DE69523300T2

DE69523300T2 - Bauelement zur strahlzusammenführung und eine dieses enthaltende farbbildprojektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69523300T2
Application number: DE69523300T
Authority: DE
Inventors: Johannes Wortel
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-05-03
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2015-05-04
Also published as: EP0758460A1; CN1150484A; WO1995030922A1; TW310359B; JPH09512924A; DE69523300D1; EP0758460B1; US5562334A; CN1089447C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauelement zur Zusammenführung von mindestens zwei Teilstrahlenbündeln unterschiedlicher Farbe zu einem Farbstrahlenbündel, wobei dieses Bauelement mindestens einen farbselektiven Reflektor enthält, der auf einem transparenten, plattenförmigen Substrat angeordnet ist, und weiterhin mit mindestens einem Korrekturelement versehen ist, das im Pfad eines Teilstrahlenbündels angeordnet ist, welches das Substrat durchquert hat, um den durch dieses Substrat in das betreffende Teilstrahlenbündel induzierten Astigmatismus zu kompensieren.
Ein derartiges Bauelement kann zum Beispiel in einer Farbbildprojektionsvorrichtung verwendet werden, um drei Teilstrahlenbündel, die von drei primären Bildquellen emittiert werden, welche drei monochromatische Bilder jeweils in einer unterschiedlichen Farbe von ein und derselben Szene erzeugen, zu einem einzelnen Farbstrahlenbündel zusammenzuführen, das einem Projektionslinsensystem zugeführt wird. Auf diese Weise können die drei monochromatischen Bilder als ein Bild auf einen Projektionsschirm projiziert werden.
Ein Bauelement zum Zusammenführen von drei Teilstrahlenbündeln unterschiedlicher Farbe, die durch drei Flüssigkristall-Bildanzeigefelder, im folgenden als LCD- Felder bezeichnet, emittiert werden, ist unter anderem in der US-amerikanischen Patentschrift 5.046.837 beschrieben. Dieses Bauelement umfasst zwei farbselektive Reflektoren in Form von dichroitischen Spiegeln, die jeweils auf einem Glassubstrat angeordnet sind. Eines der Teilstrahlenbündel, zum Beispiel das grüne Strahlenbündel, wird durch die beiden Spiegel reflektiert, während die beiden anderen Teilstrahlenbündel, das rote und das blaue Strahlenbündel, einmal durch einen dichroitischen Speigel reflektiert werden und das Substrat eines Spiegels einmal durchqueren. Da diese Spiegel schräg in den drei Strahlenbündeln angeordnet sind, zum Beispiel in einem Winkel von 45º zur Achse der Teilstrahlenbündel, und die Teilstrahlenbündel im Bereich der Spiegel konvergierend sind, wird ein Teilstrahlenbündel, das das Substrat eines Spiegels durchquert, astigmatisch werden, was bedeutet, dass dieses Strahlenbündel in zwei senkrecht zueinander stehenden und die Strahlenbündelachse enthaltenden Ebenen unterschiedliche Konvergenzen hat. Hierdurch wird das Strahlenbündel nicht in beiden Ebenen scharf auf den Projektionsschirm fokussiert werden können, so dass das projizierte Bild eine Aberration aufweist. Da die Spiegel in einem bildgebenden optischen System angeordnet sind, sollten sie in hohem Maße plan sein, was nur erreicht werden kann, wenn relativ dicke Substrate verwendet werden, so dass der genannte Astigmatismus relativ groß ist. Dieser Astigmatismus tritt nur in zwei der drei Teilstrahlenbündel auf. Daher kann die Verzerrung in dem projizierten Farbbild nicht durch ein einzelnes Korrekturelement im Pfad des kombinierten Strahlenbündels korrigiert werden.
