsehgeraet zur umwandlung in ein fernseh-projektionssystem - Google Patents

Vorsatzvorrichtung fuer fernsehgeraet zur umwandlung in ein fernseh-projektionssystem

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DE2352655A1
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Maris Ambats
Shannon Thomas D
Demaria Walter Joseph
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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Description

19. Oktober 1973
MARIS AMBATS THOMAS D. SHANNON WALTER JOSEPH DeMARIA 480 Broome Street 486 Broadwa3r . 27. Howard Street New York« New" York New York, New York New fork, New York
Patentanmeldung
Vorsatzvorriehtung für fernsehgerät zur Umwandlung in ein Fernseh-Projektionssystem
Die Erfindung bezieht sich allgemein gesehen auf ein Fernseh-Bildwiedergabesystem und spezieller auf ein konvertierbares System, bei dem das lumineszente Bild, das vom Bildschirm einer Bildröhre erzeugt wird, direkt oder in vergrößertem Maßstab auf einer entfernten Bildwand betrachtet werden kann,
TJm ein Bild auf einer Bildwand zu erzeugen, das angenähert Lebensgröße hat, müssen die Abmessungen der Wand, ob für FiImbild-oder für Pernsehbilddarsteilung, im Verhältnis zur Betrachungsfläche geeignet bemessen sein. Je größer die Betrachtungsfläche ist, umso größer müssen im allgemeinen die Bildwandabmessungen sein, um ein realistisches Bild zu geben. Dementsprechend ist es in einem großen Filmtheater mit hunderten von Sitzplätzen üblich, eine Bildwand riesigen Ausmaßes zu verwenden, die fast die gesamte Frontseite des Theaters einnimmt. Wenn der Zuschauer in einem Theater dieser Art sich 60 oder 90 m (200 oder 300 ft.) von der Bildwand entfernt befindet,
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muß eine auf der Bildwand dargestellte menschliche Figur mehrfach größer sein als NOrmalgröße, damit sie dem Zuschauer in realistischen Proportionen erscheint.
Wenn jedoch eine Bildwand im Wohnzimmer für Heimkino verwendet wird, braucht die Bildwand nicht größer zu sein, als ' notwendig ist, um ein Bild mit angenähert normaler Größe bzw. Maßstab zu erzeugen. Der Zuschauer ist dann von der Bildwand nur wenige Meter entfernt.-Dementsprechend sind die Abmessungen 0,75 x 1 m (2,5 x 3,3 ft.) für eine Bildwand für Heimkino passende Größen und das Bild ist wiedergebbar, wenn die Bildhelligkeit ungefähr 0,3 Lambert / m (3 föot lamberts) hat. Um jedoch eingutes Bild "bei dieser Bildhelligkeit zu haben, muß das Bild praktisch in Dunkelheit betrachtet werden.
Dort wo keine passenden geeigneten Betrachtungsverhältnisse vorliegen, weil die Bildwand zu groß oder zu klein ist im Verhältnis zur Betrachtungsfläche, erscheinen die sich ergebenden Bilder, so wie sie vom Zuschauer gesehen werden, im Mißverhältnis und sie verletzen seinen Sinn für Maßstäbe. Darüber hinaus ergeben sich bei nicht passendem Verhältnis zwischen Bildwandgröße und Abstand des Zuschauers von der Wand psychologische Störungen und Ermüdungserscheinungen.
Dieses Ungleichgewicht liegt manchmal in überfüllten Filmtheatern vor, wenn ein Zuschauer mit normalem Sehvermögen gezwungen ist, sehr nah an der Bildwand zu sitzen. In diesem Falle erscheinen ihm die Bilder darauf unverhältnismäßig vergrößert. Wenn der Zuschauer keine andere Wahl hat, als einen Sitzplatz im extremen hinteren Teil des Zuschauerraumes einzunehmen, sieht er verkleinerte Bilder mit verringerter Qualität. In beiden Fällen ist die Betrachtung unbequem und die Bildarbietung unerfreulich.
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Dieses "Ungleichgewicht zwischen Bildwandgröße und der Position des Zuschauers relativ zur Bildwand ist "besonders akut "bei Pernsehbetrachtung zu Hause. Das leuchtende Bild wird auf dem Phosphoreszenzschirm einer relativ kleinen Bildröhre ererzeugt. In den meisten Haushalten in den Vereinigten Staaten hatren die Fernsehgeräte Bildröhrenabmessungen von ca, 42 cm (17 ") diagonal gemessen. Es sind auch schon Fernsehgeräte verfügbar, die Bildröhren mit 58 und 63 cm (23 und 25 ") Bildschirm haben. Obwohl diese Bildsehirmabmessungen "bereits eine wesentliche Verbesserung gegenüber den Bildröhren mit 23 Ms 30 cm (9 Ms 12 ") früherer Tage sind, sind die derzeit verfügbaren Bildschirmgrößen für Fernsehen noch weit entfernt von den Abmessungen, die notwendig sind, um ein Optimum an Betraehtungskomfort und Genuß zu erreichen.
Größere Bildröhren würden größere Gehäuse und/oder Konsolen erfordern und leistungsstärkere elektronische Schaltkreise notwendig machen-, um eine solche Röhre zu betreiben. Praktische Betrachtungen schreiben eine maximale Größe einer Fernsehbildröhre vor, die für den Heimgebrauch ausfahrbar ist. Es ist nicht zu erwarten, daß die Röhrenabmessungen über die derzeitig bestehenden Grenzen hinaus ausgedehnt werden können.
