DE2656170B2

DE2656170B2 - Fernsehprojektionsanordnung

Info

Publication number: DE2656170B2
Application number: DE2656170A
Authority: DE
Inventors: Itsuro Takatsuku Osaka Nishimura; Yoshimasa Nara Takahashi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS5271944A; US4087835A; JPS5721155B2; DE2656170C3; DE2656170A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbfemsehprojektionsanordnung mit einen: Projektionsschirm, mit drei Kathodenstrahlröhren mit jeweils einem Bildschirm zum Erzeugen und Projizieren von Farbbildern auf den Projektionsschirm durch drei die Primärfarben enthaltende Lichtstrahlen, die die Bildinformation wiedergeben, wobei die drei Kathodenstrahlröhren mit ihren Bildschirmen in einer ersten Ebene parallel zum Projektionsschirm und untereinandet auf einer gedachten Linie ausgerichtet sind, und mit drei auf einer zweiten gedachten, zur ersten gedachten Linie parallel angeordneten optischen Linsenanordnungen jeweils zwischen Jem Bildschirm der zugehörigen Kathodenstrahlröhre und dem Projektionsschirm zum Projizieren des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm, wobei die entsprechenden Hauptebenen der Linsenanordnung in einer zweiten Ebene parallel zum ProjeKtionsschirm angeordnet sind.

Die praktische Grenze für die Größe eines Fernsehbildschirms, der direkt betrachtet wird, Deträgt etwa 76 cm (30 Inch). Für große Bilder ist es erforderlich, eine optische Projektionsanordnung zu verwenden, um die Abbildung zu vergrößern.

Es sind verschiedene Projektionsarten für Farbfernsehbilder bekannt; das Prinzip eines derartigen optischen Systems ist in F i g. 1 dargestellt.

Danach weist ein bekanntes Projektionssystem für Farbfernsehbilder drei Kathodenstrahlröhren Cl, C2 und C3 auf, um Lichtstrahlen verschiedener Primärfarben durch entsprechende Linsenanordnungen L 1, L 2 und L 3 auf einen Projektionsschirm 5 zu projizieren, wobei die Primärfarbem normalerweise rot, grün und blau sind. Drei verschiedene Farblichtstrahlen bilden ein zutreffendes Farbbild, wenn sie auf den Projektionsschirm projiziert werden, wobei es erforderlich ist, daß sie ohne irgendwelche Verschiebungen gegeneinander miteinander zur Deckung gebracht werden. Um ein vollständiges und exaktes Überlappen der drei verschiedenen Farbbilder zu erreichen, ist es erforderlich, drei verschiedene Farblichtstrahlen ausgehend von exakt dem gleichen Ort zu erzeugen. Da es jedoch unmöglich ist, daß die drei Kathodenstrahlröhren den gleichen Ort zum gleichen Zeitpunkt einnehmen, sind sie nebeneinander ausgerichtet, um die Verschiebung der Lichtquelle zwischen den drei verschiedenen Primärfarben zu minimalisieren. Bei den bekannten Projektionssystemen sind die drei Kathodenstrahlröhren Cl, C2 und C3 im gleichen Abstand gegenüber der Mitte Cs des Projektionsschirms 5 angeordnet, wobei die Projektionsfläche, d. h. der phosphoreszierende Bildschirm, der Kathodenstrahlröhre C2 in der Mitte parallel zur Fläche des Projektionsschirms S angeordnet ist, während die zwei benachbarten Kathodenstrahlröhren

Fläche des Projektionsschirms S geneigt sind. Daher ist die Achse A1 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre CX und dem Projeliionsschirm S gegenüber der Achse A 2 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre C 2 und dem Projektionsschirm Sum einen Winkel χ geneigt In ähnlicher Weise ist die Achse A3 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre C3 und dem Projektionsschirm S um einen Winkel λ gegenüber der Achse A 2 geneigt.

Die Linsenanordnungen Li, L2 und L3 sind zwischen den entsprechenden Kathodenstrahlröhren und dem Projektionsschirm angeordnet, und zwar im gleichen Abstand von der Mitte Cs des Projektionsschirms S, wobei ihre Achsen mit den Achsen Ai, A 2 bzw. A 3 ausgerichtet sind.

Unter der Annahme, daß die optischen Eigenschaften der Linsenanordnungen L 1, L 2 und L 3 exakt gleich sind, werden die Abbildungen der Kathodenstrahlröhren Ci, C2 und C3 auf den Projektionsschirm S im gleichen Vergrößerungsverhältnis projiziert, d. h. mit der gleichen Vergrößerung.

Jedoch stimmt bei einem derartigen optischen System eine auf der Mitte Cs des Projektionsschirms S errichtete Normale nur mit der Achse A 2 überein, während die anderen Achsen A 1 und A 3 relativ zu 2ί dieser Normalen geneigt sind. Daher ist lediglich der Lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre C2 genau auf den Projektionsschirm 5 fokussiert, da für den Lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre CI die Abbildung genau auf einen imaginären Schirn; S' jii fokussiert ist. Da der imaginäre Schirm S' um einen Winkel α gegenüber dem tatsächlichen Projektionsschirm 5 geneigt ist, ist die Abbildung des Lichtstrahls, der von der Kathodenstrahlröhre Cl auf den tatsächlichen Projektionsschirm S projiziert wird, auf π Grund der geometrischen Verschiebung versetzt, insbesondere an den einander gegenüberliegenden Rändern, wo der tatsächliche Projektionsschirm 5 von dem imaginären Schirm S'in großem Maße abweicht. In ähnlicher Weise würde eine Abbildung, die durch den Lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre C3 gebildet wird, auf einen anderen imaginären Schirm 5" genau fokussiert werden. Daher ist die auf den tatsächlichen Projektionsschirm Sfokussierte Abbildung versetzt.

