NL9001610A - Beeldprojektie-inrichting. - Google Patents

Description

Beeldprojektie-inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldprojektie-inrichting bevattende een belichtingsstelsel, een beeldweergeefstelsel met minstens één beeldweergeefpaneel voor het opwekken van een te projekteren beeld waarbij de polarisatierichting van een door het belichtingsstelsel geleverde belichtingsbundel wordt gemoduleerd met de beeldinformatie, een projektielenzenstelsel voor het projekteren van het door het beeldweergeefstelsel gevormde beeld op een projektiescherm en een tussen het belichtingsstelsel en het beeldweergeefstelsel geplaatste polarisatiegevoelige bundeldeler voor het splitsen van de belichtingsbundel in twee, verschillend gepolariseerde, deelbundels waarvan de eerste deelbundel rechtstreeks geschikt is om door het beeldweergeefstelsel gemoduleerd te worden en een polarisatiedraaiend element voor het omzetten van de tweede deelbundel in een bundel met dezelfde polarisatietoestand als de eerste deelbundel, welke eerste en tweede deelbundels op het beeldweergeefstelsel invallen.

De term beeldprojektie-inrichting moet ruim opgevat worden en omvat een inrichting voor het weergeven van bijvoorbeeld een videobeeld, een grafisch beeld, numerieke informatie of een kombinatie daarvan. De beelden kunnen zowel monochrome- als kleurenbeelden zijn. In het laatste geval kan het weergeefstelsel drie kleurkanalen bevatten voor bijvoorbeeld de primaire kleuren rood, groen en blauw, in elk waarvan een beeldweergeefpaneel is aangebracht.

Een dergelijke beeldprojektie-inrichting voor een kleurenbeeld is beschreven in de Duitse octrooiaanvrage nr. 3.829.598.

De weergeefpanelen van de bekende inrichting zijn reflektieve panelen met als aktief, of beeldvormende, element een laag vloeibaar kristallijn materiaal van het zogenaamde nematische type. Deze laag verandert de polarisatierichting van een invallende lichtbundel lokaal, in afhankelijkheid van de beeldinformatie. Daartoe moet de lichtbundel lineair gepolariseerd zijn, in een bepaalde richting. De bekende inrichting bevat een polarisatiegevoelige bundeldeler, bestaande uit twee prismadelen waartussen een diëlektrische interferentielaag is aangebracht. Deze laag splitst de belichtingsbundel in twee onderling loodrecht lineair gepolariseerde deelbundels waarvan een eerste naar het beeldweergeefstelsel wordt doorgelaten. Om een efficiënt gebruik van het beschikbare licht te maken is in de weg van de tweede, door de interferentielaag gereflekteerde deelbundel een λ/4-plaat, waarin λ de golflengte van het licht is, in diagonaalstand aangebracht. Achter deze λ/4-plaat bevindt zich een reflektor die de tweede deelbundel naar de interferentielaag reflekteert. Omdat de tweede deelbundel tweemaal de X/4-plaat heeft doorlopen is zijn polarisatierichting over 90° gedraaid ten opzichte van de oorspronkelijke richting zodat ook de tweede deelbundel wordt doorgelaten naar het beeldweergeefstelsel. Uit de polarisatiegevoelige bundeldeler treden dan twee deelbundels die aan weerszijden van een vlak door de hoofdas van de inrichting gelegen zijn. De hoofdas van deze inrichting is de lijn die het centrum van de stralingsbron in het belichtingsstelsel verbindt met het centrum van het beeldweergeefstelsel.