Diese seit vielen Jahren anerkannte Tatsache ist der Grund, daß Versuche unternommen worden sind, optische Projektionssysteme in Verbindung mit Fernsehgeräten zu verwenden, um ein vergrößertes Bild auf einer Heim-Bildwand geeigneter Größe zu erhalten.
Einer der ersten Versuche in dieser Richtung ist in der US-Patentschrift 2.509.508 beschrieben. Es ist dort von einer Kombination Von Linsen und Spiegeln in Verbindung mit einer Bildröhre kleiner Größe Gebrauch gemacht. Dabei hat die Bildröhre vergrößerte !lichtintensität, um das Kathodenstrahlbild auf eine vertikale Bildwand werfen zu können.
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Aus mehreren G-ründen ist es nicht möglich gewesen, ein Projektions-Fernsehsystem verfügbar zu machen, dessen Kosten für die Masse der Fernsehgeräte-Besitzer erschwinglich ist. Bei für typische Farbfernsehgeräte üblichen Kosten von weniger als 400,— Dollar stellten sich die Kosten für ein Projektionsfernsehsystem üblicherweise über 2.000,— Dollar.
Ein Paktor für die hohen Kosten bestehender Fernseh-Projektionssysteme ist die Lichtintensität. Ein übliches Fernsehgerät mit einem relativ kleinen Bildschirm hat genügend Helligkeit, um eine Bildbetrachtung in einem Raum möglich zu machen, der relativ helle Umgebungsbeleuchtung hat. Wenn jedoch das Bild eines kleinen Fernsehgerätes auf eine entfernt stehende Bildwand projeziert werden sollte, mittels eines üblichen optischen Systems, würden die mit der Projektion in Betracht zu ziehenden Lichtverluste derart sein, daß ein nur unannehmbar schwaches Bild auf der Bildwand erzeugt werden könnte, selbst bei nahezu Dunkelheit.
Es ist daher notwendig geworden, spezielle elektronische Schaltkreise in Verbindung mit Bildröhren hoher Intensität zu verwerfen, um die Helligkeit auf dem Bildschirm über das normale Niveau hinaufzusetzen, um diese optischen Verluste zu decken. Dementsprechend kann das übliche Fernsehgerät nicht in Verbindung mit dem Projektor verwendet werden und da spezielle Schaltkreise und Röhren notwendig sind, ergeben sich zusätzliche wesentliche Kosten für ein solches System.
Ein anderer Lösungsweg, der kürzlich eingeschlagen worden ist, ist, ein helles Farbbild mit einer Breite von ca. 1,80 m (6 ft,) zu erzeugen, das zwölfmal so groß ist wie der Bildschirm der größten (63 cm) Fernsehbildröhre, die derzeit verfügbar ist. Jedoch erfordert dieser Iiösungsweg, daß vom üblichen Farbfernsehgerät abgegangen wird, zugunsten von drei speziellen Projektionsröhren, je eine für jede Grundfarbe. Die drei Farbbilder werden einzeln auf die Bildwand projeziert,
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wo sie zum ganzen Farbbild vereinigt werden. Die Kosten dieser Anordnung sind, wie leicht einzusehen, wesentlich größer als für einen üblichen !Fernsehempfänger.
Ein anderer Faktor, der die Verwendung eines einfachen, preisgünstigen optischen Systems für Fernsehbildprojektion behindert, ist die Bildumkehr. Wenn nämlich eine normale Linse vor einem Fernsehbildschirm zur direkten Projektion angeordnet wird, gibt das System ein invertiertes Bild, das auf einer entfernten Bildwand auf dem Kopf steht und seitenverkehrt ist.
In der Optik ist es bekannt, aufrichtende, bzw. umkehrende Systeme zu verwenden, um einem Bild, das von einer Linse abgebildet worden ist, wieder die richtige Orientierung zu geben. Ein solches Umkehrsystem kann eine Linse oder eine Prismenanordnung sein, wie z. B. das "Porro"-System, das aus zwei rechtwinkligen Prismen besteht, die in einem Winkel von 90 ° zueinander angeordnet sind. Das erste Prisma kehrt oben und unten des Bildes um und das zweite Prisma behebt die Seitenvertauschung. Diese Systeme machen aber die Projektionslinsenanordnungen kompliziert und bewirken zusätzliche wesentliche Kosten. Hinzu kommt, daß solche Systeme weitere Lichtverluste aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu finden, mit der eine Fernsehbild-Projektion durchführbar ist, die unter anderem die voranstehend dargelegten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 umrissene Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 näher angegeben ist. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Fnteransprüchen.hervor.
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Mit der Erfindung werden eine Reihe von wie nachstellend im einzelnen aufgeführten Vorteilen erreicht. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß mit der Erfindung ein Converter bzw. Zusatz- bzw. Vorsatzgerät gefunden ist, das einem normalen Fernsehgerät hinzugefügt werden kann bzw, daran "befestigt werden kann. Wenn diese Zusatzvorrichtung nicht angebracht ist, kann das Fernsehgerät seine normale Funktion in üblicher Weise für Direktbetrachtung des Bildschirms erfüllen. Wenn die Zusatzvorrichtung angebracht ist, wird von dem Fernsehgerät ausgehend ein seitenrichtiges helles Bild mit vergrößertem Maßstab auf einer entfernten Bildwand erzeugt.