In der Patentschrift (JP-A) 3-170925 wird vorgeschlagen, die Aberration durch die Anordnung eines zylindrischen Linse auf jedem der Spiegelsubstrate gegenüber der dichroitischen Schicht zu eliminieren. Bekanntlich führt eine zylindrische Linse Astigmatismus in ein Strahlenbündel ein. Durch eine geeignete Wahl der Stärke und Position der zylindrischen Linse kann der hierdurch verursachte Astigmatismus den durch ein schräges Hindurchtreten eines Strahlenbündels durch eine Platte verursachten Astimgatismus kompensieren. Mit einer derartigen zylindrischen Linse kann jedoch nur der Astigmatismus und keine andere Aberration, die beim Durchqueren einer Platte entsteht, unter anderem Koma, korrigiert werden.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Korrekturelement zu schaffen, mit dem eine vollständige Korrektur der Strahlenbündelaberrationen erreicht werden kann, und gleichzeitig weitere Möglichkeiten zur Verwendung eines derartigen Korrekturelementes zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Bauelement ist in Anspruch 1 definiert.
Das erste Teilelement hat eine derartig abgestimmte Stärke und Position, dass der Abstand zwischen den astigmatischen Fokuslinien, die beim Durchqueren dieses Elementes entstehen, von gleicher Größe ist, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, wie der Abstand zwischen den astigmatischen Fokuslinien, die beim Durchqueren des Substrats des Reflektors entstehen. Mit dem zweiten Teilelement wird die Koma korrigiert, die beim Durchqueren des Reflektorsubstrats entsteht.
Das erste und das zweite Teilelement können separate Elemente sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Bauelements ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement in einem Element integriert sind.
Dadurch werden eventuelle falsche Reflexionen auf ein Minimum begrenzt, und außerdem werden sowohl die Herstellung des Korrekturelementes als auch die Montage des Bauelements vereinfacht.
Hinsichtlich der jeweiligen Platzierung der Teilelemente in dem integrierten Element gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Eine erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement auf einander gegenüberliegenden Seiten des integrierten Elementes angeordnet sind.
Eine zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement auf ein und derselben Oberfläche des integrierten Elementes übereinanderliegen.
Auch hinsichtlich der Positionierung der Teilelemente in Bezug auf das Substrat, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Eine erste Möglichkeit ist in einer Ausführungsform realisiert, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Teilelement näher bei dem Substrat, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, angeordnet ist als das zweite Teilelement.
Eine zweite Möglichkeit ist in einer Ausführungsform realisiert, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Teilelement näher bei dem Substrat, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, angeordnet ist als das erste Teilelement.
In der Ausführungsform, bei der das erste und das zweite Teilelement auf ein und derselben Oberfläche des integrierten Elementes integriert sind, kann diese Oberfläche entweder dem Substrat, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, zugewandt sein oder von diesem Substrat abgewandt sein.
Eine spezielle Ausführungsform des Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement eine zylindrische Linse ist und das zweite Teilelement ein optischer Keil ist.
Diese Ausführungsform kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zylinderoberfläche vom Reflektorsubstrat aus gesehen, für welches die Korrektur vorzunehmen ist, konvex ist, und dass die Zylinderachse senkrecht zu einer Ebene durch eine optische Achse des Bauelements verläuft und der Reflektor in dieser Ebene einen spitzen Winkel mit der optischen Achse bildet.
Alternativ kann diese Ausführungsform weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zylinderoberfläche vom Reflektorsubstrat aus gesehen, für welches die Korrektur vorzunehmen ist, konkav ist, und dass die Zylinderachse parallel zu der Ebene durch eine optische Achse des Bauelements verläuft und der Reflektor in dieser Ebene einen spitzen Winkel mit der optischen Achse bildet.
In einem Bauelement, in dem zwei Teilstrahlenbündel zusammengeführt werden müssen und das nur einen einzelnen farbselektiven Reflektor umfasst, ist das Korrekturelement in dem Pfad eines Teilstrahlenbündels angeordnet, das ein Reflektorsubstrat durchquert hat.