Um derartige Abweichungen der projizierten Abbil- -n dung zu vermeiden oder zu minimalisieren, ist es für den Fachmann bekannt, daß die Originalabbildung auf den Kathodenstrahlröhren geometrisch korrigiert werden muß oder daß die drei Kathodenstrahlröhren Cl, C2 und C3 in einem Abstand angeordnet werden müssen, ^r>o der wesentlich größer ist als der Abstand zwischen den benachbarten Kathodenstrahlröhren. In der Praxis werden derartige Abweichungen minimalisiert oder vollständig eliminiert, indem die Lichtquelle D ausreichend von dem Projektionsschirm 5 getrennt angeord- Ti net wird, und zwar insbesondere um mehr als 1 bis 2 Meter, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.

Daher ist es mit der bekannten optischen Anordnung nicht nur unmöglich, ein Farbfernsehgerät mit annehmbarer Größe zu konstruieren, das drei Kathodenstrahl- w> röhren Cl, C2 und C3, drei Linsenanordnungen Li, L 2 und L 3 sowie einen Projektionsschirm 5 aufweist, die in einem Gehäuse untergebracht sind, sondern es ist auch sehr schwierig, die Kathodenstrahlröhren und die Linsenanordnungen mit den entsprechenden optischen μ Achsen auf der Mitte des unabhängig vorbereiteten Projektionsschirms Sin Übereinstimmung zu bringen.

sehen System die geometrischen Verschiebungen ein gegebenes Farbbild auf dem Projektionsschirm S, das insbesondere an den gegenüberliegenden Rändern undeutlich und unscharf wird, da die projizierte Abbildung nicht vollständig fokussiert ist

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die drei verschiedenen Farblichtstrahlen sich nicht exakt überlappen.

Obwohl es möglich ist, die Korrektur dieser Verschiebungen dadurch zu erreichen, daß die oben beschriebenen Linsenanordnungen durch andere mit größerer relativer Apertur ersetzt werden, führt eine derartige Korrektur doch zu einer Abnahme der Luminanz des erzeugten Farbbildes.

Folglich hat das bekannte optische System gemäß F i g. 1 den Nachteil, daß das Verhältnis des Abstandes zwischen der Kathodenstrahlröhre und dem Projektionsschirm zum Abstand zwischen den benachbarten Kathodenstrahlröhren, insbesondere das Abstandsverhältnis, auf einen bestimmten Bereich beschränkt ist, und außerdem ist die relative Apertur jeder Linsenanordnung beschränkt.

Aus der US-PS 28 85 464 ist eine Farbfemsehprojektionsanordnung der oben beschriebenen Art bekannt, bei der allerdings nichts über die Anordnung der Kathodenstrahlröhren ausgesagt ist. Um jedoch die Bilder von den drei Kathodenstrahlröhren möglichst gut auf den Bildschirm zur Deckung zu bringen, müssen die Kathodenstrahlröhren möglichst nahe beieinander angeordnet sein. Man wird daher die Anordnung der Bildschirme auf den Ecken eines (vorzugsweise gleichseitigen) Dreiecks vorsehen oder die Bildschirme übereinander anordnen. Bei dieser Farbfernsehprojektionsanordnung sind jedoch die Linsen jeweils auf den Achsen der Kathodenstrahlröhren angeordnet. Dadurch entstehen Abbildungsfehler. Die oberen und unteren Linsensysteme bilden die Bildschirme vorzugsweise in ihrem Randbereich auf dem Projektionsschirm ab.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Farbfernsehprojektionsanordnung zu schaffen, die eine bessere Farbbildprojektion und ein besseres Aufeinanderanpassen der drei Teilbilder verschiedener Farbe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die gedachten Linien parallel zur korizontalen Abtastrichtung der Lichtstrahlen sind, daß die Zentren der Linsenanordnungen auf Geraden zwischen den Zentren der zugehörigen Bildschirme und dem Zentrum des Projektionsschirms angeordnet sind und daß der Projektionsschirm einen Diffuser zur Streuung des projizierten Lichtstrahls in einem großen Winkelbereich parallel zu den gedachten Linien und in einem kleinen Winkelbereich senkrecht zu den gedachten Linien aufweist.

Bei einer derartigen Farbfersehprojektionsanordnung stimmen die drei Farbabbildungcn, die von den drei Kathodenstrahlröhren projiziert werden, geometrisch miteinander überein, so daß das erzeugte Farbbild keinerlei Bildverschiebungen aufweist. Außerdem ist jede von der Kathodenstrahlröhre projizierte Abbildung genau auf den Projektionsschirm fokussiert und sie wird nicht an den gegenüberliegenden Rändern defokussiert. Daher sind Linsen mit großem Aperturverhältnis für das erfindungsgemäße optische System verwendbar.

In vorteilhafter Weise erfordert das erfindungsgemä-

dem wird der Abstand zwischen dem Projektionsschirm und den Kathodenstrahlröhren im Verhältnis zum Abstand zwischen den benachbarten Kathodenstrahlröhren verkürzt. Durch die Verkürzung des verfügbaren Bereichs für die relative Apertur wird eine Linsenanordnung mit höherer Luminanz erreicht. Schließlich kann die erfindungsgemäße Farbfernsehprojektionsanordnung in einem Gehäuse angeordnet sein, ähnlich wie bei einem unmittelbar zu betrachtenden Farbfernsehgerät.