Omdat de werking van het als polarisatiedeler gebruikte interferentiefilter afhankelijk is van de golflengte van de straling en van de hoek waaronder de stralen op dit filter invallen is dit filter minder geschikt indien de belichtingsbundel een grotere openingshoek heeft en een golflengtegebied dat het gehele zichtbare lichtspektrum omvat. Bovendien zijn de optische weglengtes door de bundeldeler voor de twee deelbundels verschillend, waardoor de twee door deze deelbundels gevormde afbeeldingen van de stralingsbron op verschillende posities langs de hoofdas gelegen zijn. In de bekende inrichting zijn geen voorzieningen getroffen om te bereiken dat de doorsnede van de belichtingsbundel ter plaatse van een beeldweergeefpaneel overeenkomt met die van het paneel en ter plaatse van het projektielenzenstelsel met de opening van dit lenzenstelsel.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een beeldprojektie-inrichting te verschaffen die bovengenoemde kombinatie van nadelen niet heeft. De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat de polarisatiegevoelige bundeldeler een georiënteerde laag dubbelbrekend materiaal bevat, dat de naar de bundeldeler gerichte belichtingsbundel in een virtueel vlak achter de bundeldeler een halfcirkelvormige doorsnede heeft, dat de deelbundels eenzelfde optische weglengte door de bundeldeler doorlopen en dat de uit het samenstel van bundeldeler en polarisatiedraaiend element tredende deelbundels samen een bundel met ronde doorsnede vormen.

Deze ronde bundeldoorsnede is aangepast aan de ronde pupil van het projektielenzenstelsel zodat de diameter van dit stelsel beperkt kan blijven.

De polarisatiegevoelige bundeldeler volgens de uitvinding kent twee klassen van uitvoeringsvormen.

De uitvoeringsvormen van de eerste klasse vertonen als kenmerk, dat de bundeldeler bestaat uit een eerste prisma met een eerste vlak evenwijdig aan de hoofdstraal van de op de bundeldeler invallende belichtingsbundel en een tweede prisma met een eerste vlak evenwijdig aan de hoofdstraal, welke prisma's dezelfde brekingsindex hebben, dat de laag dubbelbrekend materiaal tussen de eerste vlakken van de prisma's gelegen is waarbij een van de brekingsindices van dit materiaal nagenoeg gelijk is aan die van de prisma's dat een tweede en derde vlak van het eerste prisma welke vlakken even grote doch tegengestelde hoeken met het eerste vlak maken het intreevlak respektievelijk een eerste uittreevlak van de bundeldeler vormen, dat een tweede vlak van het tweede prisma, welk vlak evenwijdig is aan het tweede vlak van het eerste prisma, een tweede uittreevlak van de bundeldeler vormt.

Bij voorkeur vertonen de uitvoeringsvormen van de eerste klasse als verder kenmerk, dat het polarisatiedraaiend element op een van de uittreevlakken is aangebracht.

Een eerste uitvoeringsvorm van de eerste klasse vertoont als kenmerk, dat het dubbelbrekend materiaal een vloeibaar kristallijn materiaal is.

Een tweede, voorkeurs-, uitvoeringsvorm van de eerste klasse vertoont als kenmerk, dat de laag dubbelbrekend materiaal een dubbelbrekende lijmlaag is.

De dubbelbrekende lijmlaag vertoont ten opzichte van een laag vloeibaar kristallijn materiaal als voordelen dat zij minder temperatuurafhankelijk en beter temperatuurbestendig is. Bovendien kunnen bij gebruik van een dubbelbrekende lijmlaag de brekingsindices van de lijmlaag van de prisma's beter op elkaar afgestemd worden.

De lijmlaag is bij voorkeur een uniaxiaal georiënteerde polymeerlaag.

Een bijzonder temperatuurbestendige bundeldeler vertoont als kenmerk, dat de polymeerlaag is gevormd uit een uitgeharde vloeibaar kristallijne monomeersamenstelling.

Een uitvoeringsvorm van de tweede klasse vertoont als kenmerk, dat de bundeldeler bevat een, onder een hoek van ongeveer 45° met de hoofdas geplaatste, laag cholesterisch materiaal dat de belichtingsbundel splitst in een eerste, gereflekteerde, deelbundel van circulair gepolariseerd licht met een eerste draairichting en een tweede, doorgaande, deelbundel van circulair gepolariseerd licht met een tweede, tegengestelde, draairichting en verder voorzien is van een in de weg van de eerste deelbundel geplaatste eerste reflektor die evenwijdig is aan de hoofdstraal van de op de bundeldeler invallende belichtingsbundel en van een tweede reflektor die in de weg van de tweede deelbundel geplaatst is onder een hoek van ongeveer 90° met de cholesterische laag, en dat een van de reflektoren de draairichting van de daarop invallende deelbundel omkeert.

