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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildprojektionsanordnung mit
einem Beleuchtungssystem mit einer Lampe zum Liefern eines Beleuchtungsbündels,
mit wenigstens einer Bildwiedergabeplatte mit einer periodischen Struktur von
Bildelementen zum Modulieren des Beleuchtungsbündels entsprechend einem zu
projizierenden Bildes zu einem Signalbündel und mit einer Projektionsoptik zum Projizieren
des Bildes an einen Bildprojektionsschirm.
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Die Bildprojektionsschirme, die für die genannten
Bildprojektionsanordnungen verwendet werden, sind wenigstens an der dem Zuschauerraum
zugewandten Seite mit einer Lichtstreustruktur, beispielsweise einer periodischen Struktur
länglicher Linsen versehen, die sich in einer Richtung erstreckt, die auch in der
Struktur der Bildwiedergabeplatte auftritt und deren Abmessungen derselben
Größenordnung sind wie die Abmessungen der an den Schirm projizierten periodischen
Struktur der Bildpunkte der Bildwiedergabeplatte. Durch Interferenz zwischen den
beiden periodischen Strukturen gleicher Größenordnung entstehen bei Projektion an
den Schirm störende Moire-Effekte. Das Ausmaß der Moire-Interferenz, mit anderen
Worten, die Modulationstiefe des Interferenzmusters ist abhängig von dem Verhältnis
der Teilung der periodischen Lichtstreustruktur des Schirms zu der Teilung der
Bildpunkte der Bildwiedergabeplatte, von der Größe des aktiven Teils innerhalb eines
Bildpunktes und von der Konfiguration der Bildpunkte in der Platte. Die
Konfiguration kann aus Reihen von Bildpunkten bestehen, wobei die Bildpunkte zweier
aneinander grenzender Reihen genau untereinander liegen. Dies ist die sog. orthogonale
Struktur. Eine andere Konfiguration besteht darin, dass die Bildpunkte zweier
aneinander grenzender Reihen gegenüber einander um eine halbe Teilung versetzt sind.
Dies ist die sog. Delta-Struktur.
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Eine Bildprojektionsanordnung der eingangs beschriebenen Art, bei der
solche Moire-Interferenz reduziert wird, ist aus der englischsprachigen Kurzfassung
von JP-A 4-125536 bekannt. In der dort beschriebenen Bildprojektionsanordnung wird
in die Lichtstrecke zwischen der Flüssigkristall-Bildwiedergabeplatte und der
Projektionslinse eine planparallele Platte in einem Winkel gegenüber der horizontalen und
vertikalen Achse der Bildwiedergabeplatte derart in das Bündel gestellt, dass die
periodische Struktur der Platte in nur einer Richtung scharf abgebildet wird, während die
Abbildung in der anderen Richtung, in der Moire-Interferenz auftritt, defokussiert ist.
Der Nachteil dabei ist, dass die Abbildungsqualität des zu projizierenden Bildes selber
in nur einer Richtung beeinträchtigt wird.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Bildprojektionsanordnung zu schaffen, wobei Moire-Interferenz unterdrückt wird und
gleichzeitig die Abbildungsqualität in allen Richtungen beibehalten wird.
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Die Bildprojektionsanordnung nach der vorliegenden Erfindung weist
dazu das Kennzeichen auf, dass in der Lichtstrecke zwischen der Bildwiedergabeplatte
und dem Projektionsschirm an einer Stelle, wo sich eine Lampenabbildung befindet, in
einem Teil des Signalbündels ein optisch transparentes Bündelverlagerungselement in
einem Winkel gegenüber der Signalbündelachse vorgesehen ist.
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Dadurch, dass in einem Teil des Signalbündels ein
Bündelverlagerungselement vorgesehen wird, wird die Bildwiedergabeplatte zweimal an den Schirm
abgebildet. Die Strahlung, die auf das Bündelverlagerungselement auftrifft, wird
seitlich verlagert und ergibt eine Abbildung, die gegenüber der von dem anderen Teil des
Bündels herrührenden Abbildung verlagert ist. Dadurch, dass die Dicke des Elementes
und der Winkel, in dem das Element gegenüber der Signalbündelachse gekippt ist,
geändert werden, kann die Größe der gegenseitigen Verlagerung der zwei Bilder
festgelegt werden. Die Verlagerung, erforderlich zum Unterdrücken des Moire-Effektes,
wird durch die Konfiguration der Bildelemente in der Bildwiedergabeplatte, durch das
Verhältnis zwischen der Teilung der periodischen Streustruktur am Schirm und die
Teilung der Struktur der Bildwiedergabeplatte und durch die Abmessung des aktiven
Teils innerhalb eines Bildpunktes bestimmt.