In einem Bauelement, in dem drei Teilstrahlenbündel zusammengeführt werden müssen und das zwei farbselektive Reflektoren umfasst, kann in jedem der drei Teilstrahlenbündel, die ein Substrat durchqueren, erfindungsgemäß ein separates Korrekturelement angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein derartiges Bauelement jedoch dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilstrahlenbündel die gleiche Substratdicke durchqueren und dass ein einzelnes Korrekturelement im Pfad des kombinierten Strahlenbündels angeordnet ist.
Es ist anzumerken, dass in der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung (JP-A) 5-27343 vorgeschlagen wird, den Astigmatismus in den drei Teilstrahlenbündeln in einem Farbfernsehprojektionsapparat gleich zu machen, indem jedem der dichroitischen Spiegel ein zusätzliches Substrat mit der gleichen Dicke wie das ursprüngliche Substrat hinzugefügt wird, so dass jedes der Teilstrahlenbündel auf seinem Weg vom LCD-Feld zum Projektionslinsensystem zweimal ein Substrat durchquert. In (JP-A) 5.27343 wird angemerkt, dass der jetzt gleiche Astigmatismus der Teilstrahlenbündel durch das Projektionslinsensystem korrigiert werden kann, so dass dieses System angepasst werden muss. Der Astigmatismus ist nun jedoch zweimal so groß wie der Astigmatismus in einem Bauelement, in dem keine zusätzlichen Substrate zu den dichroitischen Spiegeln hinzugefügt wurden, wodurch die erforderliche Korrektur schwieriger zu realisieren ist.
Eine erste Ausführungsform des Bauelements mit zwei farbselektiven Reflektoren, in dem die Aberrationen mit einem einzelnen Korrekturelement korrigiert werden können, ist dadurch gekennzeichnet, dass im Pfad von nur demjenigen Teilstrahlenbündel, welches kein Reflektorsubstrat durchquert, eine transparente Platte mit dem gleichen Produkt von Brechungsindex und Dicke wie dem des Reflektorsubstrats angeordnet ist.
Eine zweite Ausführungsform dieses Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, dass der farbselektive Reflektor, der ein Teilstrahlenbündel durchlässt und ein anderes Teilstrahlenbündel reflektiert, zwischen zwei Substratplatten angebracht ist, die jeweils ein Produkt von Dicke und Brechungsindex haben, welches die Hälfte von dem der Substratplatte des anderen farbselektiven Reflektors beträgt.
In dieser Ausführungsform werden nicht mehr Aberrationen zu den Teilstrahlenbündeln hinzugefügt als unbedingt erforderlich sind, um die Aberrationen der drei Teilstrahlenbündel gleich zu machen, so dass sich diese Aberrationen auf einfache Weise korrigieren lassen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Farbbildprojektionsvorrichtung mit drei primären Bildquellen zur Lieferung von drei Bildern unterschiedlicher Farbe von ein und derselben Szene, einer Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung zum Zusammenführen der drei durch die Bildquellen emittierten Teilstrahlenbündel zu einem einzigen Farbstrahlenbündel, und einem Projektionslinsensystem zum Projizieren dieses Strahlenbündels auf einen Projektionsschirm. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung wie oben beschrieben ausgeführt ist.
Der Ausdruck "Szene" hat hier eine breite Bedeutung und umfasst ein Fernsehbild, graphische Informationen, numerische Informationen oder eine Kombination hiervon. Bei den primären Bildquellen kann es sich um Flüssigkristall-Anzeigefelder, um Bildanzeigefelder, deren Funktion auf Dispersion beruht, zum Beispiel PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal), um Felder mit einer Matrix aus kleinen Spiegeln, als DMDs (Digital Mirror Devices) bezeichnet, oder um Kathodenstrahlröhren handeln.
Diese und andere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Farbbildprojektionsvorrichtung, in der die Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 2 eine bekannte Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung zur Verwendung in dieser Vorrichtung;
die Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 Ausführungsformen eines zusammengestellten erfindungsgemäßen Korrekturelementes zur Verwendung in dieser Vorrichtung;
die Fig. 9, 10 und 11 Teile der Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Farbbildprojektionsvorrichtung mit transmissiven Bildanzeigefeldern und
Fig. 12 einen Teil einer erfindungsgemäßen Farbbildprojektionsvorrichtung mit reflektierenden Bildanzeigefeldern.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Farbprojektionsfernsehgerätes schematisch dargestellt. Dieses Gerät umfasst drei Hauptbereiche: das Beleuchtungssystem A, das Bildanzeigesystem B und ein Projektionslinsensystem, zum Beispiel eine Zoomlinse C. Die Hauptachse 00' des Beleuchtungssystem liegt in der Verlängerung der optischen Achse DD', die in der dargestellten Ausführungsform zur Farbprojektion zunächst in drei Teilachsen unterteilt wird, welche später wieder zu einer einzelnen optischen Achse zusammengefügt werden, die sich mit der optischen Achse EE' des Projektionslinsensystems deckt.
Das vom Beleuchtungssystem A stammende Strahlenbündel fällt auf einen farbselektiven Reflektor 1, zum Beispiel einen dichroitischen Spiegel, der zum Beispiel die blauen Farbkomponenten bB reflektiert und das restliche Strahlenbündel durchlässt. Dieser Strahlenbündelteil erreicht einen zweiten farbselektiven Reflektor 2, der die grüne Farbkomponente bG reflektiert und die verbleibende rote Farbkomponente bR zu einem Reflektor 3 durchlässt, der das rote Strahlenbündel zum Projektionslinsensystem reflektiert. Bei dem Reflektor 3 kann es sich um einen neutralen Reflektor handeln oder um einen Reflektor, der für rotes Licht optimiert ist. Das blaue Strahlenbündel wird durch einen neutralen oder blau-selektiven Reflektor 4 zu einem Anzeigefeld 7 in Form eines Flüssigkristallfeldes reflektiert. Dieses Feld wird auf bekannte Weise elektronisch angesteuert, so dass die blaue Komponente des zu projizierenden Bildes auf diesem Feld erscheint. Das mit der blauen Information modulierte Strahlenbündel erreicht das Projektionslinsensystem C über einen farbselektiven Reflektor 5, der das blaue Strahlenbündel durchlässt und das grüne Strahlenbündel reflektiert, und einen weiteren farbselektiven Reflektor 6, der das blaue Strahlenbündel reflektiert. Das grüne Strahlenbündel bG durchquert ein zweites Anzeigefeld 8, wo es mit der grünen Bildkomponente moduliert wird, und wird dann nacheinander durch die farbselektiven Reflektoren 5 und 6 zum Projektionslinsensystem C reflektiert. Das rote Strahlenbündel bR durchquert ein drittes Anzeigefeld 9, wo es mit der roten Bildkomponente moduliert wird, und erreicht anschließend das Projektionslinsensystem über den farbselektiven Reflektor 6.
Am Eingang dieses Linsensystems sind das blaue, das rote und das grüne Strahlenbündel überlagert, so dass ein Farbbild entsteht, dass durch dieses System vergrößert auf einem in Fig. 1 nicht dargestellten Projektionsschirm abgebildet wird.
Die Länge der optischen Pfade zwischen dem Ausgang des Beleuchtungssystems A und jedem der Anzeigefelder 7, 8 und 9 ist vorzugsweise gleich, so dass der Querschnitt der Strahlenbündel bB, bG und bR im Bereich ihrer Anzeigefelder gleich ist. Auch die Länge der optischen Pfade zwischen den Anzeigefeldern 7, 8 und 9 und der Eintrittsapertur des Projektionslinsensystems ist vorzugsweise gleich, so dass sich die verschiedenfarbigen Szenen auf dem Projektionsschirm gut überlagern.
Vor den Anzeigefeldern 7, 8 und 9 können weitere Linsen 10, 11 und 12 angeordnet werden, die dafür sorgen, dass alle Strahlung von der Austrittsfläche des Beleuchtungssystems in der Eintrittspupille des Projektionslinsensystems L konzentriert wird.
