DD154401A1

DD154401A1 - Projektionsschirm fuer optische zwecke

Info

Publication number: DD154401A1
Application number: DD80226555A
Authority: DD
Inventors: Ludwig Drechsel; Margarete Lasch
Original assignee: Ludwig Drechsel; Margarete Lasch
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1982-03-17
Also published as: CS876881A1; JPS57124724A; JPS5833538B2; DE3149089A1; BG41967A1; CS248266B1; US4401368A

Abstract

Projektionsschirm fuer optische Zwecke, der hohen Anforderungen in der Wiedergabe sowohl makroskopischer als auch mikroskopischer Bilder im Transmissionsbetrieb gerecht wird. Die Aufgabe besteht darin, einen Projektionsschirm anzugeben, der aus verschiedenen, zueinander beweglichen Streumedien besteht, mit dem ein korn- und flimmer- bzw. scintillationsfreie Wiedergabe projezierter Abbildungen bei gleichzeitiger Verbesserung des Aufloesungsvermoegens und der Transmissionseigenschaften ermoeglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht in einem Projektionsschirm, bei dem zwei feste anorganische oder organische Medien, von denen eines oder beide durch einseitige Aufrauhung der Oberflaeche lichtstreuend sind und eine zwischen diesen Medien befindliche Fluessigkeit mit oder ohne Streuwirkung relativ zueinander beweglich angeordnet sind. Die Erfindung hat vielfaeltige Anwendung im wissenschaftlichen Geraetebau.

Description

Titel der Erfindung: . ·

Projektionsschirm für optische Zwecke

Anwendurigsgebiet der E rfindun g:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Projektionsschirm für optische Zwecke, der hohen Anforderungen in der Wiedergabe sowohl makroskopischer als auch mikroskopischer Bilder im Transmisßionsbetrieb gerecht wird« Die Erfindung hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im wissenschaftlichen Gerätebau« insbesondere bei der hochgenauen Auswertung abbildungsmäßig dargestellter . Informationen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen; Projektionsscbirme bestehen üblicherweise aus flaunenhaften optischen Bauelementen, die durch mechanische Bearbeitung ihrer Oberfläche oder durch geeignete Oberflächenformgebung das hindurchtretende Licht streuen. Auch Projektionsschirme, die durch Einlagerung von Streupartikeln in ihrem gesamten Yolumen lichtstreuend sindy sind bekannt» Für die Leistungsfähigkeit von Projektionsschirmen sind neben dem Streuvermögen außerdem nooh eine hohe Ausbeute an gestreutem Licht, im folgenden mit Transmission bezeichnet, und ein hohes Auflösungsvermögen für feine Abbildungsdetails von großer Bedeutung« Obwohl mit den bekannten Projektionssohirmen diese Forderungen bereits weitgehend realisiert werdenkönnen j besteht ein wesentlicher Mangel darin, daß die projezierten Abbildungen nioht frei von Kornstrukturen und Flimmer™ bsw_a Scintillationserscheinungen sind.

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Der letztere Effekt maoht sich besonders beim längeren subjektiven Betrachten projezierter Abbildungen physiologisch störend bemerkbar und beeinträchtigt außerdem die Erkennbarkeit feiner Abbildungsdetails. Er wird dadurch hervorgerufen, daß das durch die Projektionsschirme hindurchtretende Licht neben der Streuung auch noch eine Breohung und Reflektion an den Oberflächen der streuenden Strukturelemente erfährt«

Um diese Flimmer- bzw» Scintillationserscheinungen, sowie die Kornstrukturen zu vermeiden_s ist eine Projektionsschirm-Anordnung bekannt geworden, die aus zwei im direkten Oberflächenkontakt stehenden oder mit einem geringen Luftzwischenraum zueinander angeordneten Streu-»· medien besteht, die relativ zueinander in Rotation oder Translation langsam bewegt werden (GB-PS 592 815)· Der· Nachteil bei dieser Anordnung besteht darin, daß die Transmission verschlechtert wird. Da sich durch die Bqwegungsvorgänge verursachte Erschütterungen der Gesamt— anordnung nicht vermeiden lassen, wird auch das Auf— lb'sungsvermö'gen herabgesetzt«,