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Die zwei gegenüber einander verlagerten Bilder verursachen beide
Moire-Interferenz unterschiedlicher Intensität und mit entgegengesetzter Phase, so dass sie
einander wenigstens teilweise unterdrücken werden.
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Dadurch, dass das Bündelverlagerungselement an einer Stelle
vorgesehen ist, an der sich eine Lampenabbildung befindet, empfängt jeder Punkt des
Elementes von allen Bildpunkten der Bildwiedergabeplatte herrührende Strahlung,
während das von jedem Punkt des Elementes ausgehende Licht über den ganzen
Projektionsschirm verbreitet wird. Das Bündelverlagerungselement hat also an dieser Stelle
Effekt auf das ganze Bild.
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Da die erforderliche Verlagerung der Bildpunkte gegenüber einander im
Allgemeinen relativ gering ist, reicht ein relativ dünnes Bündelverlagerungselement,
das über nur einen geringen Winkel gekippt ist. Auf diese Art und Weise wird kaum
Astigmatismus eingeführt und die Abbildungsqualität wird in allen Richtungen
beibehalten.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Bildprojektionsanordnung nach
der vorliegenden Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass das
Bündelverlagerungselement sich in nahezu der Hälfte des Signalbündels erstreckt.
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In dem Fall wird die Intensität des Signalbündels nahezu in gleichen
Teilen über die beiden gegenüber einander verlagerten Bilder verteilt. Die zwei Moire-
Muster haben dann gleiche Amplitude und gleiche, aber entgegengesetzte Phase.
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In einer Bildprojektionsanordnung kann mit Hilfe zusätzlicher Linsen
eine Lampenabbildung zwischen der Bildwiedergabeplatte und der Projektionsoptik
gebildet werden, damit in der Ebene dieser Abbildung das Bündelverlagerungselement
vorgesehen werden kann. Damit die Abmessung, gemessen längs der Bündelachse
möglichst kleine gehalten wird, weist die Anordnung vorzugsweise das Kennzeichen
auf, dass das Bündelverlagerungselement sich in der Eintrittspupille der
Projektionsoptik befindet.
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Dabei wird mit Vorteil die Tatsache ausgenutzt, dass bei gut
entworfenen Bildprojektionsanordnungen die Lampe letzten Endes in dieser Eintrittspupille
abgebildet wird.
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Wenn das Bündelverlagerungselement sich in der Eintrittspupille der
Projektionsoptik befindet, kann das Bündelverlagerungselement in der
Projektionslinse integriert werden und braucht dann nicht als einzelnes Bauelement der
Bildprojektionsanordnung zugefügt zu werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
bekannten monochromen Bildprojektionsanordnung,
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Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung der Lichtstrecke
zwischen der Bildwiedergabeplatte und der Projektionsoptik in einer
Bildprojektionsanordnung nach der Erfindung, und
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Fig. 3a und 3b je eine schematische Darstellung einiger
Ausführungsbeispiele einer Farb-Bildprojektionsanordnung nach der Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Bildprojektionsanordnung ist in beispielsweise
der US Patentschrift US-A 5.098.184 beschrieben. Die Bildprojektionsanordnung 1
umfasst eine Lampe 3, die Licht in der Richtung der Bildwiedergabeplatte 5 sowie in
der Rückwärtsrichtung ausstrahlt. Auf der Rückseite der Lampe 3 befindet sich ein
sphärischer Reflektor 7, der das rückwärts ausgestrahlte Licht auffängt und eine
