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Die Erfindung betrifft ein Modulationssystem für ein
Farbprojektionswiedergabesystem mit zumindest zwei Lichtventilen, einem Farbaufspaltungsteilsystem
zum Empfangen eines Lichtbündels und zum Aufspalten des genannten Lichtbündels in
eine Anzahl Teilbündel (bB, bG, bR) unterschiedlicher Farbe, wobei jedes Teilbündel
(bB, bG, bR) durch eines der Lichtventile moduliert werden soll, und einem
Farbrekombinationsteilsystem zum Rekombinieren der modulierten Teilbündel zu einem
Projektionsbündel, wobei das genannte Farbaufspaltungsteilsystem und das genannte
Farbrekombinationsteilsystem jeweils zumindest einen dichroitischen Spiegel umfassen, der
eine Grenzwellenlänge hat, die in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel eine
Verschiebung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
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Seit einigen Jahren wird vorgeschlagen, Flüssigkristallanzeigen (LCDs) als
primäre Bildquelle in Projektionswiedergabesystemen zu verwenden. Die Verwendung
von LCDs in Projektionsanzeigen wird in der veröffentlichten europäischen
Patentanmeldung Nr. EP-A O 258 927 beschrieben.
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In einem LCD-Projektionssystem der eingangs erwähnten
Patentanmeldungen wird das Lichtbündel aus einer Weißlichtquelle, wie z.B. einer
Wolfram-Halogenlampe, durch ein Paar dichroitische Spiegel in drei Teilbündel aufgespalten, die jeweils
Licht einer der Primärfarben rot, grün und blau enthalten. Jedes der Teilbündel fällt auf
ein abstimmbares doppelbrechendes Lichtventil, wie z.B. eine Durchlaß-LCD. Die drei
Lichtventile modulieren die drei Kanäle zum Erzeugen der roten, grünen und blauen
Anteile eines Fernsehbildes. Die drei Farbanteile werden dann mittels eines zweiten
Satzes dichroitischer Spiegel wieder zusammengeführt. Das rekombinierte Licht wird
mit einem Projektionslmsensystem auf einen Projektionsschirm projiziert.
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Im bekannten System durchlaufen die auf jedes Bildelement (Pixel) eines
Lichtventils auffallenden Lichtstrahlen nur einen Teil der dichroitischen Spiegel oder
werden daran reflektiert. Für verschiedene Bildelemente werden verschiedene, wenn
auch sich überlappende Teile der Spiegel zum Aufspalten und Rekombinieren der
Teilbündel verwendet. Der mittlere Winkel, unter dem die Lichtstrahlen durch die
dichroitischen Spiegel treten oder daran reflektiert werden, schwankt in Abhängigkeit von der
Position des Bildelements im Lichtventil. Da dichroitische Spiegel eine
Grenzwellenlänge haben oder eine winkelabhängige Durchlaß-/Reflexionskennlinie, bedeutet dies, daß
verschiedene Bildelemente desselben Lichtventils Licht mit einer etwas abweichenden
Farbe empfangen und folglich durchlassen. Die Grenzwellenlänge wird als die
Wellenlänge definiert, für die 50% des Lichts durchgelassen oder reflektiert wird. Die
winkelabhängige Verschiebung der Grenzwellenlänge ergibt ein projiziertes Farbbild, das eine
gleichmäßige Farbänderung von einer Seite des projizierten Bildes zur anderen aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung trägt wesentlich zur Verringerung der
beobachteten Farbänderung bei. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein
Modulationssystem für eine Farbprojektionswiedergabeeinrichtung zu schaffen, in der
das projizierte Bild keine gleichmäßige Farbänderung aufweist. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist, ein Modulationssystem zu schaffen, in dem die restliche
Farbänderung auf möglichst akzeptable Weise verringert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Modulationssystem
dadurch gekennzeichnet, daß für jedes der genannten Teilbündel der dichroitische
Spiegel oder die Spiegel in dem Aufspaltungsteilsystem und der entsprechende dichroitische
Spiegel oder die Spiegel in dem Rekombinationsteilsystem in einer solchen Beziehung
zueinander angeordnet sind, daß für durch ein Bildelement (L, C, R) in dem Lichtventil
tretende Lichtstrahlen eine mittlere Verschiebung der Grenzwellenlänge in dem
Aufspaltungsteilsystem nahezu gleich groß und von entgegengesetztem Vorzeichen ist wie
eine mittlere Verschiebung der Grenzwellenlänge in dem Rekombinationsteilsystem.