Deze bundeldeler levert twee deelbundels die beide linksof rechts circulair gepolariseerd zijn en samen een bundel met een ronde doorsnede vormen. Deze bundel kan zonder polarisatiekonversie aan het beeldweergeefstelsel toegevoerd worden. Het is echter ook mogelijk dat de circulair gepolariseerdea bundel eerst in een lineair gepolariseerde bundel wordt omgezet alvorens het beeldweergeefstelsel te bereiken.

Opgemerkt wordt dat het gebruik van een laag (links- of rechtsdraaiend) cholesterisch materiaal in kombinatie met een reflektor, om in een beeldprojektie-inrichting beide polarisatiekomponenten van een belichtingsbundel te kunnen gebruiken, op zichzelf bekend is uit het artikel: "Novel Polarized Liquid Crystal Color Projection and New TN-LCD Operating Modes" in: Digest of Technical Papers Vol. XXI Symposium of Society for Information Displays, Las Vegas (Nevada) 15-17 May 1990. In dit artikel wordt niet vermeld welke vorm de aankomende belichtingsbundel moet hebben en ook niet dat de uit de bundeldeler tredende deelbundels een doorsnede moeten hebben die aangepast is aan het projektielenzenstelsel.

Een ander belangrijk aspekt van de onderhavige uitvinding betreft de wijze waarop het belichtingsstelsel, dat voorzien is van een stralingsbron, een koncave reflektor voor het bundelen van licht afkomstig van de bron en een, in de weg van het gebundelde licht geplaatst, lenzenstelsel ingericht wordt zodanig dat dit stelsel een belichtingsbundel levert die in een vlak achter en in de nabijheid van de bundeldeler een halfronde doorsnede heeft en die ter plaatse van een beeldweergeefpaneel een uniforme lichtverdeling heeft en een doorsnede die is aangepast aan die van het paneel. Om dit te bereiken vertoont het belichtingsstelsel volgens de uitvinding als kenmerk, dat het lenzenstelsel achtereenvolgens bevat een eerste lenzenplaat voorzien van een aantal eerste lensjes die, in een vlak loodrecht op de hoofdas, een uniforme breedte in een eerste richting en een uniforme hoogte in een tweede richting, loodrecht op de eerste richting, hebben, een tweede lenzenplaat voorzien van een aantal tweede lensjes waarvan het aantal evenredig is met het aantal eerste lensjes, en een derde lens, waarbij de eerste lenzenplaat een daarop invallende lichtbundel verdeelt in een, met het aantal tweede lensjes evenredig, aantal deelbundels die hun nauwste insnoering hebben in het vlak van de tweede lensjes en waarvan de hoofdstralen gericht zijn op de middens van de tweede lensjes, waarbij de tweede lensjes de op de eerste lenzenplaat gevormde stralingsvlekken gesuperponeerd afbeelden in een tussenafbeelding en waarbij de derde lens een afbeelding van de tweede lenzenplaat vormt in een vlak nabij het uittreevlak van de bundeldeler, dat de breedte-hoogte verhouding van de eerste lensjes overeenkomt met die van een beeldweergeefpaneel en dat de tweede lensjes zijn gerangschikt binnen een halve cirkel.

Doordat de breedte-hoogte verhouding van de lensjes van de eerste lenzenplaat gelijk is aan die van het beeldweergeefpaneel kan de doorsnede van de belichtingsbundel die op dit paneel invalt, welke bundel opgebouwd is uit deelbundels die elk afkomstig zijn van een paar bij elkaar behorende lensjes van de eerste en tweede lenzenplaat, gelijk gemaakt worden aan het aktieve oppervlak van het paneel, zodat het beschikbare licht maximaal benut wordt. Doordat de op de lensjes van de eerste lenzenplaat gevormde lichtvlekken door de tweede lensjes gesuperponeerd worden afgebeeld, vertonen de tussenafbeelding en de op het paneel gevormde beeld een uniforme lichtverdeling.

Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift 3.296.923 een projektie-inrichting bekend is waarin tussen een stralingsbron en een lens met grote numerieke apertuur twee lenzenplaten achter elkaar geplaatst zijn teneinde te bereiken dat de bundel die op het te projekteren voorwerp invalt een uniforme lichtverdeling heeft en een doorsnede die gelijk is aan het oppervlak van het voorwerp. In de bekende inrichting heeft de tweede lenzenplaat echter geen halfronde vorm. Bovendien bevat deze inrichting geen polarisatiegevoelige bundeldeler met polarisatiedraaier en wordt in deze inrichting het voorwerp niet belicht met licht van een bepaalde polarisatietoestand.