Zur Behebung dieser Mangel gehören Projektionseinrichtungen zum Stand der Technik, bei denen sich durch elektromagnetische Anregung zwei flächenhafte lichtstreuende Medien relativ zueinander in oszillierender, linearer Bewegung befinden (AT-PS 195 666.; US-PS 4.143.943)» Abgesehen vom relativ hohen apperativen Aufwand ist der Hauptmangel dieser Anordnungen darin zu sehen, daß die Flimmer- und Scintillationserscheinungen nicht vollständig vermieden werden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Amplitude der Oszillation bilden sich nämlich Resonanzzustände aus, die zu Zonen in den projezierten Abbildungen führen, in denen die Flimmer- und Scintillationserscheinungen und auch die Eonstrukturen nach wie vor vorhanden sind und ein vermindertes Auflösungsvermögen bestehen bleibt«, Durch die Resonanzzu— stände können auch Vibrationsersoheinungen in den

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Projektionssohirmanordnungen auftreten, die eine Auswertung der Abbildungen beeinträchtigen* Nach dem Stande der Technik ist es auch bekannt, zwei Streuscheibe!! mit unterschiedlichem Streuvermögen einzusetzen, wobei nur die weniger streufähige Scheibe bewegbar ist und die Bewegung mit relativ geringen Geschwindigkeiten bzw* Amplituden ausgeführt wird (DE-OS 1 945 486; DE-OS 2 138 340). Obwohl auf diese V/eise der Flimmer- und Scintillationseffekt weitgehend ausgeschlossen und auch die Resonanz- und Vibrationserscheinungen der Gesamtanordnung vermieden werden, weisen derartige Projektionsschirme unzureichende Transmissionseigenschaften und ein noch zu geringes Auflösungsvermögen auf. Bekannt ist auch eine Projektionsschirm-Anordnung, bei der ein Gemisch aus ' Streupartikeln und Luft hinter einer Streuscheibe hinduroh geblasen werden (US-PS 2 906 169). Abgesehen von dem hohen apparativen Aufwand ist bei dieser Anordnung die Gleichmäßigkeit der optischen Wirkungen über ein größeres Bildfeld im Sinne' der wissenschaftlichen Auswertung von abbildungsmäßig dargestellten Informationen nicht beabsichtigt und auch nicht möglich« Für hohe Auflösungen ist eine derartige Anordnung nicht geeignet. Die Trans— missionseigenschaften sind ungenügend.

Zum bekannten Stand der Technik gehört schließlich ein Durchprojektionssystem, das in seiner Anordnung einer großen Flüssigkristallzelle entspricht (DE-OS 2 138 118)_e Durch Anlegen eines elektrischen Feldes ist es möglich, den Flimmer- bzw. Scintillationseffekt praktisch zu beseitigen und eine kornfreie Abbildung zu erzeugen.

DO Wesentliche Nachteile bestehen jedoch in der begrenzten lebensdauer derartiger Systeme. Außerdem ist ihre Funktionstüchtigkeit stark von der Temperatur abhängig, wodurch ein beträchtlicher apparativer Aufwand notwendig wird» Das mit 20 Linienpaaren pro mm angegebene Auflösungsvermögen ist für mikroskopische Anforderungennicht ausreichende

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Allen bekannten technischen Lösungen ist der Mangel gemeinsam, daß die Flimmer- bzw_e Scintillationseffekte und die Kornstruktur nicht wirksam beseitigt werden können, ohne daß die übrigen wesentlichen optischen Eigenschäften, wie Auflösungsvermögen und Transmission, nachteilig beeinflußt werden«,

Ziel der Erfindung; .