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Infolge dieser Maßnahme hat die Farbänderung wegen des dichroitischen
Spiegels im Rekombinationsteilsystem eine Positionsabhängigkeit, die der der
Farbänderung infolge des Aufspaltungsteilsystems entgegengesetzt ist. Daher beherrscht die
Farbänderung jedes der beiden Spiegel nur eine Hälfte des Bildes, und die
Farbänderung verläuft zu beiden Rändern des Bildes in der gleichen Richtung. Die beobachtete
Farbänderung im projizierten Bild wird deutlich verringert.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme kann durch eine erste Ausführungsform
des Modulationssystems erreicht werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für jeden
dichroitischen Spiegel in dem Farbaufspaltungsteilsystem ein entsprechender Spiegel in
dem Farbrekombinationsteilsystem unter gleichem Winkel mit entgegengesetztem
Vorzeichen relativ zur optischen Achse durch diese Spiegel angeordnet ist.
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Insbesondere bei einem Modulationssystem mit mehr als zwei
Lichtventilen und Teilbündeln wird dies jedoch mit anderen Anforderungen für ein optimales
System, wie Einfachheit und Kompakheit der Konstruktion und gleichen Weglängen für
die jeweiligen Teilbündel, in Konflikt kommen. Daher ist eine zweite, bevorzugte
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Modulationssystems dadurch gekennzeichnet, daß
der dichroitische Spiegel oder die Spiegel in dem Farbaufspaltungsteilsystem und der
Spiegel oder die Spiegel in dem Farbrekombinationsteilsystem unter Winkeln mit
gleichem Wert und gleichem Vorzeichen relativ zur optischen Achse (00') durch diese
Spiegel angeordnet sind und daß eine Feldlinse im Lichtweg jedes der genannten
Teilbündel bB, bG, bR) angeordnet ist.
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Die Feldlinse kehrt die Richtung der Lichtstrahlen relativ zur optischen
Achse des Systems um. So können die dichroitischen Spiegel des
Rekombinationsteilsystems unter dem gleichen Winkel zu den optischen Achsen angeordnet werden wie die
dichroitischen Spiegel in dem Aufspaltungsteilsystem, wodurch es möglich ist, die
optischen Wege nahezu unabhängig von den Anforderungen zur Verringerung von
Farbänderungen zu optimieren.
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Es sei bemerkt, daß die Verwendung einer Feldlinse neben den
Lichtventilen aus der vorstehend genannten Anmeldung EP-A O 258 927 an sich bekannt ist.
Jedoch hat die bekannte Feldlinse nicht die Aufgabe, eine Farbänderung zu minimieren,
sondern die Menge des durch jedes der Lichtventile in das Projektionssystem tretenden
Lichtes zu maximieren. Zum Anpassen des bekannten Systems an die Anforderungen
zum Minimieren von Farbänderungen müssen erfindungsgemäße zusätzliche
Maßnahmen getroffen werden.