Het belichtingsstelsel kan als verder kenmerk hebben dat minstens één van de lensjes van minstens een van de lenzenplaten asferisch is.

Onder een asferische lens wordt verstaan een lens waarvan de grondvorm sferisch is, maar de werkelijke vorm kleine afwijkingen daarvan vertoont om te korrigeren voor de sferische aberraties van de grondvorm. Door gebruik van asferische lensjes in een lenzenplaat kan de afbeeldingskwaliteit verbeterd worden.

Het belichtingsstelsel vertoont bij voorkeur als verder kenmerk dat het aantal eerste lensjes gelijk is aan het aantal tweede lensjes.

Dit is het geval indien elk van de eerste lensjes één nauwste insnoering vormt op een bijbehorend tweede lensje.

Verder vertoont het belichtingsstelsel bij voorkeur als kenmerk, dat de eerste lensjes een zodanige grootte hebben en zodanig gerangschikt zijn dat het oppervlak van de eerste lenzenplaat ongeveer gelijk is aan de doorsnede van de daarop invallende belichtingsbundel.

Dan wordt een maximale hoeveelheid van het door de bron uitgezonden licht opgevangen.

De verschillende uitvoeringsvormen van het belichtingsstelsel kunnen in verschillende klassen verdeeld worden, waarbij elke klasse betrekking heeft op een ander aspekt van het stelsel. In het belichtingsstelsel kunnen kenmerken van verschillende klassen gekombineerd zijn.

Een eerste klasse van uitvoeringsvormen heeft betrekking op de posities van de bron afbeeldingen in het belichtingsstelsel. Een eerste uitvoeringsvorm van deze klasse vertoont als kenmerk, dat de eerste lenzenplaat is aangebracht in een vlak waarin een eerste beeld van de lichtbron wordt gevormd en dat dit beeld door de tweede lenzenplaat herafgeheeld wordt in een tussenbeeld.

Een tweede uitvoeringsvorm van de eerste klasse vertoont als kenmerk dat op elk van de tweede lensjes een verkleinde afbeelding van de lichtbron gevormd wordt.

Onder de lichtbron wordt verstaan zowel de lichtbron zelf als het beeld van deze bron welk beeld gevormd wordt door de reflektor of door andere optische elementen die aangebracht zijn vóór de lenzenplaten en welk beeld al dan niet samenvalt met de bron.

De tweede klasse van uitvoeringsvormen heeft betrekking op de mogelijkheden van integratie van verschillende lenselementen. Een uitvoeringsvorm van de tweede klasse heeft als kenmerk, dat de eerste lenzenplaat samen met een daarbij behorende lens geïntegreerd zijn in één optisch element met minstens één gekromd oppervlak.

De genoemde "bijbehorende" lens, die in het oorspronkelijke ontwerp van het belichtingsstelsel vóór de lenzenplaat aangebracht was, vormt nu een drager voor de eerste lensjes zodat geen aparte drager meer nodig is waardoor het belichtingsstelsel eenvoudiger van konstruktie en gemakkelijker te assembleren is.

Indien de bedoelde lens een plankonvexe lens is kan deze uitvoeringsvorm als verder kenmerk hebben, dat de matrix van lensjes is aangebracht op het platte brekende oppervlak van de lens.

Alternatief kan deze uitvoeringsvorm als verder kenmerk hebben, dat de matrix van lensjes is aangebracht op een gekromd brekend oppervlak van de lens.

Als verder alternatief kan deze uitvoeringsvorm als kenmerk hebben dat een gekromd brekend oppervlak van de lens vervangen is door een in principe vlak oppervlak waarop de eerste lensjes zijn aangebracht die elk een kromming vertonen die gerelateerd is aan de kromming, ter plaatse van het betreffende lensje, van het oorspronkelijke gekromde brekende oppervlak.