Das Ziel der Erfindung besteht in einem Projektionsschirm für optische Zwecke_? bei dem die Mängel und Nach— teile des Standes der Technik vermieden werden» Insbebesondere soll ein Projektionsschirm geschaffen werden, der die Wiedergabe und Auswertung projezierter Abbildungen in höchster Qualität und detailgetreu gewährleistet: und darüberhinaus auch ein längeres Betrachten problem— los zuläßte

Darlegun_gdeg J{Q_s eng deι r Erf indung;; Aufgabe der Erfindung ist es₅ einen Projektionsschirm für optische Zwecke anzugeben, der aus verschiedenen zueinander beweglichen Streumedien besteht, mit dem eine korn- und flimmer» bzw«, scintillationsfreie Wiedergabe projezierter Abbildungen ermöglicht wird und bei dem gleichzeitig das Auflösungsvermögen und die Transmissionseigenschaften verbessert werden.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung der Ziel- und Aufgabenstellung bestehen darin, daß zwei feste anorganische oder organisohe Medien, von denen eines oder beide durch eine einseitige Oberflächenrauhtiefe von 4,5 um bis 17/im lichtstreuend sind, und eine zwisohen diesen befindliche Flüssigkeit mit oder ohne Streuwirkung relativ zueinander beweglich angeordnetsind, wobei der Abstand zwischen den festen Medien 0,004: bis 0,5 mra_: beträgt und die Brechzahldifferenz zwischen den festen Medien und der Flüssigkeit AnJ⁰ = 0,180 bis 0_?350 beträgt. Zu den Merkmalen der Erfindung gehört es weiterhin, daß zwei feste licht-

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streuende Medien einen Zwischenraum umschließen, der mit einer nicht streuwirksamen Flüssigkeit angefüllt ist, wobei das dem Betrachter abgewandte feste Medium beweglich angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der er— findungsgemäßen Lösung besteht darin, daß ein festes lichtstreuendes Medium auf der dem Betrachter zugewandten Seite und ein zweites festes, nicht streuwirksames Medium, die beide unbeweglich angeordnet sind, einen Zwischenraum umschließen, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die streuende anorganische oder organische Feststoffteilchen der Korngröße von 1 bis 10/Um enthält.

Die bei Projektionsscbirmen gemäß der erfindungsgemäßen Lösung verwendeten fes.ten Medien bestehen aus Glasscheiben. Mit gleichem Erfolg können jedoch auch Scheiben aus organischen Polymeren, wie sie üblicherweise für optische Zwecke Verwendung finden, eingesetzt werden, wie z, Be Polymethaeryl- bzw.-aorylsäuraester, Polyester aus isomeren Phthalsäuren, Polycarbonate, Polydiethylenglykolbis -allylcarbonat u. a. m., sowie deren Copolymere* Zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den festen Medien werden vorteilhafterweise Flüssigkeiten, wie z. B. V/asser, Alkohole_? G-lykolether, Ester, halogenierte Kohlenwasserstoffe und deren Mischungen verwendet:« Um der Flüssigkeit lichtstreuende Eigenschaften zu verleihen, kommen als Feststoffe z. B. hochdisperse Kieselsäure, sowie Pulver aus Polyethylen, Polyvinylalkohol u, ä. zur Anwendung.

Mit den erfindungsgemäßen Projektionsschirmen wird es ermöglicht, daß projezierte Abbildungen mit einem Auflösungsvermögen von mindestens 25 Linienpaaren pro mm und einer Transmission von mindestens 80 % korn-, flimmer— und scinti'llationsfrei wiedergegeben werden können, ohne daß ein Puppillendurchschlag eintritt. Dadurch sind hoch— genaue und detailgetreue Auswertungen der projezierten Abbildungen ohne negative physiologische Begleiterscheinungen auch bei längerer Bildbetrachtung möglich.