Abbildung dieser Lampe bildet. In der Figur fällt das an dem Reflektor 7 geformte Bild
der Lampe mit der Lampe 3 zusammen. Dabei ist vorausgesetzt, dass die Lampe für
das eigene Licht transparent ist. In der Praxis ist das meistens nicht so und wird dafür
gesorgt, dass die Lampe und die Lampenabbildung nebeneinander liegen. Das von der
Lampe 3 und von deren Abbildung ausgestrahlte Licht wird von einer Kondensoroptik
9 aufgefangen, die dieses Licht zu einem parallelen Strahl konzentriert, der danach auf
eine erste Linsenplatte 11 auftrifft. Von dieser Platte ist die der Quelle zugewandte
Seite mit einer Matrix von kleinen Linsen 13 versehen und die andere Seite 15 ist
vor
zugsweise flach. Der Einfachheit halber sind nur vier kleine Linsen angegeben. In
Wirklichkeit besteht die Platte 11 beispielsweise aus 8 · 6 kleinen Linsen. Jede dieser
Linsen 13 bildet die Quelle 3 an einer zugehörenden kleinen Linse 17 einer zweiten
Linsenplatte 19 ab. Von dieser Platte 19 ist die der Quelle 3 zugewandte Seite 21
flach, während die von der Quelle abgewandte Seite eine Matrix von kleinen Linsen
17 trägt. Die Anzahl Reihen und Spalten von kleinen Linsen der beiden Platten 11 und
19 entsprechen einander. Zum mit Hilfe der jeweiligen kleinen Linsen 13 Abbilden der
Quelle 3 an den entsprechenden kleinen Linsen 17 wird jeweils ein anderer Teil des
eintreffenden Strahles benutzt. Der Einfachheit halber sind in Fig. 1 nur zwei
Teilbündel b&sub1; und b&sub2; dargestellt. Jede der kleinen Linsen 17 versorgt eine Abbildung eines an
der entsprechenden kleinen Linse 13 geformten Strahlungsfleckens an der
Bildwiedergabeplatte 5. Hinter der zweiten Linsenplatte 19 sind die Linsen 23 und 25
vorgesehen, die dafür sorgen, dass alle Neuabbildungen in der Ebene der
Bildwiedergabeplatte überlagert werden.
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Das von der Bildwiedergabeplatte 5 entsprechend dem zu
projizierenden Bild modulierte Lichtbündel wird danach als Signalbündel von einer
Projektionsoptik 26 an einen Bildprojektionsschirm 27, beispielsweise einen
Transmissionsbildprojektionsschirm projiziert. Der Zuschauer 29 befindet sich auf der von
Beleuchtungssystem abgewandten Seiten des Bildprojektionsschirms. Ein dazu geeigneter
Bildprojektionsschirm ist beispielsweise aus der US Patentschrift US-A 4.573.764
bekannt und ist auf der dem Zuschauer 29 zugewandten Seite mit einer periodischen
Streustruktur versehen, beispielsweise einer linearen Linsenstruktur, um die projizierte
Strahlung in horizontaler Richtung einheitlich über den Zuschauerraum zu streuen.
Die Teilung einer derartigen periodischen Struktur liegt in der Größenordnung von
einigen Zehnteln mm. Die periodische Struktur der Bildpunkte der
Bildwiedergabeplatte hat, wenn an einen Projektionsschirm projiziert, eine Periode derselben
Größenordnung. Da die beiden periodischen Strukturen gleicher Größenordnung sind, werden
bei Projektion des Bildes an den Projektionsschirm die beiden periodischen Strukturen
interferieren und störende Moire-Interferenz verursachen. Auch wenn das Verhältnis
der Teilungen der beiden Strukturen ein Faktor n beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist,
kann Moire-Interferenz auftreten. Die Modulationstiefe derselben wird auch durch die
Größe des aktiven Teils innerhalb eines Bildpunktes bestimmt. Das Ausmaß der
Moi
re-Interferenz wird auf diese Weise durch das Verhältnis der Teilung der periodischen
Struktur des Schirms zu der Teilung der Struktur der Bildwiedergabeplatte, durch die
Größe des aktiven Teils innerhalb eines Bildpunktes und weiterhin durch die
Konfiguration der Bildpunkte in der Bildwiedergabeplatte bestimmt.