Ein speziellerer Vorteil der Erfindung ist, daß mit der erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung ein einfaches und wirksames direktprojezierendes System geschaffen ist, das zusammen mit einem Invert erschalt er arbeitet, wenn das erfindungsgemäße optische System verwendet wird. Der Schalter bewirkt, daß das Bild auf dem Bildschirm invertiert wird und rechts und links miteinander vertauscht werden, wodurch das Bild auf der entfernten Bildwand richtig steht.
Ein anderer Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß das erfindungsgemäße optische Projektionssystem so ausgelegt ist, daß es die Wölbung des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre kompensiert. Dadurch ist das auf der entfernten Bildwand projezierte Bild im wesentlichen frei von Verzerrungen und gut fokussiert bzw. scharf über die ganze Bildfläche.
Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß mit ihr eine preisgünstige Zusatzvorrichtung geschaffen ist, bei der für das optische System Linsen verwendet sind, die aus Plastikmaterial hergestellt sind. Die Vorrichtung eignet sich daher für die Massenproduktion, und zwar ohne Einbuße an optischer Qualität. Das erfindungsgemäße optische System ist aus üblichen konvexen, konkaven oaer plankonvexen
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oder plankonkaven Linsenelementen zusammengesetzt. Für das System ist auch die Verwendung von flachen Fresnel-Linsen aus Plastikmaterial möglich, die die passenden optischen Eigen-Sihaften haben. , ,
Da mit der erfindungsgemäßen Torrichtüng eine preisgünstige Umwandlung eines Wohnzimmers oder eines kleinen Zimmers, in dem ein Fernsehgerät steht, in ein lino bzw. Bildtheater möglich ist, "bringt die Erfindung neues Leben in die häusliche Unterhaltung, für die Erziehung und in kommerzielle Gebiete, So können nunmehr Fernsehprogramme, wie z. B. Sportereignisse, Filme und Lehrfilme in passender Größe auf großer Bildwand wiedergegeben werden, die auf einem kleinen Fernsehbildschirm nur begrenzte Wirkung hätten.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen optischen Projektion ist es darüber hinaus möglich geworden, Kinofilmbilder in ihrer beabsichtigten Weise darzubieten. Bei Panorama-Filmtheatern, die Standardfilmausschnittgrößen verwenden, werden die Bilder im Filmausschnitt optisch komprimiert mittels einer Sntzerrungs— optik. In der Projektion werden sie gedehnt, um einen Panorama-Eindruck zu vermitteln. Wenn ein Breitwandfilm im Fernsehen dargeboten wird, muß das Filmbild begrenzt werden, um dem Standardverhältnis der Bildröhre zu entsprechen. Damit sind die Breitwandvorteile geopfert. Bei einem Fernsehpro3ektionssystem, das in Verbindung mit einem Standardfernsehempfänger arbeitet, kann das ursprünglich komprimierte Breitwandbild ohne optische Veränderung übertragen werden und dann optisch ausgedehnt und vergrößert werden mit Hilfe passender Linsen, die in der Proäektionslinsenanordnung vorgesehen sind. Dies ist speziell passend für OASV-Systeme, hei denen alle Fernsehteilnehmer mit einem Konverter bzw, einer Zusatzvorrichtung ausgerüstet werden können.
Kurz zusammengefaßt, ist festzustellen., daß diese und ander« Vorteile bzw. Grundgedanken der Erfindung in der erfinäungsge— mäßen Zusatzvorrichtung verwirklicht ,sind, die in einem opti-
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sehen Vorsatzgerät besteht, das einem normalen Fernsehgerät hinzufügbar ist und bei dem ein Inverterschaltex' vorgesehen ist, der mit dem Schaltkreis der Vertikalablenkung des Empfängers verbunden ist.
Das erfindungsgemäße optische Zusatzgerät umfaßt ein Gehäuse, das leicht an der Vorderseite eines Fernsehempfängers angebracht werden kann, um die Vorderseite der Bildröhre abzudecken. Es umfaßt ein Objektiv mit großer Öffnung, das das Bildfeld wenigstens im wesentlichen erfaßt,Das Objektiv hat eine die Bildfeldwölbung ebnende Linse, die der nach außen gewölbten Vorderflache der Bildröhre nahestehend angeordnet ist. Mit dieser Linse wird das gewölbte Bildfeld der Kathodenstrahlröhre optisch geebnet. Es ist ein bewegbarer Linsentubus zur Projektion des eben gemachten Bildes auf eine entfernte Bildwand vorgesehen. Der Linsentubus ist axial verschiebbar in Bezug auf die die Bildfeldwölbung ebnende Linse, um das projezierte Bild zu fokussieren bzw. scharf einzustellen. Der Inverterschalter ist mit dem Stromkreis der Vertikalablenkspule des Fernsehgerätes verbunden. Wenn dieser Schalter eingeschaltet ist, ist das auf dem Bildschirm der Röhre erzeugte Bild invertiert. Die Invertierung wird durch die Projektion auf die Bildwand wieder rückgängig gemacht und das Bild erscheint auf der Bildwand in richtiger Stellung.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung zu Figuren bevorzugter Ausfiihrungsformen der Erfindung hervor und es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung, wobei diese Vorrichtung zur Hinzufügung zu einem üblichen Fernsehgerät angepaßt ist;
Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Vorderansicht dieser Vorrichtung;
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Fig. 3 eine schematische Darstellung der in der Vorrichtung enthaltenen Linsen;
Pig. 4 die Schaltverbindungen des Inverters mit dem Fernsehgerät;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Zusatzeinrichtung und
Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform "bezüglich der Formgebung der Plastiklinsen.