Durch die Verwendung des Diffusers zur Streuung des projizierten Lichtstrahls wird erreicht, daß nur verhältnismäßig wenig Licht nach oben und unten gestreut wird, also in Richtungen, aus denen das Fernsehbild normalerweise nicht betrachtet wird. Das Licht wird jedoch stark zu den Seiten gestreut, so daß r, das Fernsehbild auch von der Seite betrachtet werden kann, wodurch es mehreren Personen möglich wird, gleichzeitig das Fernsehbild klar und deutlich zu sehen. Selbstverständlich führt dieser Vorteil auch dazu, daß auch eine Person beim Betrachten des Bildes Vorteile hat, indem sie das Fernsehbild von verschiedenen Stellen aus beobachten kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Bei der in Anspruch 4 beschriebenen Ausführungs- 2^r> form wird erreicht, daß das erzeugte Bild auf dem Projektionsschirm bei einer Betrachtung durch das Auge eine gleichförmige Helligkeit aufweist. Eine derartige Helligkeitskorrektur gleicht nicht nur die Helligkeit des erzeugten Farbbildes aus, sondern paßt w auch die Farbwerte der drei verschiedenen Primärfarben an.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematische Darstellungen der 3-, optischen Anordnung einer bekannten Farbfernsehprojektionsanordnung,

Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf eine optische Anordnung der erfindungsgemäßen Farbfernsehprojektionsanordnutig,

F i g. 4 ein Diagramm der relativen Helligkeit der drei verschiedenen, unkorrigierten, auf den. Schirm projizierten Primärfarben,

F i g. 5 und 6 eine schematische Aufsicht bzw. eine Seitenansicht der optischen Anordnung gemäß F i g. 3 mit lediglich einer Kathodenstrahlröhre,

F i g. 7 eine schematische, perspektivische Ansicht der optischen Anordnung der F i g. 5 und 6,

F i g. 8 und 9 Impulsdiagramme des horizontalen bzw. des vertikalen Helligkeitssignals für die Kathodenstrahlröhre,

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Korrekturschaltkreises für die Helligkeit,

F i g. 1 la bis 1 If Impulsdiagramme für die verschiedenen Punkte in dem Korrekturschaltkreis der F i g. 10,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines teilweise weggebrochenen Projektionsschirms,

Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der relativen Intensität des durch die Linsenschicht bzw. durch die mattierte Diffuserplatte gestreuten Licht- (,ο Strahls,

Fig. 15a und 15b teilweise Querschnitte des Projektionsschirms der F i g. 12 und

Fig. 16 eine graphische Darstellung der relativen Intensität des durch den Projektionsschirm der Fi g. 12 gestreuten Lichtstrahls.

In F i g. 3 ist das Prinzip der optischen Anordnung der erfindungsgemäßen Farbfernsehprojektionsanordnung dargestellt.

Die optische Anordnung weist einen Projektions schirm 2, drei Kathodenstrahlröhren 4, 6 und 8 sowii drei Linsenanordnungen 16, 18 und 20 auf, die jeweil zwischen dem Projektionsschirm 2 und den entspre chenden Kathodenstrahlröhren angeordnet sind.

Vor der Beschreibung des Aufbaus des Projektions schirms 2 wird zunächst die optische Anordnung de; erfindungsgemäßen Farbfernsehprojektionsanordnung beschrieben. Jede der drei Kathodenstrahlröhren 4, ( und 8 weist einen aus Glas bestehenden Bildschirm ode phosphoreszierenden Schirm 10, 12 bzw. 14 auf, durcl die auf den Projektionsschirm 2 verschiedene Licht strahlen der Primärfarben projiziert werden, die di( Abbildungsinformation enthalten. Beispielsweise kön ncn die drei Kathodenstrahlröhren 4,6 und 8 rote, grüru bzw. blaue Farblichtstrahlen erzeugen. Die dre Kathodenstrahlröhren 4,6 und 8 sind derart ausgebildet daß ihre gläsernen Bildschirme parallel zur Fläche de: Projektionsschirms 2 angeordnet sind, und der jeweiligf Bildschirm ist gegenüber der Fläche des Projektions schirms 2 in einem vorbestimmten Abstand D: angeordnet, wobei die benachbarten Kathodenstrahl röhren gegeneinander einen Abstand D 2 aufweisen während die Bildschirme mit einer imaginären Linii parallel zur horizontalen Abtastrichtung des Lichtstrah les angeordnet sind.

Dabei stimmt die optische Achse für den Lichtstrahl der von jeder der Kathodenstrahlröhren projiziert wird mit einer Linie überein, die sich zwischen der Mitte de; entsprechenden Bildschirms und der Mitte des Projek tionsschirms 2 erstreckt. Daher sind die strichpunktier ten Linien 22, 24 und 26 die optischen Achsen für di( Lichtstrahlen, die von den Kathodenstrahlröhren 4, ( bzw. 8 projiziert werden.

Die drei Linsenanordnungen 16, 18 und 20, die zui Vereinfachung der Zeichnung jeweils als einzelne Lins( dargestellt sind, sind derart ausgebildet, daß ihre Hauptebenen 16a, 18a und 20a parallel zur Fläche de: Projektionsschirms 2 sind, wobei die entsprechender Hauptebenen 16a, 18a und 20a gegenüber der Flächt des Projektionsschirms 2 einen vorbestimmten Abstaue D 3 aufweisen.

Dabei stimmen die Mitten jeder der Linsenanordnun gen 16,18 und 20 mit den optischen Achsen 22,24 bzw 26 überein.