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Ausführungsbeispiele; . · Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Äusführungsbeispiele erläuterte In der dazugehörigen Zeichnung veranschaulicht die

Fig» Ί einen Querschnitt durch einen Projektionsschirm aus zwei festen lichtstreuenden Medien, die einen Zwischenraum umschliefen, der mit einer nicht streuwirksamen Flüssigkeit angefüllt ist, wobei das dem Betrachter abgewandte feste Medium beweglich angeordnet ist.

Fig« 2 einen Querschnitt durch einen Projektionsschirm aus einem festen lichtstreuenden Medium auf der dem Betrachter zugewandten Seite und einem zweiten, festen nicht streuwirksamen Medium auf der dem Betrachter abgewandten Saite, wobei

beide: feste Medien unbeweglich angeordnet sind und einen Zwischenraum umschließen, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die streuende Feststoffteilchen enthält.

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Zwei jeweils einseitig auf eine mittlere Oberflächenrauhtiefe von 7,4 um geschliffene Glasscheiben 1 und 2 mit einer Brechzahl nt = 1,728 sind zueinander parallel in der Weise angeordnet, daß die aufgerauhten Oberflächen 3 und 4 einander zugewandt sind und zwischen ihnen ein Zwischenraum 5 von 0,004 mm Breite bleibte Die der Blickrichtung 6 eines Betrachters B'^: zugewandte Glasscheibe 1 ist in einem Rahmen 7 unbeweglich angeordnete Die der Lichteinfallsrichtung 8 zugewandte Glasscheibe 2 ist in einem Rahmen 9 gefaßt, der: mit-einer nicht näher dargestellten Bewegungsvorrichtung 10 verbunden und auf einer Unterlage 11 federnd gelagert, ist. Die beiden Rahmen 7 und 9 sind um die gesamte Projektiorissohirmanordnung herum mit einer elastischen Dichtung 12 nao'h der Art eines Falten-

balges miteinander verbunden. Dadurch ist ein allseitiger Abschluß des Zwischenraumes 5 gewährleistet, der mit einer Flüssigkeit 13 ohne Streuwirkung angefüllt ist, die im vorliegenden Falle aus Etbylenglykolmono-

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etbylether mit einer Brechzahl n-, = 1,408 besteht« Zwischen den Oberflächen 3 und 4 der Glasscheiben 1 und 2 und der Flüssigkeitsfüllung ergibt sich damit eine Brechzahldifferenz von Δ n, = 0,320.

Mit Hilfe der nicht näher dargestellten Bewewegungsvorrichtung 10 wird die dem Lichteinfall· 8 zugewandte Scheibe 2 in eine exzentrische Rotationsbewegung mit einer Amplitude von 10 mm bei einer Gesohwindigkeit von 0,5 bis 2,0 cm · s versetzte. Die faltenbalgartige Dichtung 12 gewährleistet dabei, daß keine Bewegungserschütterungen auf die feststehende Scheibe 1 übertragen werden.

Auf einem derartig aufgebauten und betriebenen Projektionsschirm projezierte Abbildungen sind bei einer Transmission von 86 <fo und einem Auflösungsvermögen von 29 Linienpaaren pro mm korn- und flimmer- bzw_e scintillationsfrei.

Ausführungsbeispiel 2 (Figur 1);

Die Anordnung für den Projektionsschirm ist die gleiche, wie sie im Ausführungsbeispiel 1 gemäß Figur 1 beschrieben wurde. Die beiden Glasscheiben haben eben—

20 falls eine Brechzahl n^ = 1,728, sind jedoch jeweils einseitig auf eine mittlere Oberflächenrauhtiefe von 4,9 um geschliffen worden. Als Flüssigkeit zwischen den Scheiben kommt n-Propanol mit einem Brechwert von on

n^ = 1,385 und einer Schichtdicke von 0,02 mm zur Anwendung, so daß sich eine Brechzahldifferenz zwischen den Glas oberflächen und dem n-Propanol von Δ n^ =0,343 ergibt. Mit Hilfe der ebenfalls im Beispiel 1 beschriebenen Bewegungsverhältnisse ist es möglich, korn- und flimmer™ bzw* scintillationsfreie Bilder bei einer Transmission von 87 % und einem Auflösungsvermögen von

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33 Linienpaaren pro mm zu projezieren.