In Fig. 1 ist ein wie übliches Fernsehgerät zu sehen, das mit 10 bezeichnet ist. Is enthält eine Kathodenstrahl-Bildröhre 11. Bei einem wie üblichen Fernsehsystem wird von einer Fernseh-Bildaufnahmeröhre ein Bild aufgenommen, in-dem ein Elektronenstrahl Veränderungen einer Signalamplitude abtastet, die der Helligkeit einer photοempfindlichen Oberfläche entspricht, auf die ein Bild fokussiert ist. Dieses Bild wird mit Hilfe . der Bildröhre wiedergegeben, indem ein entsprechender, synchron modulierter und abgelenkter Elektronenstrahl auf die rechteckige Rasterfläche des phosphoreszenten Bildschirmes der Röhre gerichtet wird. Da dieser Elektronenstrahl von einer punktförmigen Quelle ausgeht," ist es wesentlich, um Verzerrungen zu vermeiden, daß die Fläche der Bildröhre nach außen gewölbt ist, so daß der Strahl auf einem bogenförmigen Weg verläuft.
Wenn die Bildröhre direkt betrachtet wird, ist das leuchtende Bild auf einer nach außen gewölbten Oberfläche zu sehen. Da aber die WLbung flach ist, wirkt sich dies für den Zuschauer nicht störend aus. Wenn aber die gewölbte Bildfläche optisch vergrößert auf eine flache Bildwand geworfen wird, wirkt sich die Wölbung stärker aus und stört den Betrachter, sofern keine Korrektur vorgesehen ist.
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Ein erfindungsgemäßer Konverter umfaßt eine optische Zusatzvorrichtung, die an der Vorderseit eines Fernsehgerätes anbringbar ist. Die Vorrichtung ist mit einem Gehäuse versehen, das ein zylindrisches Frontteil 12 hat, das mit einem rechteckigen hinteren Teil 13 verbunden ist. Dieses Teil 13 ist so bemessen, daß es die transparente Yorderfläche F der Bildröhre 11 abdeckt, so daß das gesamte Licht, das von der Bildröhre ausgeht, für die erfindungsgemäße Vorrichtung eingefangen bleibt, wenn sie dem Fernsehgerät vorgesetzt ist.
Zum Zwecke eines einfachen bzw. leichten Hinzufügens und Ent— fernens der Vorrichtung ist das hintere Teil 13 mit einer oberen Klammer 14 versehen, die einen zurückziehbaren Stift 15 aufweist. Der Stift 15 ist so angepaßt, daß er in eine Fassung 16 hineinpaßt, die in der Mitte der oberen Wand des Gehäuses des Fernsehgerätes angebracht ist. Das Frontteil ist mit einer U-förmigen oder ausziehbaren Stütze 17 versehen, die schwenkbar ausgeführt ist, so daß sie wegschwenkbar ist, um an einer unterstützenden Oberfläche anzuliegen. Das Fernsehgerät und die Zusatzvorrichtung können so geneigt werden, daß sie das Bild in eine Richtung mit gewünschtem Winkel werfen. Die Aufstellung wird erreicht durch knopfbetätigte G-eräteschrauben bzw. Rändelschrauben 18 und 19. Bei einer praktischen Ausführungsform können nicht dargestellte Seitenschrauben vorgesehen sein, um die Vorrichtung noch fester an dem Fernsehgerät zu befestigen bzw. verankern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf bestimmte Mittel zur Kopplung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Fernsehgerät beschränkt.
Das optische Objektiv wird durch fünf Linsenelemente A, B, G
D und E gebildet. Sie sind in dieser Reihenfolge von vorn nach hinten angeordnet. Die Linsenelemente A, B, C und D bilden eine LinsenanOrdnung, die in im Abstand befindlichen Stellungen im Inneren eines zylinderförmigen Gehäuses 20 befestigt sind. Dieses Gehäuse 20 ist in dem Frontteil 12 teleskopierbar und dementsprechend axial gleitend in diesem angebracht. Diese Anordnung dient zum Zwecke der Fokussierung.
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Die axiale Stellung der Linsenanordnung ist durch eine Zahnstange 21 justierbar, die-an der Seite des Zylindergehäuses befestigt ist und sieh in Längsrichtung erstreckt. In die Zahnstange -21 greift ein Ritzel 22 ein, das durch einen äußeren Einstellknopf 23 betätigt wird« Durch Drehung dieses Knopfes 23 wird das Zylindergehäuse 20 herein- oder herausgeschoben, abhängig von der Richtung der Drehung. Auf diese Weise kann das auf eine entfernte Bildwand projezierte Bild für verschiedene Abstände und Bildgrößen scharf gestellt werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist nützlich, damit das Fernsehgerät sowohl in einem kleinen Raum, in dem die Projektionsentfernung notwendigerweise kurz ist, als auch bei entsprechend -verfügbarem Raum für größeres Bild verwendet werden kann.