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Weiterhin sei bemerkt, daß in der europäischen Patentanmeldung EP 0 390 511,
die Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ ist, eine
Farbprojektionswiedergabeeinrichtung beschrieben wird, die zumindest zwei Lichtwege umfaßt. Jeder der Lichtwege ist
mit einem optischen System versehen, das ein Paar Polarisationsmittel, eine verdrillte
nematische Flüssigkristallzelle und zumindest eine Phasenplatte umfaßt. Die Winkel der
Orientierung der Flüssigkristallzelle, die Verzögerungsphasenachse der Phasenplatte und
die Lichtunterbrechungsachse der Polarisationsmittel sind so gewählt, daß eine
Änderung der optischen Drehleistung der LCD, die von der von der LCD durchzulassenden
Wellenlänge abhängt, verringert wird. Die verschiedenen gefärbten Teilbündel werden
aus dem aus der Lichtquelle kommenden Licht durch einen Satz dichroitischer Spiegel
abgetrennt. In einigen Ausführungsformen der in der europäischen Patentanmeldung
beschriebenen Wiedergabeeinrichtung wird auch ein Satz dichroitischer Spiegel
verwendet, um die modulierten Teilbündel wieder zusammenzuführen. Diese dichroitischen
Spiegel sind jedoch nicht in solcher Weise angeordnet, wie im vorliegenden Anspruch 1
beansprucht. In einer anderen Ausführungsform wird die Rekombination mit Hilfe des
Projektionslinsensystems realisiert.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist es nicht immer realisierbar,
daß der dichroitische Spiegel im Aufspaltungsteilsystem und der entsprechende
dichroitische Spiegel im Rekombinationsteilsystem eine identische Winkelabhängigkeit von der
Grenzwellenlänge haben. Zum Erreichen einer minimalen Farbänderung in einem
derartigen System ist das erfindungsgemäße Modulationssystem dadurch gekennzeichnet,
daß das Modulationssystem (B) eine Feldlinse umfaßt, die ein erstes effektives Bild des
Lichtventils bei einer ersten effektiven Position, von der Lichtquelle aus gesehen, liefert
und ein zweites effektives Bild des Lichtventils bei einer zweiten effektiven Position,
von der Eintrittspupille aus gesehen, und mit einer Vergrößerung, die das Verhältnis
zwischen der Größe des ersten und des zweiten effektiven Bildes des Lichtventils ist,
und wobei das Lichtventil und die Feldlinse an solchen Positionen angeordnet sind, daß
das Verhältnis zwischen einem Abstand LS von der Lichtquelle zu der genannten ersten
effektiven Position und einem Abstand LR von der genannten zweiten effektiven
Position zu der Eintrittspupille gleich dem Verhältnis zwischen den genannten
Winkelabhängigkeiten der mit dieser Vergrößerung vervielfachten Grenzwellenlänge ist.
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Unter dem effektiven Bild des Lichtventils sei das Bild verstanden, das
von der Position der Eintrittspupille des Projektionssystems oder von der Position der
Lichtquelle gesehen wird. Wenn die Feldlinse zwischen dem Lichtventil und der
Eintrittspupille angeordnet ist, fällt das vorstehend genannte erste effektive Bild mit dem
Lichtventil zusammen und auch, wenn die Feldlinse sich zwischen dem Lichtventil und
der Lichtquelle befindet, ist das zweite effektive Bild der Lichtventil selbst. Die
Lichtquelle kann ein Bild der tatsächlichen Lichtquelle sein, das von einem Kollimatorsystem
geliefert wird. Ebenso kann die vorstehend genannte Eintrittspupille in einer Ebene
liegen, die von einem optischen System bei der tatsächlichen Eintrittspupille des
Projektionslinsensystems abgebildet wird. Die Korrektur infolge der verschiedenen
Winkelabhängigkeiten der Durchlaß-/Reflexionskennlinien kann durch Anpassen der Feldlinse
bewirkt werden, so daß die durch ein Bildelement tretenden mittleren Winkel der
Teilbündel eine entsprechende Differenz aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Modulationssystem ist weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß das Modulationssystem (B) drei Lichtventile umfaßt und daß sowohl das
Aufspaltungsteilsystem als auch das Rekombinationsteilsystem zwei dichroitische Spiegel
umfassen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Farbprojektionswiedergabeeinrichtung mit
einem Modulationssystem wie oben beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Struktur und die Anordnung des Modulationssystems werden
nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 schematisch den Lichtweg eines der Kanäle durch ein Lichtventil
eines herkömmlichen LCD-Projektionssystems,
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Fig. 2 die Durchlaßfunktion eines typischen roten dichroitischen Filters
unter verschiedenen Einfallswinkeln,
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Fig. 3a, 3b und 3c schematisch die Durchlaßkoeffizienten für Licht im
roten Kanal infolge jedes der dichroitischen Spiegel bzw. den zusammengesetzten
Durchlaßkoeffizienten,
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Fig. 4 schematisch den Lichtweg eines der Kanäle durch ein einziges
Lichtventil in einem erfindungsgemäßen Modulationssystem,
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Fig. 5a, 5b und 5c schematisch die Farbänderung in einem
erfindungsgemäßen Modulationssystem,
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Fig. 6 schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel für ein
erfindungsgemäßes Modulationssystem,
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Fig. 7 schematisch ein Ausführungsbeispiel, in dem die dichroitischen
Spiegel ungleiche Winkelabhängigkeiten aufweisen, und
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Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Farbprojektionsfernseheinrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Fig. 1 zeigt schematisch den Lichtweg eines der Teilbündel in einem
LCD-Projektionssystem. Eine Lichtquelle 10, beispielsweise ein Bild einer Wolfram-
Halogenlampe, beleuchtet ein Lichtventil oder LCD 20. Das Lichtventil moduliert das
dort einfallende Licht entsprechend einem von einem nicht dargestellten Bildgenerator,
beispielsweise einem Femsehtuner, einem Videorecorder oder irgendeiner anderen
geeigneten Quelle, gelieferten Videoprogramm. Das modulierte Licht wird in die
Eintrittspupille 30 eines Projektionslinsensystems zum Projizieren eines Bildes des
Lichtventils auf einen Bildschirm übertragen.