Ausführungsbeispiel 3 (Figur 1):

In der gleichen Weise, wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben und wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine Pro- -jektionsschirmanordnung aufgebaut und betrieben, wobei die beiden Scheiben aus Polycarbonat mit einer Brech-

20 zahl von n^ =- 1,585 bestehenj die jeweils einseitig eine Oberflächenrauhtiefe von 7,4 um aufweisen. Sie sind im Abstand von 0,05 mm zueinander angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen ihnen mit Wasser (n^ = 1,335) angefüllt ist. Es ergibt sich eine Brechzahldifferenz zwischen den Polycarbonatscheiben und dem V/asser von &n^° = 0,250.

Die .mit Hilfe dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Projektionsschirms projezierten Bilder sind korn- und flimmer- bzw. scintillationsfrei bei einer Transmission von 85 $> und einem Auflösungsvermögen von 27 Linienpaaren pro mm.

Ausführungsbeispiel 4 (Figur 2)? Eine einseitig auf eine mittlere Oberflächenrauhtiefe von 16,8 um geschliffene und daduroh streuende Glas—

20 scheibe 21 mit einer Brechzahl nt = 1,522 und eine zweite, beiderseitig glatte, nichtstreuende Glasscheibe 22 mit der gleichen Brechzahl werden zueinander parallel und unbeweglich in der Weise angeordnet, daß zwischen beiden ein Zwischenraum 23 von 0,5 mm Breite bleibt. Dabei ist die streuende Glasscheibe 21 auf der der Blickrichtung 24. eines Betrachters B^;zugewandten Seite angeordnet, während die beiderseitig glatte, nichtstreuende Glasscheibe 22 der Liehteinfausrichtung 25 zugewandt ist. Der Zwischenraum 23 wird in Fließrichtung 27 von einer Flüssigkeit 26 durchflossen, die im vorliegenden Falle aus Wasser besteht, das.als" streuende Feststoffteilchen 28 0,8 Masse-$ flammen—

3^ hydrolytisch hergestelltes hochdisperses Siliciumdioxid¹ mit, einer Sekundärteilohengröße von 1 bis 7/im

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enthält. Dabei ist die Glasscheibe 21 so angeordnet, daß ihre aufgerauhte, streuende Oberfläche 29 den Zwischenraum 23 begrenzt und in unmittelbarem Kontakt mit der durch diesen hindurchfließenden Flüssigkeit 26 und den darin suspendierten Feststoffteilchen 28 steht. Der Projektionsschirm ist mit Hilfe von Dichtungsmaterial 30 in einem Rahmen 31 gefaßt, der mit Zu- und Abflußstutzen 32 für die streuwirksame Suspension 26/28 versehen ist.

Im vorliegenden Falle ergibt sich zwischen den Oberflächen der Glasscheiben 21 und 22 und dem als Flüssigkeit 26- dienenden Wasser eine Breobzahldifferenz von on

AnJ = 0,187. Der Flüssigkeitsumlauf wird mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe realisiert mit einer Pumpenleistung von 30 L/Std« -

. Auf diesem Projektionsschirm projezierte Abbildungen werden korn- und flimmer— bzw_e scintillationsfrei mit einer Transmission von 82 % und einem Auflösungsvermögen von 33 Linienpaaren pro mm wiedergegeben,

J? (Figur 2) :