Die Linse A ist das erste Linsenelement„ Sie hat eine konvexe Vorderfläche mit einem Scheitel-Krümmungsradius R1 und eine konkave rückseitige Fläche mit einem Krümmungsradius R2. Die axiale Dicke, d. h. die Dicke der Linse auf der Achse gemessen, beträgt für dieses erste Linsenelement T1. Der axiale Luftabstand zwischen dem ersten Linsenelement und dem zweiten Linsenelement ist S1.
Die Linse B ist das zweite Linsenelement. Sie hat eine konvexe Vorderfläche mit einem Krümmungsradius R3 und eine konvexe rückwärtige Fläche mit einem Krümmungsradius R4. Die axiale Dicke dieses zweiten Linsenelementes ist T2 und der axiale Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Linsenelement ist S2. . .
Die Linse G ist das dritte Linsenelement. Sie hat eine konkave Vorderfläche mit einem Krümmungsradius R5 und eine konkave rückwärtige Fläche mit einem Scheitel-Krümmungsradius R6„ Die axiale Dicke des dritten Linsenelementes ist T3 und.der axiale Luftabstand zwischen dem dritten und-dem vierten Linsenelement ist S3.
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Die Linse D ist das vierte Linsenelement. Sie hat eine konvexe Vorder fläche mit einem Krümmungsradius R7 und eine konvexe rückwärtige Fläche mit einem Krümmungsradius B.8. Die axiale Dicke des vierten Linsenelementes ist T4 und der axiale Luftabstand zwischen dem vierten und dem fünften Linsenelement ist S4-.
Die Linse E, die in dem hinteren Teil 13 gegenüber der Fläche F der Bildröhre fest gehalten ist, ist das fünfte Linsenelernent. Sie hat eine konkave Vorderfläche mit einem Scheitel-Krümmungsradius R9 und eine konkave rückwärtige Fläche mit dem Krümmungsradius R10. Die axiale Dicke des fünften linsenelementes ist. T5 und der axiale Luftabstand zwischen fünftem Linsenelement und der Vorderfläche der Bildröhre ist S5,
Das Element F ist die transparente vordere Fläche der Bildröhre. Die hier beschriebene spezielle Ausführungsform nach der Erfindung hat eine Bildfeldkrünmrung, die so justiert ^zw. angepaßt ist, daß sie zu der rückwärtigen Oberfläche der erwähnten transparenten vorderen Fläche paßt. Das Element F hat eine konvexe vordere Oberfläche mit einem Krümmungsradius R11. Die zugehörige konkave rückwärtige Oberfläche hat einen Krümmungsradius R12.
Die Vorderfläche bzw. vordere Oberfläche des Linsenelementes A, die rückwärtige Oberfläche der Linse C und die Vorderfläche der Linse E sind asphärische Oberflächen. Die Daten bzw. Bemessungengrößen zur Bestimmung dieser asphärischen Oberflächen sind in der Wertetabelle enthalten, die for diese Linsen unten angegeben ist.
Für ein Ausführungsbeispiel sind die numerischen Bemessunge größen für eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung in der beigefügten Tabelle 1 angegeben. Diese numerischen Bemessungsgrößen sind auf eine mittlere Brennweite von F = 10,0 bezogen.
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In der Sabelle I gibt die erste Spalte die Linsenbezeichmmgen A bis E und die Bezeichnung der Fläche F an. Die zweite Spalte gibt die numerischen Werte der Krümmungsradien R1 bis R12 an. Die dritte Spalte gibt die numerischen Werte für die axialen Abstände bzw. Achsenabstände der Oberflächen an. Die vierte Spalte enthält die numerischen Werte für die Brechungsindices Hj. der für die einzelnen Linsen verwendeten Materialien, und zwar bezogen auf die D-Linie des Spektrums. Die fünfte Spalte gibt die numerischen Werte der Abbe'sehen Dispersionssahlen Y-p an. --."-■
Das Apertur -Terhältnis des Objektives beträgt 1:1,5 und die rückwärtige Brennweite ist im wesentlichen gleich Full, da sich das Bild auf- der rückwärtigen Oberfläche der transparenten Fläche bzw. Wand der Kathodenstrahl-Bildröhre oder einer ähnlichen Einrichtung befindet.
Der Abstand S4 ist ein variabler Abstand zwischen der axial verschiebbaren Linsenanordnung A, B, C und D und der feststehenden Linse E. Diese Verschiebung dient zur Einstellung der Linsenanordnung für verschiedene Abstände der (in der Figur) linksseitigen Stellung des Bildes (oder des Objekts). Wie gegeben, ä.nd die Linsen für eine angenähert 180 Einheiten Entfernung zum ersten Bild (oder Objekt) und für eine 7er? größerung .yon-Q125 fokussiert bzw. scharf eingestellt.
R1, R6 und R9 sind Scheitel-Krümmungsradien, nachdem diese drei Oberflächen asphärisch.sind. Die Krümmungsradien sind für verschiedene Stellen der Oberfläche verschieden groß.
Die Formen dieser drei Oberflächen sind durch die folgende Formel gegeben:
C Y
■ ■ ■ + dY4+eY6+fr8+gY10
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Die in diese Formel einzusetzenden numerischen Werte zur Berechnung der Werte Z für einen1 jeden Wert Y können der Tabelle II für jede der Linsenoberflächen 1, 6 und 9 entnommen werden.