Mit derartigen optischen Anordnungen, bei denen di< Linsencharakteristika der Linsenanordnungen 16, Ii und 20 gleich sind, ist das Vergrößerungsverhältnis dei projizierten Abbildung in den verschiedenen Farber gleich, so daß die projizierte Abbildung jedes Farblicht Strahls geometrisch mit den Abbildungen der anderer Farblichtstrahlen übereinstimmt Daher sind abgeseher von Aberrationen der Linsenanordnungen 16,18 und 2( die projizierten Abbildungen in den drei verschiedene nen Farben auf den Projektionsschirm 2 exak überlagert, so daß ein geeignetes Farbbild reproduzier wird, das keinerlei nachteilige geometrische Verschie bungen oder Undeutlichkeiten aufweist

Daher können bei einer derartigen optischer Anordnung die Abstände Di und D 2 in einen größeren Bereich als bei bekannten optischen Anord nungen zugelassen werden, da die Abstandsänderung ir jedem der Abstände Di und DI die geometrische Verschiebung zwischen den projizierten Abbildungen ir den verschiedenen Farben nicht beeinflussen kann.

Da außerdem die drei Ebenen, d. h. die erste Ebens mit den Bildschirmen der drei Kathodenstrahlröhren

die zweite Ebene mit den Hauptebenen der Linsenanordnungen sowie die dritte Ebene mit der Oberfläche des Projektionsschirms, zueinander parallel sind, stimmen die genauen Fokussierungsebenen für die verschiedenenen Farblichtstrahlen, die von den drei Kathodenstrahlröhren projiziert werden, miteinander in der dritten Ebene überein, in der die Oberfläche des Projektionsschirms ist. Daher sind bei der optischen Anordnung der Fig. 3 die Linsenanordnungen mit vergleichsweise großer relativer Apertur zulässig. Bei Untersuchungen ist herausgefunden worden, daß die erfindungsgemäßen Linsenanordnungen Lichtstärken aufweisen, bei denen das Verhältnis der Brennweite zum Objektivdurchmesser 2,0 beträgt, während dieses Verhältnis bei bekannten optischen Anordnungen 2,8 Ii beträgt, um ein Farbbild gleicher Güte zu erhalten, wobei die Vergrößerung der Linsenanordnungen sechs beträgt und der diagonale Abstand des Schirms 750 mm bei gleichem Projektionsabstand.

Daher ist die Helligkeit des projizierten Farbbildes auf dem Schirm bei Verwendung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zweimal so groß wie die Helligkeit bei bekannten Anordnungen.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß die erfindungsgemäße optische Anordnung gemäß Fig.3 der bekannten Anordnung gemäß F i g. 1 im Hinblick auf die Helligkeit, d. h. die Luminanz, überlegen ist. Jedoch kann bei der erfindungsgemäßen optischen Anordnung eine Unregelmäßigkeit bei dem erzeugten Farbbild auftreten, das auf den Schirm projiziert worden ist, wenn die drei jo Farbabbildungen gemischt werden.

Die folgende Beschreibung befaßt sich mit diesem Problem sowie mit Vorrichtungen zu einer entsprechenden Korrektur.

Gemäß F i g. 3 ist die optische Achse 22 des J5 Lichtstrahls, der von der Kathodenstrahlröhre 4 aus projiziert wird, gegenüber der optischen Achse 24 um einen Winkel β geneigt. In entsprechender Weise ist die optische Achse 26 zur anderen Seite gegenüber der optischen Achse 24 um einen Winkel β geneigt. Daher sind die Lichtstrahlen, die von den Kathodenstrahlröhren 4 und 8 aus projiziert und durch die entsprechenden Linsenanordnungen 16 und 20 gesammelt werden, gegenüber den Achsen der entsprechenden Kathodenstrahlröhren 4 und 8 um einen Winkel β geneigt.

Unter der Annahme, daß die Abbildung auf dem Bildschirm jeder Kathodenstrahlröhre gleichförmige Helligkeit aufweist und exakt gestreut worden ist, und daß jede Linsenanordnung die relative Apertur des Einheitswertes und gleiche spektrale Transmittanz für die drei Farben aufweist, so wird die Helligkeit der Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 derart abgelenkt, daß die Helligkeit abnimmt, wenn die Abbildung von der Achse jeder Linsenanordnung abweicht. Durch Definieren der Helligkeit der Abbildung mit dem Wert 1, die von der Kathodenstrahlröhre 6 auf die Mitte des Projektionsschirms 2 projiziert wird, ist die relative Helligkeit der Abbildung auf dem Schirm 2 gleich cos⁴©, wobei θ der Winkel des Lichtstrahls ist, der von der Linsenanordnung emittiert wird. Dementsprechend ist die relative Helligkeit der Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 ohne Helligkeitskorrektur durch eine graphische Darstellung gemäß Fig.4 gegeben, wobei die Abszisse der Emissions- oder Projektionswinkel und die Ordinate die relative Helligkeit ist. Die Kurven 4a, 6a und 8a stellen die relative Helligkeit der Abbildungen dar, die von den Kathodenstrahlröhren 4,6 bzw. 8 auf den Projektionsschirm 2 projiziert werden.

und zwar unter der Voraussetzung, daß )9 = 5,5°. Eine derartige Abweichung der Helligkeit kann korrigiert werden durch eine geeignete Korrektur eines Signals, das an jede der Kathodenstrahlröhren angelegt wird.

Vor der näheren Beschreibung dieser Korrektur wird zumächst die vierte Potenz des Kosinus des Winkels in Verbindung mit den F i g. 5, 6 und 7 erläutert, um besser zu verstehen, wie die Helligkeitskorreklur ausgeführt wird.