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Im Lichtweg oder Kanal dieses einen Teilbündels sind zwei dichroitische
Spiegel angeordnet. Ein erster Spiegel 40 dient zum Abtrennen der betreffenden Farbe
aus dem weißen Strahlenbündel, das von der Lichtquelle 10 emittiert wird, und ein
zweiter Spiegel 50 zum Rekombinieren des Teilbündels in diesem Kanal mit den
anderen Teilbündeln nach Modulation durch die Lichtventile im anderen Kanal oder in den
anderen Kanälen. Beide dichroitischen Spiegel sind als Durchlaßspiegel 5 dargestellt.
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Auf dem Lichtventil sind drei typische Bildelemente angegeben: ein
Bildelement C in der Mitte des Lichtventils und zwei Bildelemente L und R an zwei
einander gegenüberliegenden Rändern, beispielsweise dem linken und dem rechten Rand.
Das von der Lichtquelle 10 emittierte und vom Bildelement C durchgelassene Licht fällt
im Mittel unter einem Winkel von 45º auf beide Spiegel 40 und 50 ein. Das durch das
Bildelement L tretende Licht fällt im Mittel unter einem Winkel größer als 45º ein, in
der Figur ist dieser Winkel als 45º+α angedeutet, und das durch das Bildelement R
tretende Licht fällt auf beide Spiegel unter einem mittleren Winkel 45º-α ein. Da die
Durchlaßkennlinie eines dichroitischen Spiegels eine Funktion des Einfallswinkels ist,
unterscheidet sich die Farbe des durch die drei dargestellten Bildelemente tretenden
Lichts geringfügig für jedes der Bildelemente. In praktischen Ausführungsformen
überschreitet der Winkel normalerweise einen Wert von ungefahr 5º nicht.
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Dies wird weiterhin in Fig. 2 veranschaulicht, die die Durchlaßkennlinie
für ein typisches rotes dichroitisches Filter für verschiedene Einfallswinkel zwischen
30º und 60º darstellt. Die Grenzwellenlänge, bei der der Durchlaßkoeffizient 50%
beträgt, ist winkelabhängig. Diese Figur zeigt, daß sich die Durchlaßkennlinie als
Funktion des Einfallswinkels verschiebt. Diese Abhängigkeit bedeutet, daß das durch das
Bildelement L tretende Licht einen größeren Anteil an gelbem Licht enthält als das
durch das Bildelement C tretende Licht, und daß das durch das Bildelement R tretende
Licht weniger Gelb und daher verhältnismäßig mehr Rot enthält als durch die Mitte des
Lichtventils (Bildelement C) tretendes Licht. Das Gesamtergebnis ist, daß das von
einem Beobachter gesehene Bild einen Gelbstich an einer Seite und einen Rotstich an der
gegenüberliegenden Seite des Bildes aufweist. Analog tritt ein entsprechender Effekt in
den Blau/Grün-Spiegeln eines Projektionsfernsehsystems auf, was zu Bildern führt, die
etwas mehr Blau an einem Rand und etwas mehr Grün am anderen Rand aufweisen. Da
die Abweichung von 45º nicht größer ist als ungefähr 5º, kann die Winkelabhängigkeit
als eine bloße Verschiebung der Durchlaß-/Reflexionskennlinien betrachtet werden,
wobei die Abweichung in den Schwankungen im oberen Teil der Kurven
vernachlässigbar ist.