Es wurde festgestellt, daß eine Objektivlinse, die nach den ■ oben genannten Tabellen bemessen ist, guten Kontrast und hohe Auflös ung über das ganze Bildfeld mit einem Winkel von — 20 ° hat. Die Objektivlinse ist für alle optischen Fehler über das ganze Bildfeld mit Blickwinkel - 20 ° korregiert. Es ist einzusehen, daß Objektivlinsen, die nicht exakt dieselben numerischen Bemessungsgrößen haben, wie sie in den voranstehenden Tabellen angegeben sind, auch genügend korregiert sind, um eine erfindungsgemäße Objektivlinse mit hoher Qualität zu liefern. Dementsprechend abweichende Bemessungen gehören in den .Rahmen der Erfindung.
Die aus einem Plastikmaterial hergestellten linsen A, B, C, D und E haben passende optische Eigenschaften. Als Materialien kommen z. B. transparente Acryl- oder Polystyren-Stoffe in Betracht. Gegenüber Linsen aus Glas haben optische Linsen aus Plastikmaterial den Vorzug leichten Gewichtes, geringer Kosten und hohen Grades der Lichtdurchlässigkeit, Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite des Objektives im wesentlichen 25 om (10 "). Ein Objektiv aus Glas mit dieser Brennweite würde so dick sein, daß es nur noch eine geringe Lichtdurehlässigkeit hätte entsprechend der höheren Lichtabsorption des Glases.
Drei der Linsenoberflächen sind asphärisch, um die für das Objektiv erforderliche Öffnung (wenigstens f:1,5) zu erhalten. Diese Oberflächen sind mit 1, 6 und 9 bezeichnet. Die Linsen können in ihrer für die Verwendung endgültigen Form gegossen oder spritzgeformt sein. Das Objektiv hat ein beträchtliches Blickfeld (wenigstens i 20 °). Die Linsen A und B haben positive Brechkraft, die Linse C hat negative Brechkraft, die Linse D hat positive Brechkraft und die
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Linse E hat negative Brechkraft„
In 3?ig. 4 ist eine zweite Komponente eines erfindungsgemäßen Konverters zu sehen, nämlich der Inverterschalter 24, der ein doppelpoliger, doppelseitiger Schalter ist, mit zwei Paaren fester Kontakte a-b und c-d. Ir hat ein Paar beweglicher Kontakte e-f. Der Sehalter ist in den Vertikal-Ablenkkreis der Bildröhre 11 eingeschaltet, zu der eine Vertikalablenkspu-Ie 25 gehört. Die "beweglichen Schalterkontakte e—f werden mit dem Verstärker für die Vertikalablenkung des Fernsehgerätes verbunden. Ohne diesen Sehalter ist dieser Verstärker direkt mit der Vertikalablenkspule verbunden.
Die Spule bzw. das Spulenpaar 25 ist mit dem festen Kontaktpaar a-b verbunden. Sie ist auch, und zwar-, über Kreuz, mit dem festen Kontaktpaar c-d verbunden. Dementsprechend ist der Verstärker für die Vertikalablenkung bei Kontakt zwischen den Kontakten e-f und a-b in wie üblicher Weise mit der Ablenkspule 25 verbunden. Wenn jedoch e-f mit c-d in Kontakt sind, sind die Verbindungen vertauscht.
Wenn die Schaltkontakte e-f mit den Kontakten c-d verbunden sind, bewirkt der Schalter, daß das Bildraster invertiert bzw. umgekehrt ist. Dadurch ist das Bild auf der Bildröhre links-rechts vertauscht und invertiert. Durch die Invertierung und. Liriks-Rechts-Vertauschung besteht keine Notwendig-r keit, wie eingangs angegebene bildaufrichtende Elemente in der optischen Zusatzeinrichtung vorzusehen und es wird eine direkte Projektion möglich, wobei das sich ergebende Bild auf dem entfernten Bildschirm richtig wiedergegeben ist.
Wenn der erfindungsgemäße Zusatz von dem Fernsehgerät abgenommen äst, wird der Inverterschalter 24 von Hand zur Kontakt— gäbe mit den Kontakten a-b umgeschaltet, damit eine normale direkte Betrachtung der Bildröhre möglich ist. Mit der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung wird jedoch der Schalter in die
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Kontaktstellung c-d gebracht, um das Bild auf einer entfernten Bildwand zu sehen. In der Praxis kann der Schalter so ausgeführt sein, daß er einen hervorspringenden Betätigungsstift hat, der betätigt wird, indem er mit der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung in Berührung kommt, wenn diese an der vorgesehenen Stelle angebracht ist. Wenn die Zusatzeinrichtung entfernt ist, ist der Stift frei. Auf diese Weise kann eine automatische Schalterbetätigung erreicht werden. Alles was dann noch nötig ist, ist, den Inverterschalter in ein übliches Fernsehgerät einzubauen, wobei die vorhandenen Verbindungsleitungen vom Verstärker für die Vertikalablenkung zu den Vertikalablenkspulen aufgetrennt wird und die wie in Fig* 4 angegebenen Verbindungen hergestellt werden. Dies hat keinen nachteiligen Einfluss auf das Fernsehgerät oder auf die Bildjustierung, weder bei Schwarz-Weiß- oder bei Farbgeräten*
Das beschriebene fünf-Linsen-Objektiv, wie es in fig. 1 gezeigt ist, ist für chromatische und sphärische Aberration, für Koma, bezüglich Reflektion, für Astigmatismus und andere optische Fehler korregiert. Fach dem Gedanken der Erfindung ist es aber auch möglich, ein brauchbares Ergebnis unter sehr geringem Kostenaufwand zu erreichen, und zwar mit einem wie in Fig. 5 gezeigten Drei-Linsen-Objektiv. In diesem Objektiv ist die Linse 26 die zur Beseitigung der Bildfeldwölbung vorgesehene linse und die Linsen 27 und 28 bilden eine Anordnung, die axial verschiebbar ist relativ zu der Linse 26» Durch diese Verschiebung kann ein vergrößertes Bild auf einer entfernten Bildwand fokussiert bzw. scharf eingestellt werden. Die Erfindung umfaßt auch andere Linsenkombinationen, wie z*B, Zwei—Linsen- oder Sechs- oder Sieben-Linsen-Systeme.