In den F i g. 5 und 6 sind eine schematische Aufsicht bzw. eine Seitenansicht der Fernsehprojektionsanordnung dargestellt, wobei die Kathodenstrahlröhren 4 und 8 zusammen mit ihren Linsenanordnungen 16 und 20 zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen sind.

Die Bezugszeichen in den F i g. 5 und 6 sind folgendermaßen festgelegt:

w. halbe Länge des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre in Horizontalrichtung,

λ: ein Lichtstrahl, der zu den am weitesten außen liegenden horizontalen Ränriern des Projektionsschirms 2 projiziert wird,

ξ: ein Winkel zwischen der optischen Achse 24 und dem Lichtstrahl λ,

m: Vergrößerung der Linsenanordnung 18,

rnw: halbe Länge des Projektionsschirms in Horizontalrichtung,

N: Streckenverhältnis des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre,

Nw: halbe Länge des Bildschirms in Vertikalrichtung,

μ: Lichtstrahl, projiziert zu den in Vertikalrichtung am weitesten außen liegenden Rändern des Projektionsschirms 2

η: ein Winkel zwischen der optischen Achse 24 und dem Lichtstrahl μ,

Nmw: halbe Länge des Projektionsschirms 2 in Vertikalrichtung.

Im allgemeinen ist die Beziehung zwischen der Helligkeit Eo einer Lichtquelle und der Helligkeit E einer Abbildung, die auf einen Projektionsschirm projiziert wird, durch die folgende Gleichung (1) gegeben:

E = Eo cos* θ , (1)

wobei Θ der durch den Lichtstrahl und die optische Achse gemäß obiger Beschreibung definierte Winkel ist. Durch Anwendung der Gleichung (1) auf die optische Anordnung gemäß den F i g. 5 und 6 kann die Gleichung (1) in die folgenden Gleichungen (2) und (3) umgeschrieben werden:

£1 = £10cos⁴i (2)

El = E20COS⁴//. (3)

wobei E\0 und £20 die Helligkeit eines kleinen Bereichs auf dem Bildschirm 12 für die Lichtstrahlen λ bzw. μ sind, während Et und £2 die Helligkeit auf dem Projektionsschirm 2 für die Lichtstrahlen λ bzw. μ sind.

Durch Vergleich der Gleichung (I) mit den Gleichungen (2) und (3) sei festgestellt, daß θ in der Gleichung (1) den Winkel, der zwischen der optischen Achse und dem tatsächlichen Lichtstrahl ist, bezeichnet, während ξ und η in den Gleichungen (2) bzw. (3) die Winkel bilden, die zwischen der optischen Achse und der horizontalen bzw. vertikalen Komponente des Lichtstrahls sind.

Da die Beleuchtung des Bildschirms 12 der Kathodenstrahlröhre 6 durch Abtasten des Elektronenstrahls in horizontaler und vertikaler Richtung durchgeführt wird.

wird vorzugsweise bei der Helligkeitskorrektur der tatsächliche Lichtstrahl in eine horizontale Komponente und eine vertikale Komponente gemäß Fig. 7 zerlegt.

In Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der optischen Anordnung der Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei Fdie Mitte der Linsenanordnung 18 und 12' die Oberfläche des Bildschirms 12 kennzeichnen, auf der eine Skala mit X'- und V"-Achsen vorgesehen ist, wobei die optische Achse mit einer Z'-Achse übereinstimmt. Ein Lichtstrahl 30, der von einem vorgegebenen kleinen Bereich oder einem Punkt P auf dem Bildschirm 12' emittiert wird, verläuft durch die Linsenmitte Fund wird auf den Projektionsschirm 2 in einem vorgegebenen kleinen Bereich oder in einem Punkt Q projiziert, um dort die Abbildung zu bilden. Der Projektionsschirm 2 ist ebenfalls mit Koordinaten .Yund Y versehen, wobei ihr Nullpunkt mit einer Mitte O auf dem Projektionsschirm 2 übereinstimmt. Vom Punkt Q erstreckt sich senkrecht zur X-Achse zum Punkt R eine Linie 32, und zwischen der Linsenmitte Fund dem Punkt R verläuft eine Linie 34. Definiert man den Winkel P zwischen den Linien 30 und 24, den Winkel ο zwischen den Linien 34 und 24 und den Winkel r zwischen den Linien 30 und 34, so ergibt sich die folgende Beziehung zwischen der Helligkeit Ep am Punkt P und der Helligkeit Eq am Punkt <?:

Eq = Ep cos⁴»; (4)

IO

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Helligkeit auf dem Projektionsschirm dadurch gleichmäßig wird, indem die Amplitude der horizontalen und vertikalen Abtastsignale korrigiert wird, und zwar durch Multiplizieren mit dem Wert 1/cos⁴« bzw. l/cos⁴r.

In Fig. 8 wird ein korrigiertes Impulsdiagramm für das horizontale Helligkeitssignal dargestellt, das der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird, wobei das Bezugszeichen Tdie horizontale Abtastzeit kennzeichnet und wobei die Beziehung zwischen der Zeit t und der Intensität der Helligkeit /ι folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

2(1

wobei /odie minimale Helligkeit ist, die auf der X-Achse auftritt, und wobei ω die folgende Phase ist:

da

., = y cos"¹ (in + \)f/\'(m + I)²/'² + nrw².