Die Anordnung für den Projektionsschirm ist die gleiche _s wie sie im Ausführungsbeispiel 4 gemäß Figur 2 beschrieben wurde. Die Glasscheiben, von denen die dem Betrachter zugewandte Scheibe auf ihrer Innenseite auf eine mittlere Raubtiefe von 7,4/im geschliffen wurde, haben eine Brechzahl nj = 1,728. Als umlaufende Flüssigkeit kommen 98,4 Masse-$> Ethylenglykolmonoethylester

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mit einer Brechzahl n^ =1,408 zur Anwendung, worin 1,6 Masse-$ Polyethylenpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 8 Aim dispergiert sind. Es resultiert; eine Brechzahldifferenz zwischen den Glas oberflächen und der Flüssigkeit von An^⁰ = 0,320. Die Dicke der Flüssigkeitsschicht beträgt wie im Beispiel 4 0,5 mm. Der Flüssigkeitsumlauf wird gleichfalls durch eine Pumpe mit einer Pumpenleistung von 30 1/Std.. realisiert.

Die projezierten Abbi3,dungen sind korn- und flim— mer- bzw, oointillationsfrei mit einer Transmission von

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82 # bei einem Auflösungsvermögen von 30 Linienpaaren: pro ram:.

Ausführungsbeispiel 6 (Figur 2):

Wie im Beispiel 4 gemäß Fig* 2 beschrieben, v/erden 2 20 Glasscheiben mit einer Brechzahl n_d = 1,624 im Abstand von 0,5 mm voneinander angeordnet, wobei die dem Betrachter zugewandte Scheibe auf ihrer Innenseite auf eine mittlere Rauhtiefe von 9,4/um geschliffen wurde. Die umlaufende Flüssigkeit besteht aus 98,7 Mas-se-$ einer Mischung von Tetrachlorkohlenstoff mit Ethyl— acetat im Volumenverhältnis von 4:1 mit einer Erech—

on

zahl von n^ = 1,392, in der 1,3 Masse-4 Polyvinylälkoholpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 nm dispergiert sind«, Im vorliegenden Falle beträgt die Brechzahldifferenz zwischen den Glas oberflächen und der Flüssigkeit An^⁰ = 0,232_e Der Flüssigkeitsumlauf wird auch in diesem Falle durch eine Pumpe mit einer Leistung von 30 1/Std. realisierte

Auf diesem Projektionsschirm wiedergegeben« Abbildungen sind korn- und f!immer- bzw„ scintillationsfrei bei einer Transmission von 80 % und einem Auflösungsvermögen von 30 Linienpaaren pro mm.

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Claims

Erfindungsanspruch;

1. Projektionsschirm für optische. Zwecke mit verschiedenen, zueinander beweglichen Streumedien, dadurch gekennzeichnet;, daß zwei feste: anorganische oder organiscbe Medien, von denen eines oder beide durch eine "einseitige Oberflächenrauhtiefe von 4,5 yum bis 17 Aim lichtstreuend sind, und eine zwischen diesen befindliche Flüssigkeit mit oder ohne Streuwirkung relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei der Abstand zwi— 10. sehen den festen Medien 0,004 bis 0,5 mm beträgt und die Brechzahldifferenz zwischen den festen Medien und der/Flüssigkeit An^ = 0,180 bis 0,350 beträgt;.

2. Projektionsschirm nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei feste, lichtstreuende Medien einen Zwischenraum umschließen, der mit einer nicht streuwirksamen Flüssigkeit angefüllt ist, wobei das dem Betrachter abgewandte feste Medium beweglich angeordnet ist.

3* Projektionsschirm nach Punkt 1, dadurch ge— kennzeichnet, daß ein festes, lichtstreuendes Medium auf der dem Betrachter zugewandten Seite und ein zweites festes, nicht streuwirksames Medium, die beide unbeweglich angeordnet sind, einen Zwischenraum umschließen, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die streuende anorganische oder organische Feststoffteilchen der Korngröße von 1 bis 10/um enthält.

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