In Fig. 2 ist eine herkömmliche Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung im Detail dargestellt. Die farbselektiven Reflektoren 5 und 6 umfassen eine reflektierende Schicht 21 bzw. 23, die auf einem durchsichtigen, zum Beispiel gläsernen Substrat 20 bzw. 22 aufgebracht ist. Das grüne Teilstrahlenbündel bG vom Anzeigefeld 8 wird auf seinem Weg zum Projektionslinsensystem C durch die reflektierende Schicht 21 und die reflektierende Schicht 23 reflektiert, ohne eines der Substrate 20 und 22 zu durchqueren. Das rote und das blaue Teilstrahlenbündel bR und bB durchqueren jeweils einmal ein Substrat 22 bzw. 20, so dass in diese Teilstrahlenbündel Astigmatismus eingeführt wird. Dieser Astigmatismus kann korrigiert werden, indem man in dem Pfad der Teilstrahlenbündel bB bzw. bR eine zylindrische Linse 25 bzw. 26 anordnet. Die zylindrischen Achsen dieser Linsen stehen senkrecht auf der Ebene der Zeichnung in Fig. 2. Durch geeignete Wahl der Stärke und Position der Linse 25 bzw. 26 kann der Astigmatismus, der durch diese Linsen in die Strahlenbündel bB bzw. bR eingeführt wird, dem Astigmatismus, der durch das Substrat 20 bzw. 22 in das Teilstrahlenbündel bB bzw. bR eingeführt, gleich gemacht werden, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen.
Mit einer derartigen zylindrischen Linse kann jedoch nur Astigmatismus korrigiert werden und keine anderen Aberrationen, die auch beim Durchqueren eines schräg platzierten Substrats entstehen können. Insbesondere Koma in den bildgebenden Teilstrahlenbündeln kann die Qualität des projizierten Bildes beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Korrekturelement, mit dem außer Astigmatismus auch andere Aberrationen korrigiert werden können. Eine Ausführungsform dieses Elementes ist in Fig. 3 dargestellt. Zur Orientierung sind in dieser Figur auch das Substrat, das den zu korrigierenden Astigmatismus verursacht, und ein Koordinatensystem XYZ dargestellt. In der XY-Ebene bildet das Substrat einen spitzen Winkel von zum Beispiel 45º zu der Achse 00' des Teilstrahlenbündels, welches dieses Substrat durchquert. Diese optische Achse verläuft in y-Richtung. Das Korrekturelement 30 besteht aus einem zylindrischen Element 31 und einem Keil 35. Die zylindrische Achse der Linse verläuft parallel zur z-Richtung, und die konvexe Zylinderoberfläche ist dem Substrat zugewandt. Die flache Rückseite der Linse ist senkrecht zur optischen Achse. Die Vorderseite 37 des Keils 35 ist senkrecht zur optischen Achse, während die Rückseite in der xy-Ebene gesehen einen spitzen Winkel mit dieser Achse bildet. Anstelle einer flachen rückseitigen Oberfläche kann die zylindrische Linse alternativ auch eine gekrümmte rückseitige Oberfläche haben.
Wie in Fig. 4 dargestellt, können die Positionen von Zylinderlinse 31 und Keil 35 ausgetauscht werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, in der die Zylinderlinse eine konkave oder negative Linse 39 ist, deren zylindrische Oberfläche wiederum dem Substrat zugewandt ist. Die Zylinderachse verläuft jetzt jedoch parallel zur x-Richtung. Der Keil hat die gleiche Ausrichtung wie in den Fig. 3 und 4. Zur Korrektur von sogenannten Off-axis- Aberrationen, das heißt von Aberrationen, die in Strahlenbündelteilen entstehen, welche sich in einiger einer Entfernung von der Achse befinden, kann der Keil um die optische Achse 00' gedreht werden.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Korrekturelements. Die Zylinderlinse und der Keil sind jetzt zu einer keilförmigen Zylinderlinse 45 mit einer zylindrischen Vorderseite 46 und einer schrägen Rückseite 47 integriert. Die zylindrische Oberfläche kann nicht nur konvex sein, sondern auch wieder konkav, wie in Fig. 5 dargestellt. Außerdem können in Analogie zu Fig. 4 die Positionen der zylindrischen Oberfläche 46 und der schrägen Oberfläche 47 vertauscht werden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines integrierten Korrekturelementes, in dem die zylindrische Oberfläche 46 über der schrägen Oberfläche 36 des Keils liegt. Diese Überlagerung kann nicht nur an den Vorderseiten, wie in Fig. 7 dargestellt, sondern auch auf der Rückseite erfolgen.