In Fig. 9 ist ein korrigiertes Impulsdiagramm für ein vertikales Helligkeitssignal dargestellt, das der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird, wobei das Bezugszeichen T'die vertikale Abtastzeit kennzeichnet und wobei die Beziehung zwischen der Zeit t und der Intensität der Helligkeit h folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

cos ο = FOIFQ

(5)

/ι = /»'/COS⁴

cos a = FOIFR
cos τ = FRIFQ ,

wird die folgende Beziehung erhalten:
cos η = cos π ■ cos τ .

(6) wobei /»' die minimale Helligkeit ist, ^ic auf der j-, V"'-Achse auftritt, und wobei <■/ die foUendc Phase ist:

(7) 2 "

<■>' = -^-COS"' (m + I)//Hm + I)²/² + N² m² w² .

Daher ist es möglich, die Gleichung (4) folgendermaßen umzuschreiben:

Eq = Ep cos⁴ σ ■ cos⁴ τ

(9)

Aus Gleichung (9) ergibt sich, daß die Gleichung (4) durch ein Produkt der X'- und K'-Axialkomponenten erhalten werden kann.

Der vom Bildschirm 12' am äußersten Rand der X'-Achse emittierte Lichtstrahl bildet die Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 am äußersten Rand gegenüber dem zuvor erwählten Rand auf der .Y-Achse gemäß F i g. 5, während der vom Bildschirm 12' am äußersten Rand der V-Achse emittierte Lichtstrahl die Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 am äußersten Rand gegenüber dem zuvor erwähnten Rand der K-Achse gemäß F i g. 6 bildet.

Wie sich aus den Linsenformeln ergibt, können cosf und COS1J folgendermaßen ausgedrückt werden:

55

60

cosi = (m + l)//|/(mw)² + (m + I)²/² 00)

cos,; = (m + I) //]/(NmwY + (m + I)²/²
wobei /die Brennweite der Linsenanordnung ist.

65

Diese Helligkeitskorrektur wird erhalten durch einen Korrekturschaltkreis, der mit der Kathodenstrahlröhre verbunden ist.

Gemäß Fig. 10 weist der Korrekturschaltkreis 40 einen Korrekturschaltkreis 42 und einen Korrekturschaltkreis 44 für die vertikale bzw. für die horizontale Helligkeit sowie einen Summierkreis 46 auf, der mit den beiden Korreklurschaltkreisen 42 und 44 verbunden ist. Der Korrekturschaltkreis 42 für die vertikale Helligkeit weist einen Pufferkreis 48, einen Impulsformer 50 und einen ersten Verstärker 52 auf, die in Reihe geschaltet sind, und der Korrekturschaltkreis 44 für die horizontale Helligkeit weist einen Integrator 54, einen Resonanzkreis 56 und einen zweiten Verstärker 58 auf, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind.

Ein sägezahnförmiges, vertikales Ablenksignal 62 gemäß Fig. 11a wird dem Eingangskontakt 60 des Korrekturschaltkreises 42 für die vertikale Helligkeit und dem Impulsformer 50 über den Pufferkreis 48 zugeführt Der Impulsformer 50 weist eine Diode 64, einen mit dieser verbundenen Reaktanztransformator 66 sowie einen Kondensator 68 auf, der über die Primärwicklung des Transformators 66 geschaltet ist. Wenn die erste Haibperiode, die der oberen Hälfte des Sägezahns 62 entspricht, durch die Diode 64 zum Reaktanztransformator 66 fließt, wird das Signal integriert und in einem Abschnitt zwischen den Bezugszeichen G und H gemäß Fig. 11b in eine paraboloidförmige Impulsform 70 umgewandelt

Während der ersten Halbperiode wird der Kondensator 68 ebenfalls mit dem gleichen Strom, der durch die Diode 64 fließt, aufgeladen. In der nächsten Halbperiode, die der unteren Hälfte der sägezahnförmigen Impulsform entspricht, wird die Diode 64 in ihren nichtleitenden Zustand umgeschaltet, wodurch der Kondensator 68 durch den Reaktanztransformator 66 entladen wird. Daher wird der Entladestrom in dem Reaktanztransformator 66 integriert und in eine parabolische Wellenform 70 in dem Abschnitt zwischen κι den Bezugszeichen f/und K umgewandelt. Daher wird eine vollständige Periode des Sägezahns in eine vollständige Periode der parabolischen Wellenform umgewandelt.

An einem Eingang 72 liegt ein horizontales !■■> Ablenksignal 74 gemäß Fig. lic, das zunächst in einen Sägezahn 76 gemäß Fig. Hd durch den Integrator 54 und danach in eine quasiparaboloidförmige Impulsform 78 gemäß Fig. He durch den Resonanzkreis 56 umgewandelt wird, um Resonanz mit einer horizontalen Ablenkfrequenz zu erzielen.

Die von dem ersten und dem zweiten Verstärker erhaltenen Signale werden in dem Summierkreis 46 zusammengefaßt, um ein kombiniertes Korrektursignal 80 gemäß Fig. 11 f zu erzeugen. Das kombinierte Signal 2> 80 wird einem nicht dargestellten Helligkeits-Steuerschaltkreis zugeführt, um die relative Helligkeit auf dem Bildschirm zu steuern, um die horizontale und die vertikale Helligkeitsverteilung parabolisch zu ändern. Daher hat die auf den Projektionsschirm 2 projizierte Abbildung eine relative Helligkeit gleichmäßiger Intensität über die gesamte Oberfläche.