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In der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer
Bildprojektionsanordnung, wie diese in Fig. 1 dargestellt ist, in der Lichtstrecke zwischen der
Bildwiedergabeplatte 5 und dem Projektionsschirm 27 an einer Stelle, wo sich eine
Lampenabbildung befindet, ein optisch transparentes Bündelverlagerungselement 31
in einem Teil 33 des an den Schirm projizierten Signalbündels 35 anzuordnen. Das
andere Teilbündel 37 geht unmittelbar zu dem Projektionsschirm. Fig. 2 zeigt
schematisch den Teil der Strahlungsstrecke von der Bildwiedergabeplatte 5 bis an die
Projektionsoptik 26 einer Anordnung mit einem derartigen Element 31. Durch 35 ist ein
Lichtbündel angegeben, das von einem Bildpunkt 6 der Platte ausgeht. Dieses Element
in Form einer gegenüber der Bündelachse schief vorgesehenen planparallelen Platte
befindet sich in nur einem Teil 33 des Bündels und verlagert den hindurchgehenden
Bündelteil parallel zu sich selbst. Die Richtung der Verlagerung ist senkrecht zu der
Längsrichtung der Linsenstruktur am Projektionsschirm. Die Größe der Verlagerung
wird bestimmt durch die Dicke des Bündelverlagerungselementes und durch den
Winkel, in dem es sich gegenüber der Signalbündelachse befindet. Der andere Bündelteil
37 geht ungehemmt in Richtung des Schirms. Dadurch, dass die Bündelteile 33, 37,
die von dem Bildpunkt 6 herrühren, gegenüber einander versetzt sind, bildet die
Projektionslinse diesen Bildpunkt an zwei gegenüber einander verlagerten Bildpunkten an
einem in Fig. 2 nicht dargestellten Projektionsschirm ab.
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Damit das Bündelverlagerungselement 31 die Lichtbündel aller
Bildpunkte auf gleiche Weise behandelt, ist dieses Element 31 an einer Stelle vorgesehen,
wo eine Abbildung der Lampe 3 in Fig. 1 geformt wird.
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In der Ebene, in der eine Abbildung der Lampe geformt wird, empfängt
jeder Punkt Licht von jedem Bildpunkt der Bildwiedergabeplatte, während das Licht,
das von jedem Punkt dieser Ebene ausgeht, über den ganzen Projektionsschirm
verbreitet wird. An dieser Stelle beeinflusst das Bündelverlagerungselement 31 das
kom
plette Bild. Im Grunde kann das Bündelverlagerungselement klein sein und nur einen
kleinen Teil des Bündels 35 beaufschlagen. Dann ist aber die Lichtenergie in dem
Bündelteil 33, der durch das Element 31 hindurchgegangen ist, kleiner als die des
anderen Bündelteils 37 und die gegenüber einander verlagerten Bilder an dem
Projektionsschirm unterschiedliche Helligkeiten. Wenn dafür gesorgt wird, dass das
Bündelverlagerungselement die Hälfte des Signalbündels bestreicht, wird eine bevorzugte
Ausführungsform erhalten, bei der die versetzten Bilder am Schirm die gleiche
Helligkeit haben. Wenn das Element 31 sich in der Hälfte des Bündels 35 befindet,
interferieren die projizierten Bilder in demselben Ausmaß mit der Struktur dieses Schirms.
Die zwei Bilder werden dadurch um eine halbe Teilung der Struktur der
Bildwiedergabeplatte gegenüber einander verlagert und die Interferenzmuster sind gegenphasig,
so dass in einem bestimmten Abstand von dem Schirm keine Interferenz mehr sichtbar
ist.
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Wenn ein anderes Ausmaß der Moire-Unterdrückung ausreicht, kann
für eine Bündelverlagerung anders als eine halbe Teilung der Bildwiedergabeplatte
gewählt werden.