Fig. 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Korrekturelement 45', das aus einer sphärischen Linse 50 und einem Keil 51 besteht. Die Linse ist schräg in Bezug auf die optische Achse 00' angeordnet und kann erneut zur Korrektur des Astigmatismus benutzt werden. Mit dem Keil und der sphärischen Linse zusammen können wieder sowohl Astigmatismus als auch Koma korrigiert werden, und durch Veränderung der Ausrichtung zum Beispiel des Keils können wieder sogenannte Off-axis-Aberrationen korrigiert werden. Die Linse 50 und der Keil 51 können auch in einem einzelnen Element integriert werden, wobei die sphärische Oberfläche und die schräge Keiloberfläche zwei einander gegenüberliegende Oberflächen des Korrekturelementes bilden oder eine überlagerte Oberfläche auf einer Seite des integriertes Elementes.
In den bisher beschriebenen Kombinationen kann der Keil durch eine planparallele Platte ersetzt werden, die in Bezug auf die optische Achse schräg in einer Ausrichtung angeordnet ist, die derjenigen des Substrats, für das eine Korrektur durchgeführt werden muss, entgegengesetzt ist. Der Keil kann auch durch ein Prisma ersetzt werden, das die gleiche optische Funktion hat.
Analog zu der Vorrichtung aus Fig. 2 kann das neue Korrekturelement benutzt werden, um die Teilstrahlenbündel bB und bR, die ein Substrat durchqueren, einzeln zu korrigieren, wie in Fig. 9 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind in den Pfaden der Teilstrahlenbündel bB und bR beispielsweise keilförmige Zylinderlinsen 45a und 45b angeordnet, die mit Element 45 aus Fig. 6 identisch sind.
Fig. 10 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Strahlenbündel- Rekombinationsvorrichtung, in der nur ein einzelnes Korrekturelement benutzt wird. Dies ist möglich, weil die Aberrationen in den drei Teilstrahlenbündeln gleich gemacht wurden. Zu diesem Zweck wurde die farbselektive Schicht 21 auf ein Substrat 60 aufgebracht, das halb so dick ist wie das Substrat 22 von Element 6. Über der Schicht 21 befindet sich ein zweites Substrat, oder eine Platte 61 mit der gleichen Dicke wie das Substrat 60. Das grüne Teilstrahlenbündel bG durchquert auf seinem Weg vom Anzeigefeld 8 das Substrat 61, wird anschließend durch die Schicht 21 reflektiert, durchquert dann das Substrat 61 zum zweiten Mal und wird anschließend durch die Schicht 23 zum Projektionslinsensystem C reflektiert. Das blaue Teilstrahlenbündel bB durchquerst zuerst das Substrat 60 und anschließend das Substrat 61 und wird dann durch die Schicht 23 reflektiert. Infolgedessen durchqueren die Teilstrahlenbündel bG und bB zweimal ein Substrat, das halb so dick ist wie Substrat 22, das von dem roten Teilstrahlenbündel bR durchquert wird, so dass alle Teilstrahlenbündel effektiv Substrate von gleicher Dicke und im gleichen Winkel durchqueren. In diese Teilstrahlenbündel werden dieselben Aberrationen eingeführt, und diese Aberrationen entsprechen denen in den Strahlenbündeln bR und bG in der Vorrichtung gemäß Fig. 2. Da die Aberrationen in den drei Teilstrahlenbündeln gleich sind, können sie durch ein einzelnes Element korrigiert werden, zum Beispiel durch die keilförmige zylindrische Linse 45c im Pfad des kombinierten Strahlenbündels bc. Die Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung mit dem Korrekturelement 45c bildet eine selbst-korrigierende Vorrichtung, so dass sie in einen Apparat eingesetzt werden kann, ohne dass weitere optische Systeme dieses Apparates angepasst werden müssen.
Fig. 11 zeigt eine zweite Möglichkeit, um die Aberrationen der drei Teilstrahlenbündel gleich zu machen, und diese Möglichkeit kann angewendet werden, wenn genügend Platz zwischen dem Anzeigefeld 8 und dem farbselektiven Reflektor 5 vorhanden ist. Dann kann in dem Pfad von nur dem grünen Teilstrahlenbündel eine planparallele Platte 65 in dem gleichen Winkel und mit dem gleichen Brechungsindex und der gleichen Dicke wie bei den Substraten 20 und 22 der Reflektoren 5 und 6 angeordnet werden. Im Vergleich zu der Ausführungsform aus Fig. 10 hat die Ausführungsform aus Fig. 11 den Vorteil, dass weniger falsche Reflexionen auftreten können, weil es weniger Übergänge zwischen Platte oder Substratmaterial und dem umgebenden Medium gibt.