Es sei festgestellt, daß die beschriebene Linsenanordnung, die aus einer Linse besteht, in den meisten Fällen durch eine Linsenanordnung mit einer Vielzahl von r> Linsen ersetzt werden kann. Bei einer derartigen Linsenanordnung wird das Verhältnis der peripheren Lichtintensität zur Lichtintensität in der Mitte der projizierten Abbildung, der sogenannte Apertur-Wirkungsgrad, wesentlich schärfer als bei einzelnen Linsen, -to so daß die peripheren Abbildungen auf dem Projektionsschirm 2 dunkler werden. Jedoch kann eine derartige Änderung der Lichtintensität, d. h. der Helligkeit, in ähnlicher Weise leicht korrigiert werden. Gemäß Gleichung (9) kann die Korrektur für die ·»-, vertikale Helligkeitsänderung und für die horizontale Helligkeitsänderung getrennt ausgeführt werden. Zur Korrektur der horizontalen Helligkeitsänderung auf dem Projektionsschirm 2 ist zunächst der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre so angeordnet, daß er einen ~>o gleichförmigen Lichtstrahl in horizontaler Abtastrichtung entlang der X-Achse erzeugt. Danach wird das Reziproke der Verteilungskurve dem Korrekturschaltkreis für die horizontale Helligkeit zugeführt, wodurch die Abbildung entlang der X-Achse korrigiert wird, um eine gleichmäßige Helligkeit wiederzugeben. Ersichtlich wird die vertikale Helligkeitsänderung in ähnlicher Weise korrigiert.

In den Fällen, in denen es schwierig ist, die Verteilungskurve zu erhalten, wird die Korrektur durch ω Messung lediglich der Helligkeit an den gegenüberliegenden Rändern des Projektionsschirms ausgeführt, wo die Lichtstrahlen λ und μ gemäß den Fig.5 und 6 hinprojiziert werden. Diese Randhelligkeiten werden verglichen mit den Gleichungen (10) bzw. (11), um ihre es Verhältnisse R und R' zu erhalten. Diese Verhältnisse werden dann dem ersten und dem zweiten Verstärker 48 bzw. 54 gemäß F i g. 10 zugeführt, um die Amplitude der parabolförmigen Impulsformen gemäß den Fig. 11b und 11 e zu vergrößern.

Bei Versuchen ist herausgefunden worden, daß eine einfache Korrektur ausreichend ist, wenn die Helligkeitsänderung derart korrigiert wird, daß sie innerhalb einer Variation von ± 5% gleichförmig ist.

Obwohl die obige Beschreibung insbesondere auf die Helligkeitskorrektur einer bestimmten Farbabbildung gerichtet ist, die durch die Kathodenstrahlröhre 6 gebildet wird, werden andere Farbabbildungen, die durch die Kathodenstrahlröhren 4 und 8 erzeugt werden, ebenfalls korrigiert, um eine gleichförmige Helligkeit über den gesamten Projektionsschirm 2 in ähnlicher Weise wie oben beschrieben auszubilden. Daher wird auf nähere Erläuterungen der Helligkeitskorrektur der von den Kathodenstrahlröhren 4 und 8 erzeugten Abbildungen verzichtet.

Da das so auf dem Projektionsschirm 2 ausgebildete Farbbild jeweils einzelne Farbabbildungen aufweist, die genau auf den Projektionsschirm 2 fokussiert sind und sich exakt überlappen, werden keinerlei Störungen, wie Unscharfen, in dem fertigen Farbbild festgestellt. Außerdem trägt die gleichförmige Helligkeit bei jeder Farbabbildung nicht nur dazu bei, daß das fertige Farbbild gleichförmige Helligkeit aufweist, sondern auch dazu, daß über das gesamte Farbbild ein ausgewogener Farbwert zwischen den drei verschiedenenen Primärfarben erhalten wird.

Bei der oben beschriebenen optischen Anordnung weist der erfindungsgemäße Projektionsschirm 2 gemäß Fig. 12 eine Linsenschicht 80 und eine Diffuserplatte 82 auf. Die Linsenschicht 80 ist beispielsweise aus einer Platte aus Vinylchlorid mit einer Dicke von 0,3 mm aufgebaut und weist eine Oberfläche mit Linsenfurchen auf, deren Linsenneigung 0,254 mm, deren Krümmungsradius 0,134 mm und deren Refraktionsindex 1,58 beträgt.

Mit einer derartigen Linsenschicht 80 wird der darauf projizierte Lichtstrahl relativ zu den horizontalen und vertikalen Streurichtungen unterschiedlich gestreut. In horizontalen Richtungen streut der Lichtstrahl in einen großen Bereich, der bestimmt wird durch die Linsenneigung und durch die Brennweite. Andererseits streut der Lichtstrahl in vertikale Richtungen in einem schmalen Bereich bzw. wird kaum gestreut, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist.

Die Kennlinien in Fig. 13 zeigen die Intensität des gestreuten Lichtstrahls sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung, wobei die Abszisse und die Ordinate den Streuwinkel bzw. die relative Intensität des Lichtstrahls angeben.

Die Diffuserplatte 82 besteht beispielsweise aus einer 0,117 mm dünnen Platte aus dreifach oxydierter Zellulose, wobei mindestens eine Oberfläche in bekannter Weise mattiert ist. Eine derartige Diffuserplatte 82 weist eine Streucharakteristik gemäß Fig. 14 auf, in der die Abszisse und die Ordinate den Streuwinkel bzw. die relative Intensität des Lichtstrahls angeben.

Es sei festgestellt, daß der beschriebene Projektionsschirm 2 mit der Diffuserplatte 82 über der Linsenschicht 80 in umgekehrter Weise ausgebildet sein kann, d. h., daß die Linsenschicht 80 über der Diffuserplatte 82 angeordnet ist, wobei die gleiche Wirkung erreicht wird.