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Die Farbänderung wird auch in Fig. 3a, 3b und 3c veranschaulicht. In
diesen Figuren sind die Durchlaßkoeffizienten des dichroitischen Aufspaltungsspiegels,
des dichroitischen Rekombinationsspiegels bzw. der Gesamtdurchlaßkoeffizient als
Funktion der Wellenlänge dargestellt. Der Deutlichkeit halber wird die Steilheit der
Funktion im Vergleich zu einem wirklichen dichroitischen Spiegel verringert. In jeder
der Figuren zeigen die Linien TL, TC und TR den Durchlaßkoeffizienten als Funktion
der Wellenlänge für durch die Bildelemente L, C bzw. R tretendes Licht. Aus dieser
Figur ist ersichtlich, daß die Kombination der Spiegel in einem herkömmlichen
Modulationssystem eine Farbänderung im projizierten Bild bewirkt und daß die Anordnung der
dichroitischen Spiegel zueinander diesen Effekt verstärken kann. Unter dem Begriff
"Durchlaßkoeffizienten" soll auch verstanden werden, daß darin der
Reflexionskoeffizient enthalten ist, wenn der spezielle Kanal für eine Farbe gilt, die an den Spiegeln 40
und/oder 50 reflektiert wird.
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In Fig. 4 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für ein
erfindungsgemäßes Modulationssystem dargestellt. Die Figur zeigt einen Lichtweg ähnlich
dem von Fig. 1. Gleiche Elemente werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der
dichroitische Rekombinationsspiegel 50 ist unter einem Winkel angeordnet, der in bezug
auf die optische Achse dem des vergleichbaren Spiegels (50) in Fig. 1 entgegengesetzt
ist. Dies wirkt sich so aus, daß unter einem Winkel größer 45º beim dichroitischen
Aufspaltungsspiegel 40 einfallendes Licht beim Rekombinationsspiegel unter einem
Winkel von weniger als 45º einfällt. Die von jedem dieser beiden Spiegel verursachte
Farbänderung ist in diesem Fall nicht mehr additiv, was zu einer geringeren
Farbänderung in dem von einem Beobachter gesehenen Bild führt.
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Der Effekt wird in Fig. 5a, 5b und 5c veranschaulicht, die mit den Fig.
3a, 3b und 3c vergleichbar sind. Für das Bildelement R wird der Durchlaßkoeffizient
des gesamten Systems für rotes Licht durch den dichroitischen Aufspaltungsspiegel 40
beherrscht, während der Rekombinationsspiegel 50 den größten Teil des Lichts
durchläßt, das bereits durch den Aufspaltungsspiegel getreten ist, da die
Durchlaß-/Reflexionskennlinie zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben ist. Es kann gesagt werden,
daß für das Bildelement R das Durchlaßfenster des Spiegels 50 breiter ist als das
Durchlaßfenster des Spiegels 40. Für das Bildelement L ist der Rekombinationsspiegel 50
vorherrschend, da das durch dieses Bildelement tretende Licht den Aufspaltungsspiegel
40 mit einem größeren Durchlaßfenster durchläuft als den Rekombinationsspiegel 50.
Das Netto-Ergebnis ist, wie in Fig. 5c dargestellt, daß die Bildelemente R und L gleich
viel Farbänderung erfahren. Daher beträgt die vom Beobachter gesehene Farbänderung
über das gesamte Bild nur die Hälfte der Farbänderung im bekannten
Modulationssystem. Wie im bekannten System ist die Farbänderung in der Bildmitte am kleinsten,
aber im Gegensatz zum bekannten System entwickelt sich die Farbänderung nach beiden
Rändern des Bildes in der gleichen Richtung.
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In praktischen Ausführungsformen, in denen die Aufspaltungs- und die
Rekombinationsteilsysteme jeweils zwei dichroitische Spiegel benutzen, ist es schwierig,
die Rekombinationsspiegel unter entgegengesetzten Winkeln zu den
Aufspaltungsspiegeln in bezug auf die optische Achse anzuordnen und zugleich andere gewünschte
Eigenschaften des Modulationssystems wie z.B. gleiche Lichtweglängen zwischen der
Lichtquelle, den Lichtventilen und der Eintrittspupille des Projektionslinsensystems
aufrechtzuerhalten.