Die derzeitige Technologie zur Spritzgußhersteilung von Linsen ist auf eine maximale Linsendicke von 25 mm (1 ") beschränkt» Diese Begrenzung ist durch Streifenbildung und Inhomogenitäten gegeben, die sich im Plastiksiaterial während der Abkühlung ausbilden. Bei einer Dicke über 25 mm kann ßlch das Zentrum
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des geschmolzenen Plastikmaterials nicht so rasch abkühlen wie die äußeren Linsenzonen. Die gegenwärtig bevorzugte Methode zur-Herstellung dicker Linsen, z. B. Ms ca. 60 mm (2 1/2 ") ist das Verfahren des Druckformens oder Druckgießens. Für Linsen, die nicht dicker als 25 mm sind, ist jedoch das Spritzgußverfahren zufriedenstellend.
Um diesen Ifachteil zu überwinden, kann, wie in Fig. 6 gezeigt, ein fester planarer optisch geformter Plastikblock 29 angepaßter Dicke in die Spritzform 50 gebracht werden. Der Block ist darin zentral gehalten. Dieser Block dient als Kern, um den herum das geschmolzene Plastikmaterial in die Form unter hohem Druck eingespritzt wird, um den Kern . zu ummanteln. Der Kern besteht aus demselben Plastikmaterial und wird ein integraler Bestandteil des gespritzten Plastikkörpers, wenn das geschmolzene Plastikmaterial abgekühlt ist und sich verfestigt hat.
Da das geschmolzene Plastikmaterial die äußere Zone der Linse bildet, gibt es keine differentielle Abkühlung des Kernes und der äußeren Zone und Streifenbildungen bzw. Spannungen können sich nicht entwickeln. Anstelle eines Kernstückes kann auch eine feste Aerylplatte als eine Fläche der Form verwendet werden und die geschmolzene Plastik in den Zwischenraum zwischen dieser festen Platte und der Form eingespritzt werden, um die gewünschte Linsenform zu erhalten.
Wegen d?r zur Verfügung stehenden erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung kann ein sehr kompaktes Fernsehgerät verwendet werden, <fes eine relativ kleine Bildröhre hat, mit z. B-. 25 oder 30 cm (10 oder 12 ") Bildschirm. Die Gesamtkosten eines erfindungsgemäßen Systems mit Fernsehgerät können kleiner sein als für ein Fernsehgerät mit großem Bildschirm. - .
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Es ist zu berücksichtigen, daß die Lichtmenge bzw. Helligkeit, die auf der entfernten Bildwand erzeugt wird, nicht nur von der Wirksamkeit des optischen Systems, sondern auch von der Liehtenintensität abhängt, die iron der Bildröhre erzeugt wird. Während gute Geräte angemessene Lichtintensität zum Zwecke der Projektion haben, können auch Fernsehgeräte verwendet werden mit Bildröhren hoher Lichtintensität ( so daß die entfernt liegende Bildwand auch bei relativ hoher Stärke des Umgebungslichtes betrachtet werden kann. In der Praxis kann eine Erhöhung der Bildhelligkeit erreicht werden, indem die Anodenspannung der Bildröhre vergrößert wird. Der Inverterschalter kann daher jSr diesen Zweck auch mit zusätzlichen Kontakten versehen sein, die mit der Vers or gungs spannung der Bildröhre verbunden sind, um eine höhere Anodenspannung dann zu bewirken, wenn der Inverterschalter 24 in die Stellung umgelegt ist, bei der eine Invertierung des Bildes auf dem Bildschirm erfolgt. In der anderen Stellung wird die Röhre mit der normalen Intensität versorgt.
Die Erfindung. kann sowohl für ^ lichtundurchlässige in einer i Entfernung angeordnete Bildwände als auch für lichtdurch- . lässige Betrachtungsschirme verwendet werden. Im letzteren Falle empfiehlt es sich, eine faltbare Anordnung derart vorzusehen, wie sie für Diaprojektoren verwendet v/erden, so daß die Bildwand ausammengelegt werden kann, wenn sie nicht benutzt wird. Es sei auch darauf hingewiesen, daß aluminisierte Bildwände der gegenwärtig verfügbaren Art verwendet werden können, z. B. eine "JSktalite"—¥and, die eine leichte sphärische Krümmung bzw. Wölbung aufweist. Sie lassen sich für das beschriebene optische Projektionssystem verwenden. Mit solchen Bildwänden ist es möglich, bei Tageslicht oder bei hellem TJmgebungslicht das Bild zu betrachten, selbst dann, wenn die Lichthelligkeit des verwendeten .Fernsehgerätes begrenzt ist.