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Eine Position, in der sich eine Lampenabbildung befindet, ist
beispielsweise die Eintrittspupille 24 der Projektionslinse 25, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Bündelverlagerungselement 31 kann dann in der Linse 25 integriert werden und
bildet kein zusätzliches einzelnes Bauelement. Es lässt sich auch eine zusätzliche
Lampenabbildung verwirklichen, und zwar in der Lichtstrecke zwischen der
Bildwiedergabeplatte und der Projektionslinse mit Hilfe einer Linse. Das
Bündelverlagerungselement 31 kann dann an der Stelle dieser Lampenabbildung vorgesehen werden. Zum
Verwirklichen der zusätzlichen Lampenabbildung ist aber zusätzlicher Raum
innerhalb der Anordnung erforderlich, so dass Anordnung des Elementes 31 in der
Projektionslinse aus dem Gesichtspunkt der Gedrängtheit der Anordnung bevorzugt wird.
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Das Bündelverlagerungselement 31 kann beispielsweise eine
planparallele Platte sein, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist.
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Die in Fig. 1 vorgeschlagene Bildprojektionsanordnung ist eine
monochrome Bildprojektionsanordnung, aber die vorliegende Erfindung beschränkt sich
nicht darauf und kann auch bei einer Farb-Bildprojektionsanordnung angewandt
werden. Eine Farb-Bildprojektionsanordnung ist beispielsweise aus der bereits genannten
US Patentschrift US-A 5.098.184 bekannt und in den Fig. 3a und 3b dargestellt. In der
in Fig. 3a dargestellten Anordnung befinden sich drei Farbkanäle 38, 40, 42, einen für
jeden der Primärfarben Rot, Grün und Blau. Jeder Farbkanal umfasst ein
Beleuchtingssystem 41, eine Linse 43 und eine Transmissionsbildwiedergabeanordnung 45.
Diese Elemente sind in der Figur in dem grünen Kanal dargestellt. Die mit
Bildinformation modulierten monochromen Bündel 47, 49, 51 werden durch beispielsweise ein
dichroitisches Kreuz 53 zu einem einzigen Bündel 50 kombiniert. Danach wird das
Bündel 50 durch die Projektionslinse 55 an den (nicht dargestellten) Schirm projiziert.
Bei dieser Ausführungsform der Bildprojektionsanordnung 1 kann dann zur
Unterdrückung von Moire-Interferenz das Bündelverlagerungselement 31 in jedem der
Farbkanäle 38, 40, 42 untergebracht werden, wenn in diesen Kanälen eine
Lampenabbildung zwischen der Bildwiedergabeplatte und dem dichroitischen Kreuz 53 gebildet
wird. Vorzugsweise wird aber nur ein Bündelverlagerungselement 31 in dem
kombinierten Bündel 50 vorgesehen, wie dies in Fig. 3a durch eine gestrichelte Linie
angegeben ist.
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Fig. 3b zeigt eine andere Konfiguration einer
Farb-Bildprojektionsanordnung. Dabei wird nur ein Beleuchtungssystem 57 benutzt, dessen Strahlung mit
Hilfe farbselektiver Reflektoren 65, 67 in drei monochrome Bündel 59, 61, 63
aufgeteilt und mit Hilfe von Spiegeln 69 und 76 und über Linsen 64, 66, 68 monochromen
Bildwiedergabeplatte 71,73, 75 zugeführt wird. Die modulierten monochromen
Bündel werden durch die farbselektiven Reflektoren 77, 78 zusdammengefügt und der
Projektionslinse 79 zugeführt, in der ein Bündelverlagerungselement 31 vorgesehen
werden kann zur Unterdrückung der Moire-Interferenz an dem (nicht dargestellten)
Schirm. Auch hier können in den einzelnen Farbkanälen von den Bildwiedergabeplatte
nis an den Rekombinationsspiegel 78 einzelne Bündelverlagerungselement vorgesehen
werden. Vorzugsweise ist ein derartiges Element 31 in der Strecke des kombinierten
Bündels bc vorgesehen, beispielsweise in der Projektionslinse 79, wie in Fig. 3b
gestrichelt dargestellt.
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Die oben beschriebene Erfindung beschränkt sich nicht auf das
Unterdrücken von Moire-Interferenz in einer Bildprojektionsanordnung, deren
Bildprojektionsschirm eine periodische Struktur auf der dem Zuschauer zugewandten Seite
aufweist, sondern lässt sich ebenfalls anwenden für jede periodische Struktur am Schirm,
die von gleicher Größenordnung ist wie die an den Schirm projizierten periodischen
Struktur der Bildwiedergabeplatte.