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In Fig. 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen
Modulationssystems dargestellt. Diese Figur ähnelt stark den Figuren 1 und 4, und
identische Elemente haben identische Bezugszeichen. In Fig. 6 sind der
Aufspaltungsspiegel 40 und der Rekombinationsspiegel 50 beide unter dem gleichen Winkel von 45º
zur optischen Achse 0-0' des Systems parallel zueinander angeordnet. Außer dem
Lichtventil 20 ist eine Feldlinse 60 angeordnet, die die Richtung des durchfallenden Lichts in
bezug auf die optische Achse 0-0' umkehrt. Die Feldlinse 60 ist vorzugsweise so
angeordnet, daß sie die Lichtquelle 10 auf der Eintrittspupille 30 des
Projektionslinsensystems abbildet; dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Wegen
der Linse 60 tritt das Licht, das das Bildelement L durchläuft und den
Aufspaltungsspiegel 40 unter einem mittleren Winkel von 45º+α kreuzt, unter einem Winkel von
45º-β durch den Rekombinationsspiegel 50. Auf analoge Weise kreuzt das durch das
Bildelement R tretende Licht den Aufspaltungsspiegel bei 45º-α und den
Rekombinationsspiegel bei 45º+β. Auf diese Weise wird die Gesamtfarbänderung, die in dem
Modulationssystem von Fig. 6 erzeugt wird, gleich der Farbänderung, wie sie in der
Anordnung nach Fig. 4 erzeugt wird, vorausgesetzt, der Winkel α ist gleich dem
Winkel β.
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In einem praktischen Modulationssystem ist nicht immer erreichbar, daß
das an einem dichroitischen Aufspaltungsspiegel reflektierte oder durchgelassene Licht
gleichermaßen am entsprechenden dichroitischen Rekombinationsspiegel reflektiert oder
durchgelassen wird. Dadurch sind die beiden Spiegel in manchen Fällen unterschiedlich,
und die Durchlaßkennlinie am Aufspaltungsspiegel als Funktion des Winkels des
einfallenden Lichts kann sich von der Reflexions- oder der Durchlaßkennlinie des
entsprechenden Rekombinationsspiegels unterscheiden. Obgleich der Winkel, unter dem die
Lichtbündel auf die beiden Spiegel einfallen, der gleiche ist, ergibt sich eine mehr als
minimale Farbänderung.
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Um dieses Problem zu beseitigen, ist es notwendig, die mittleren Winkel
zwischen den durch jedes Bildelement tretenden Teilbündeln und die Rekombinations-
und Aufspaltungsspiegel auf einen entsprechenden Unterschied einzustellen. Auf diese
Weise wird beim Aufspaltungsspiegel 40 unter einem Winkel von 45º+α einfallendes
Licht beim Rekombinationsspiegel unter einem Winkel von 45º-β einfallen. Dies wird
in Fig. 7 veranschaulicht. In dieser Figur haben Elemente, die Elementen bereits
dargestellter Ausführungsbeispiele entsprechen, identische Bezugszeichen. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ändert die Feldlinse 60 nicht nur das Vorzeichen des Winkels der
durch die Bildelemente L, C und R tretenden Teilbündel, sondern auch den Wert der
Winkel. Daher fällt das durch das Bildelement L tretende Teilbündel beim
Aufspaltungsspiegel 40 unter einem mittleren Winkel von 45º+α und beim
Rekombinationsspiegel 50 unter einem mittleren Winkel von 45º-β ein. Für minimale Farbänderung soll
das Verhältnis zwischen α und β gleich dem Verhältnis zwischen den
Winkelabhängigkeiten der Verschiebung der Grenzwellenlänge der beiden dichroitischen Spiegel 50 und
40 sein.
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Da die Winkel α und β klein sind, und normalerweise nicht größer als
ungefähr 5º, ist das Verhältnis zwischen α und β gleich dem Verhältnis zwischen der
Größe des Bildes L, geteilt durch den Abstand Ls zwischen dem Bild und der
Lichtquelle 10, und der Größe des Lichtventils L, geteilt durch den Abstand LR zwischen
dem Lichtventil L und der Eintrittspupille 30. Das Bild L' ist das Bild des Lichtventils
L, gesehen von der Lichtquelle durch die Linse 60. Mit anderen Worten, für eine
minimale Farbänderung sollte das Verhältnis zwischen den Winkelabhängigkeiten der
Grenzwellenlängen des Rekombinationsspiegels 50 und des Aufspaltungsspiegels 40 gleich
dem Verhältnis zwischen dem Abstand LR und LS mal der Vergrößerung des
Lichtventils infolge der Feldlinse 60 sein. Selbstverständlich tritt eine analoge Situation auf,
wenn die Feldlinse zwischen dem Lichtventil und der Eintrittspupille angeordnet wird,
in welchem Fall LR der Abstand zwischen dem Bild des Lichtventils, gesehen durch die
Feldlinse, und der Eintrittspupille ist und LS der Abstand zwischen der Lichtquelle und
dem Lichtventil. Es ist auch denkbar, daß die Feldlinse 60 in zwei Linsen aufgeteilt ist,
eine an jeder Seite des Lichtventils, in welchem Fall beide Bilder berücksichtigt werden
müssen.