Die beschriebene Ausführungsform bzw. deren Varianten des Beispiels einer erfindungsgemäiSen Vorrichtung für eine wahlweise
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ßirektbetrachtung oder Projektion eines Fernsehbildes nach dem Gedanken der Erfindung kann in "Vielfältiger Weise abgeändert und variiert werden, ohne diesen Erfindungsgedanken· zu verlassen. Zum Beispiel kann eine .erfindungsgeöiäSe Vorrichtung anstelle mit einem Fernsehgerät,das eine gewölbte Bildschirmfläche hat, wozu eine die Bildfeldwölbung einebnende Binse erforderlich ist, mit einer Fernsehbildröhre mit einem flachen Bildschirm verwendet werden. Dies kann in Verbindung mit Schaltkreismoduln erfolgen, die Verzerrungen korregieren,, die aus der Verwendung des flachen Bildschirmes herrühren. Bei einer Rohre mit flachem Bildschirm ist eine die. Bildfeldwölbung beseitigende Linse nicht erforderlich»
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Claims (11)

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    PATEFTA N SPRUCH E
    Konverter bzw. Zusatzvorrichtung zur Umwandlung eines üblichen Fernsehempfängers zu einem Projektionsempfanger, wobei der Empfänger eine Kathodenstrahl-Bildröhre mit Vertikalablenkeinrichtung und einen Vertikalablenkverstärker aufweist zur Versorgung der Ablenkeinrichtung mit Ablenkstrom bzw, -spannung, dadurch gekennzeichnet,daß ein optisches Zusatzgerät vorgesehen ist, das an der Vorderfläche eines Fernsehempfängers (10) anbringbar ist und das die Vorderflache der Bildröhre (11) abdeckt, wobei das Zusatzgerät ein Objektiv (A-E) umfaßt, das im wesentlichen das ganze Bildfeld erfaßt, um ein vergrößertes Bild auf eine entfernt angebrachte Bildwand zu projezieren, wobei die projezierte Bildfläche mehrmals größer ist als die Bildfläche (S1) auf der Bildröhre (1O) und das Objektiv ein invertiertes Bild gibt und daß ein Bild-Inverterschalter (24) vorgesehen ist, der in den Vertikalablenkkreis des Empfängers (10) zwischen der Vertikalablenkeinrichtung (25) und dem Tertikalablenkverstärker eingeschaltet ist, wobei dieser Schalter (24) in einer Stellung die Ablenkspannung bzw. -strom zu der Einrichtung (25) mit der gleichen Polarität zuführt, als wäre der Schalter nicht Vorhanden, um ein normales Bild auf der Bildröhre (11) für Direktbetrachtung zu erzeugen}und wobei der Schalter in einer zweiten Stellung die Polarität der Ablenkspannung bzw. -strom umkehrt, um ein Bild auf der Bildröhre (11) zu erhalten, das auf dem Kopf steht und seitenverkehrt ist und wobei infolge der optischen Umkehrung durch das Objektiv (A-S) das projezierte Bild aufrecht und seitenrichtig ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aluminisierte Bildwand vorgesehen ist, die leicht konkav gewölbt ist, um die Bildhelligkeit bei starker Umgebungsbeleuchtung zu erhöhen.
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    -=2i - ? 3 5 ? 6 5 5
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torderfläche (F) der Bildröhre (11) eine nach außen gewölbte Form hat und daß das Objektiv (A-E) eine die Bildfeldwölbung ,ebnende Linse (E) aufweist, die nahe der Vorderfläche (F) angeordnet ist, so daß die Bildfeldwölbung korregiert ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv einen Linsensatz (A-D) aufweist, der axial verschiebbar ist in Bezug auf die die Bildfeldwöl-
    "bung ebnende Linse (B), wozu die Verschiebung zur Fokussierung bzw. Scharfeinstellung des Bildes auf der Bildwand dient.
  5. 5. . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsensatz (A-J)) eine Ver- bzw. Entzerrungslinse aufweist, um eine Bild:dehnung zu bewirken.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (A-E) aus Linsen besteht, die aus einem Plastikmaterial hergestellt sind, das optische Qualität und Eigenschaften hat.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Linsen derart hergestellt ist, daß um einen festen Kern weiteres Plastikmaterial gespritzt bzw. gegossen ist (Fig. 6).
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektiv (A-E) mit großer Öffnung vorgesehen ist, das ein beträchtliches Bildfeld hat.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (A-E) wenigstens eine flache Fresnel-Linse hat.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverterschalter (24) ein doppelpoliger
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    -22- 7 35 2 6.5
    Umschalter mit zwei Sehaltstellungen ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernsehgerät (10) eine Einrichtung zur Erhöhung der Bildintensität der Bildröhre (11) und weiter eine Einrichtung hat, mit der die Erhöhung der Intensität nur dann in Betrieb gesetzt wird, wenn sich der Schalter (24) in seiner zweiten Stellung befindet.
    Der Patentanwalt
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    *3
    Lee rs e f te
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