In den Ausführungsformen aus Fig. 10, 11 und 12 brauchen nicht die Dicke selbst und der Brechungsindex selbst der Platten 60, 61 und 65 gleich den Parametern der Substrate 20 und 22 zu sein oder die Hälfte dieser Parameter zu betragen, sondern es reicht aus, wenn das Produkt von Dicke und Brechungsindex der Platten dem Produkt für die Substrate oder der Hälfte dieses Produkts entspricht.
Die Erfindung kann auch in einem Bildprojektionsapparat verwendet werden, in dem drei Kathodenstrahlröhren zur Lieferung des roten, des grünen und des blauen Bildes benutzt werden. Ein derartiger Apparat gleicht der Vorrichtung aus den Fig. 10 und 11, wobei dann jedoch die Anzeigefelder 7, 8 und 9 durch Kathodenstrahlröhren ersetzt sind. In diesem Apparat fehlen das Beleuchtungssystem A und die Reflektoren 1, 2, 3 und 4 aus Fig. 1.
Die Erfindung kann ferner auch in einem Bildprojektionsapparat verwendet werden, in dem reflektierende Bildanzeigefelder benutzt werden, zum Beispiel LCD-Felder mit einem Reflektor oder Feldern, die eine Matrix aus kippbaren kleinen Spiegeln enthalten, welche einzeln angesteuert werden können. Die letztgenannten Felder, die unter der Bezeichnung DMD (Digital Mirror Device) bekannt sind, sind unter anderem in der US- amerikanischen Patentschrift 4.615.595 beschrieben.
Fig. 12 zeigt das Diagramm einer Ausführungsform dieses Apparates, in dem die Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung gleichzeitig als Strahlenteiler- Vorrichtung benutzt wird. Nach der vorangegangenen Beschreibung braucht diese Vorrichtung nicht weiter erläutert zu werden. Um zu erreichen, dass die durch die Felder 70, 71 und 72 reflektierten Teilstrahlenbündel räumlich von den auf diese Felder auftreffenden Teilstrahlenbündeln getrennt werden, kann zum Beispiel dafür gesorgt werden, dass der Einfallswinkel der letztgenannten Teilstrahlenbündel größer als Null Grad ist. Um die Abmessungen des Projektionsapparates zu begrenzen, wird vorzugsweise ein strahlenbündelaufteilendes Element 75 benutzt, das das Strahlenbündel bi vom Beleuchtungssystem A zu den Feldern reflektiert und das kombinierte Strahlenbündel bc zum Projektionslinsensystem C durchlässt. Um den Lichtverlust zu minimieren, wird das Element 75 vorzugsweise als ein sogenanntes TIR-Element (Total Internal Reflection) ausgeführt, wie in der US- amerikanischen Patentschrift 4.969.730 beschrieben.
Wie bereits erwähnt, können die farbselektiven Elemente 5 und 6 durch dichroitische Spiegel gebildet werden. In diesem Fall bestehen die Schichten 21 und 23 in den Fig. 10, 11 und 12 aus mehreren Teilschichten mit bestimmten Brechungsindizes und Dickewerten, und diese Teilschichten sorgen gemeinsam dafür, dass Licht von einer bestimmten Farbe durchgelassen wird und Licht von anderer Farbe reflektiert wird. Alternativ ist es möglich, sogenannte cholesterische Filter als farbselektive Reflektoren zu verwenden, wie in dem Artikel mit dem Titel "New Liquid Crystal Polarized Colour Projection Principle", erschienen im "Japanese Journal of Applied Physics", Band 20, Nr. 10, Oktober 1990, S. 1974-1984, beschrieben. Ein cholesterischer Spiegel enthält eine optische Schicht aus flüssigem kristallinen Material mit einer spiralförmigen oder helixartigen Struktur mit einer bestimmten Steigung. Ein derartiger Spiegel reflektiert zirkulär polarisiertes Licht, dessen Drehrichtung der Drehrichtung der molekularen Helix entspricht und dessen Wellenlänge auf die Teilung der molekularen Helix abgestimmt ist, und lässt Licht mit anderen Wellenlängen durch.
Außer in den obengenannten Vorrichtungen kann die Erfindung im allgemeinen in bildgebenden optischen Systemen angewendet werden, in denen Teilstrahlenbündel unterschiedlicher Farbe zu einem einzelnen Strahlenbündel zusammengeführt werden müssen.