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Wenn die Feldlinse sehr nahe beim Lichtventil angeordnet wird, wie z.B.
in Fig. 6, fällt das Bild nahezu mit dem Lichtventil selbst zusammen, und die Abstände
LR und LS können als dem Lichtventil entstammend angenommen werden und die
Vergrößerung durch eins angenähert werden.
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Wenn die Abweichung des mittleren Winkels des durch ein Bildelement
tretenden Lichts wesentlich mehr als 5º vom Winkel zwischen der optischen Achse und
dem Spiegel beträgt, muß die Berechnung an diese Situation angepaßt werden. Nicht
nur gilt nicht länger die Annäherung an die Winkel α und β durch das Verhältnis
zwischen
der Größe des Lichtventils und dem Abstand zur Bildquelle oder zur
Eintrittspupille, sondern auch die implizierte Annäherung, daß die Verschiebung der
Grenzwellenlänge in Abhängigkeit vom Einfallswinkel linear ist, gilt nicht mehr. Die optimale
Farbänderung kann dabei durch Einführung einer geringen Versetzung im Winkel der
dichroitischen Spiegel oder durch die Einführung eines asymmetrischen optischen
Elements erreicht werden, wie z.B. eines Prismas im optischen Weg. In einem
Modulationssystem mit mehr als zwei gefärbten Strahlenbündeln und mit mehr als zwei
Lichtventilen kann es unmöglich sein, gleichzeitig das richtige Verhältnis in jedem der
Kanäle zu erhalten, und ein Kompromiß kann erforderlich sein.
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Fig. 8 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dreifarben-
Projektionsfernseheinrichtung. Diese Einrichtung enthält drei Hauptabschnitte: das
Beleuchtungssystem A, das Bildmodulationssystem B und das Projektionslinsensystem
P, beispielsweise ein Zoom-Objektiv. Die Hauptachse 00' des Beleuchtungssystems
fluchtet mit der optischen Achse DD', die im dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst
in drei Unterachsen für Farbprojektion aufgeteilt wird, die später wiederum zu einer
einzigen optischen Achse kombiniert werden, die mit der optischen Achse EE' des
Projektionslinsensystems zusammenfällt.
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Das Strahlenbündel aus dem Beleuchtungssystem A fällt auf einen
farbselektiven Reflektor 41, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel, der beispielsweise
die blaue Farbkomponente bB reflektiert und den Rest des Strahlenbündels durchläßt.
Dieser Bündelanteil erreicht einen zweiten farbselektiven Reflektor 42, der die grüne
Farbkomponente bG reflektiert und die restliche rote Farbkomponente bR zu einem
Reflektor 43 durchläßt, der das rote Strahlenbündel zum Projektionslinsensystem
reflektiert. Der Reflektor 43 kann ein neutraler Reflektor sein oder ein Reflektor, der für
rotes Licht optimiert ist. Das blaue Strahlenbündel wird von einem neutralen oder
blauselektiven Reflektor 51 zu einem Lichtventil 21 in Form eines Flüssigkristallfeldes
reflektiert. Dieses Lichtventil wird auf bekannte Weise elektronisch so angesteuert, daß
die blaue Komponente des zu projizierenden Bildes auf diesem Feld erscheint. Das mit
der blauen Information modulierte Strahlenbündel erreicht das Projektionslinsensystem P
über einen farbselektiven Reflektor 52, der das blaue Strahlenbündel durchläßt und das
grüne Strahlenbündel reflektiert, und einen weiteren farbselektiven Reflektor 53, der die
blauen und grünen Strahlenbündel reflektiert. Das grüne Strahlenbündel bG durchquert
ein zweites Lichtventil 22, das mit der grünen Bildkomponente moduliert ist, und wird
dann aufeinanderfolgend von den farbselektiven Reflektoren 52 und 53 zum
Projektionslinsensystem P reflektiert. Das rote Strahlenbündel bR durchquert ein drittes Lichtventil
23, das mit der roten Bildkomponente moduliert ist, und erreicht anschließend über den
farbselektiven Reflektor 53 das Projektionslinsensystem.