Wenn die Diffuserplatte 82 über der Linsenschicht 80 oder umgekehrt liegt, so ist im Rahmen der Erfindung herausgefunden worden, daß die Seite der Linsenschicht 80 mit den Linsenfurchen sowie die mattierte Fläche der Diffus^rplatte 82 vorzugsweise der Richtung zugewandt

sein sollen, aus der der Lichtstrahl kommt, d. h. in Richtung auf die Kathodenstrahlröhren (vgl. Fig. 15a und 15b), um den Lich'strahl wirkungsvoll zu streuen.

Mit einem derartigen Projektionsschirm wird der Bereich für den Lichtstrahl, der in horizontale Richtung gestreut wird, hauptsächlich durch die Linsenschicht 80 bestimmt, während der Bereich für den Lichtstrahl, der in vertikaler Richtung gestreut wird, durch die Schicht der Diffuserplatte 82 bestimmt wird. Da der Betrachtungswinkel eines Fernsehzuschauers beispielsweise zwischen ±30° in horizontaler Richtung und ±15° in vertikaler Richtung von der Mitte des Schirms variieren kann, ist der erfindungsgemäße Projektionsschirm 2 so angeordnet, daß der Lichtstrahl in horizontaler

Richtung in einen großen Winkel und in vertikalei Richtung in einen schmalen Winkel gestreut wird Daher ist der gestreute Lichtstrahl hauptsächlich zu der Zuschauern gerichtet, die um den Projektionsschirm 2 gruppiert sind. Derartige Streukennlinien sind ir F i g. 16 dargestellt, wobei die Abszisse und die Ordinate den Streuwinkel bzw. die relative Intensität des Lichtstrahls angeben.

Es sei noch erwähnt, daß im Rahmen der Erfindung der Projektionsschirm 2 als Reflexions- oder als Transmissionsschirm ausgebildet sein kann.

Schließlich kann die erfindungsgemäß aus dreifach oxydierter Zellulose hergestellte Diffuserplatte 82 durch Mattglas ersetzt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Farbfernsehprojektionsanordnung mit einem Projektionsschirm, mit drei Kathodenstrahlröhren mit jeweils einem Bildschirm zum Erzeugen und Projizieren von Farbbildern auf den Projektionsschirm durch drei die Primärfarben enthaltende Lichtstrahlen, die die Bildinformation wiedergeben, wobei die drei Kathodenstrahlröhren mit ihren to Bildschirmen in einer ersten Ebene parallel zum Projektionsschirm und untereinander auf einer gedachten Linie ausgerichtet sind, und mit drei auf einer zweiten gedachten, zur ersten gedachten Linie parallel angeordneten optischen Linsenanordnungen jeweils zwischen dem Bildschirm der zagehörigen Kathodenstrahlröhre und dem Projektionsschirm zum Projizieren des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm, wobei die entsprechenden Hauptebenen der Linsenanordnungen in einer zweiten Ebene parallel zum Projektionsschirm angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten Linien parallel zur horizontalen Abtastrichtung der Lichtstrahlen sind, daß die Zentren der Linsenanordnungen (16, 18, 20) auf Geraden zwischen den Zentren der zugehörigen Bildschirme (10, 12 bzw. 14) und dem Zentrum des Projektionsschirms (2) angeordnet sind und daß der Projektionsschirm (2) einen Diffuser (80, 82) zur Streuung des projizierten Lichtstrahls in einem großen Winkelbereich parallel zu den gedachten Linien und in einem kleinen Winkelbereich senkrecht zu den gedachten Linien aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffuser (80,82) r,

a) eine Diffuserplatte (82), von der mindestens eine Oberfläche mattiert ist, um einen einfallenden Lichtstrahl in alle Richtungen zu streuen, und

b) eine über die Diffuserplatte (82) angeordnete, als Linse wirkende Platte (80) aufweist, um die Streuung des Lichtstrahls in Horizontalrichtung zu verengen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mattierte Oberfläche der Diffuserplatte (82) und die Linsenoberfläche der Platte (80) dem Bildschirm (10,12,14) zugewandt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mit jeder der drei Kathodenstrahlröhren (4, 6, 8) verbundenen Helligkeitssteuerung zur Steuerung der Intensität des auf dem Bildschirm (10,12,14) erzeugten Lichtstrahls, so daß die vertikale und horizontale Helligkeitsverteilung eine große Helligkeit an den gegenüberliegenden Rändern und eine geringe Helligkeit in der Mitte des Bildschirms (10, 12, 14) aufweist und so die auf dem Projektionsschirm (2) wahrgenommene Abbildung eine gleichförmige Helligkeit aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitssteuerung die Intensität ω des Lichtstrahls derart steuert, daß die horizontale und die vertikale Helligkeitsverteilung auf dem Bildschirm (10, 12, 14) proportional zu 1/cos⁴o bzw. l/cos⁴r ist, wobei der Wert σ ein Winkel zwischen der durch die Mitte des Bildschirms (10, 12, 14) senkrecht verlaufenden optischen Achse (24) und einer Linie (34) ist, die die Projektion einer Linie (30) ist, die sich zwischen einem beliebigen Punkt (Ρ)ζ\ιϊ dem Bildschirm (12') und der Mitte (F) der Linsenanordnung auf einer die optische Achse einschließenden imaginären Horizontalfläche erstreckt, und wobei τ ein Winkel zwischen der optischen Achse und einer Linie ist, die die Projektion einer Linie ist, die sich zwischen einem beliebigen Punkt auf dem Bildschirm (10,12,14) und der Mitte der Linsenanordnung auf einer die optische Achse einschließenden gedachten Vertikalfläche erstreckt.