Claims

1. Optisches Bauelement zur Zusammenführung von mindestens zwei Teilstrahlenbündeln (bR, bG) unterschiedlicher Farbe zu einem Farbstrahlenbündel, wobei dieses Bauelement mindestens eine farbselektive reflektierende Schicht (21) enthält, die auf einem transparenten, plattenförmigen Substrat (20) angeordnet ist, und weiterhin mit mindestens einem Korrekturelement (30) versehen ist, das im Pfad eines Teilstrahlenbündels angeordnet ist, welches das Substrat (20) durchquert hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturelement ein erstes Teilelement (31) enthält, das aus der Gruppe zylindrische Linse, schräg angeordnete sphärische Linse gewählt wird, und ein zweites Teilelement (35), das aus der Gruppe planparallele Platte, Keil, Prisma gewählt wird, wobei die Teilelemente gemeinsam die Aberrationen einschließlich mindestens Astigmatismus und Koma korrigieren, die durch das von dem Teilstrahlenbündel durchquerte Substrat (29) eingeführt werden.

2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement in einem einzelnen Element (45) integriert sind.

3. Optisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement auf einander gegenüberliegenden Seiten des integrierten Elementes (45) angeordnet sind.

4. Optisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilelement auf ein und derselben Oberfläche des integrierten Elementes (45) übereinanderliegen.

5. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (31) näher bei dem Reflektorsubstrat (38), für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, angeordnet ist als das zweite Teilelement (35).

6. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilelement (35) näher bei dem Reflektorsubstrat (38), für das eine Korrektur vorgenommen werden muss, angeordnet ist als das erste Teilelement (31).

7. Optisches Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte selbe Oberfläche (46, 36) dem Reflektorsubstrat (38) zugewandt ist, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss.

8. Optisches Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte selbe Oberfläche dem Reflektorsubstrat (38) abgewandt ist, für das eine Korrektur vorgenommen werden muss.

9. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (31) eine zylindrische Linse ist und das zweite Teilelement (35) ein optischer Keil ist.

10. Optisches Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoberfläche (32) vom Reflektorsubstrat (38) aus gesehen, für welches die Korrektur vorzunehmen ist, konvex ist, und dass die Zylinderachse senkrecht zu einer Ebene durch eine optische Achse des Bauelements verläuft und der Reflektor (1) in dieser Ebene einen spitzen Winkel mit der optischen Achse (00') bildet.

11. Optisches Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoberfläche (40) vom Reflektorsubstrat (38) aus gesehen, für welches die Korrektur vorzunehmen ist, konkav ist, und dass die Zylinderachse parallel zu der Ebene durch eine optische Achse des Bauelements verläuft und der Reflektor (1) in dieser Ebene einen spitzen Winkel mit der optischen Achse (00') bildet.

12. Optisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vielzahl von mindestens zwei farbselektiven Reflektoren (5, 6), gekennzeichnet durch eine gleich große Anzahl von Korrekturelementen (45a, 45b), wobei eines von diesen jeweils in dem Pfad eines Teilstrahlenbündels (bR) angeordnet ist, das ein Reflektorsubstrat durchquert hat.

13. Optisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, mit einer Vielzahl von mindestens zwei farbselektiven Reflektoren (5', 6'), dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilstrahlenbündel (bR, bG, bB) die gleiche Substratdicke durchqueren und dass ein einzelnes Korrekturelement (45c) im Pfad des zusammengesetzten Strahlenbündels angeordnet ist.

14. Optisches Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Pfad von nur demjenigen Teilstrahlenbündel (bG), welches kein Reflektorsubstrat durchquert, eine transparente Platte (61) mit dem gleichen Produkt von Brechungsindex und Dicke wie dem des Reflektorsubstrats angeordnet ist.

15. Optisches Bauelement nach Anspruch 13 mit zwei farbselektiven Reflektoren (5', 6), dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (21) des farbselektiven Reflektors, der ein Teilstrahlenbündel durchlässt und ein anderes Teilstrahlenbündel reflektiert, zwischen zwei Substratplatten (60, 61) angebracht ist, die jeweils ein Produkt von Dicke und Brechungsindex haben, welches die Hälfte von dem der Substratplatte (22) des anderen farbselektiven Reflektors beträgt.

16. Farbbildprojektionsvorrichtung mit drei primären Bildquellen (A) zur Lieferung von drei Bildern unterschiedlicher Farbe von ein und derselben Szene, einer Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung (B) zum Zusammenführen der drei durch die Bildquellen emittierten Teilstrahlenbündel zu einem einzigen Farbstrahlenbündel, und einem Projektionslinsensystem (C) zum Projizieren dieses Strahlenbündels auf einen Projektionsschirm, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenbündel-Rekombinationsvorrichtung ein Bauelement wie in den vorhergehenden Ansprüchen beschrieben ist.