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Die blauen, roten und grünen Strahlenbündel werden beim Eintritt in
dieses Linsensystem überlagert, so daß ein Farbbild geschaffen wird, das von diesem
System in vergrößerter Form auf einem in Fig. 8 nicht dargestellten Projektionsschirm
abgebildet wird.
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Die optischen Weglängen zwischen dem Ausgang des
Beleuchtungssystems A und jedem der Lichtventile 21, 22 und 23 sind vorzugsweise gleich, so daß die
Querschnitte der Strahlenbündel bB, bG und bR am Ort ihrer jeweiligen
Wiedergabefelder gleich sind. Auch die optischen Weglängen zwischen den Lichtventilen 21, 22 und
23 und der Eintrittsöffnung des Projektionslinsensystems sollten gleich sein, so daß die
verschieden gefärbten Szenen auf dem Projektionsschirm zufriedenstellend überlagert
werden.
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Zum Erreichen einer minimalen Farbänderung in dem von einem
Beobachter gesehenen Bild sind die Feldlinsen 61, 62 und 63 neben den Lichtventilen 21, 22
und 23 angeordnet. Diese Feldlinsen ändern die auf die Aufspaltungsspiegel 41 und 42
einfallenden divergierenden Strahlenbündel in konvergierende Strahlenbündel, die auf
die Rekombinationsspiegel 52 und 53 fallen. Die von den Aufspaltungsspiegeln bewirkte
Farbänderung wird daher von den Rekombinationsspiegeln nicht länger verstärkt.
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Die Feldlinsen können zusätzliche Aufgaben haben, wie z.B. das
Konzentrieren des von der Lichtquelle 10 emittierten Lichts auf den Lichtventilen 21, 22 und
23 durch Abbildung der Austrittsebene des Beleuchtungssystems A auf die
Eintrittspupille des Projektionslinsensystems P. Die Feldlinsen können aus mehreren
Linsenelementen bestehen, die an einer oder an beiden Seiten der Lichtventile angeordnet sind.
In einer praktischen Ausführungsform können die Durchlaßkennlinien der
Rekombinationsspiegel von denen der entsprechenden Aufspaltungsspiegel abweichen. In einem
realisierten Beispiel hat der Aufspaltungsspiegel, der das blaue Strahlenbündel vom
grünen und vom roten Strahlenbündel trennt (Spiegel 41 in Fig. 8) eine
Grenzwellenlänge, die sich um 1,1 nm/Grad ändert, während die entsprechende Blau/Grün-Flanke im
Rekombinationsspiegel (52 in Fig. 8) sich um 1,8 nm/Grad ändert. Für eine optimale
Anpassung zwischen dem Rekombinationsspiegel und dem Aufspaltungsspiegel würde
dies bedeuten, daß der Abstand zwischen Lichtventil und Projektionslinsensystem um
das 1,6fache größer als der Abstand zwischen Lichtquelle und Lichtventil sein müßte.
Die Grenzwellenlänge an der Rot/Grün-Flanke der Aufspaltungs- und
Rekombinationsspiegel (42 bzw. 53 in Fig. 8) ändert sich jedoch um 1,5 nm/Grad für beide Spiegel, so
daß gleiche Weglängen vor und hinter den Lichtventilen erforderlich sind. Für dieses
Beispiel wurde ein Kompromiß gewählt, in dem die Weglänge zwischen Lichtventilen
und Projektionslinse um das 1,34fache größer war als die Weglänge zwischen dem
Beleuchtungssystem und den Lichtventilen.
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Es wird dem Fachmann einleuchten, daß die dichroitischen Spiegel
lediglich beispielsweise in bezug auf die einfallenden Strahlenbündel auf 45º eingestellt
sind. Die Erfindung ist ebenso so gut anwendbar, wenn die dichroitischen Spiegel unter
irgendeinem anderen geeigneten Winkel angeordnet sind.