Een derde klasse van uitvoeringsvormen van het belichtingsstelsel betreft het ontwerp van het gedeelte van dit stelsel vóór de eerste lenzenplaat. Een eerste uitvoeringsvorm van deze klasse, vertoont als kenmerk, dat de reflektor een sferische reflektor is die slechts licht die door de bron aan één zijde van het vlak door het midden van de lichtbron en loodrecht op de optische as van het stelsel, uitgezonden wordt opvangt en dat aan de andere zijde van dit vlak en vóór de eerste lenzenplaat een kondensorlenzenstelsel is aangebracht.

Een alternatieve uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk, dat de reflektor een sferische reflektor is die slechts straling die door de bron aan één zijde van het vlak door het midden van de stralingsbron en loodrecht op de hoofdas uitgezonden wordt opvangt en dat aan de andere zijde van dit vlak en vóór de eerste lenzenplaat twee kondensorlenzenstelsels zijn aangebracht die elk een ander deel van het van de bron en de reflektor afkomstige licht opvangen.

Bij een gelijk lichtverzamelvermogen vertoont een tweevoudig kondensorlenzenstelsel ten opzichte van een enkelvoudig kondensorlenzenstelsel het voordeel dat het een lagere étendue heeft zodat het beeldprojektie-apparaat minder dure optische elementen met bijvoorbeeld kleinere numerieke aperturen of kleinere doorsnedes kan bevatten, hetgeen vooral van belang is voor konsumentenapparaten. Met het begrip étendue, of "throughput" of "luminoscity" of "acceptance" wordt het vermogen van een optisch systeem om lichtenergie te transporteren gekarakteriseerd. Dit vermogen wordt bepaald door de kombinatie van een opening, of "stop", en de pupil op eenzelfde plaats in het optische systeem en kan worden uitgedrukt in het produkt van het oppervlak van de opening en de ruimtehoek opgespannen door de pupil in het centrum van de opening. In een optisch systeem dat aan het begin een bepaalde étendue heeft, kan de étendue verderop in het systeem alleen verkleind worden door licht te blokkeren.

Opgemerkt wordt dat het algemeen bekend is, bijvoorbeeld uit het Amerikaanse octrooischrift No. 4,722,593, in een projektie-apparaat met een vloeibaar kristal weergeefpaneel gebruik te maken van een reflektor aan de ene zijde van een stralingsbron en een kondensorlenzenstelsel aan de andere zijde van deze bron. De bekende apparaten zijn echter niet voorzien van lenzenplaten. In het apparaat volgens het Amerikaanse octrooischrift is de reflektor, die niet nader gespecificeerd is, bovendien rondom de stralingsbron geplaatst zodanig dat deze reflektor ook bronstraling die buiten een hoek van 180° uitgezonden wordt opvangt.

Het kondensorlenzenstelsel moet een grote numerieke apertuur hebben, opdat zo veel mogelijk licht ingevangen wordt. Dit lenzenstelsel kan in principe uit één lenselement bestaan. De eerste uitvoeringsvorm van de derde klasse met een enkelvoudige kondensorlens vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat minstens één brekend oppervlak van de kondensorlens asferisch is.

De eerste uitvoeringsvorm van de derde klasse kan alternatief als verder kenmerk hebben dat het kondensorlenzenstelsel een hoofdkondensorlens bevat die gevolgd wordt door minstens één extra lenselement.

De extra lenselementen kunnen een deel van de benodigde korrektie of lenssterkte van de hoofdkondensorlens overnemen, zodat deze lens eenvoudiger te vervaardigen en goedkoper kan zijn. De extra lenselementen kunnen ook gebruikt worden om de afbeeldingskwaliteit te verbeteren. Indien een gedeelte van de sterkte van het kondensorlenzenstelsel in de extra lenselementen is ondergebracht kunnen deze elementen asferisch uitgevoerd zijn. De extra lenselementen kunnen bijvoorbeeld ook Fresnellenzen zijn, die als voordeel hebben dat zij licht en dun zijn.

Het belichtingsstelsel met twee kondensorlenzenstelsels kan als verder kenmerk hebben, dat de eerste lenzenplaat uit twee eerste lenzenplaten bestaat die aangebracht zijn in het eerste, respektievelijk tweede, kondensorlenzenstelsel.

Door de eerste lenzenplaat in het kondensorlenzenstelsel aan te brengen kan de lengte van het belichtingsstelsel verkleind worden.

Behalve in een belichtingsstelsel met een sferische reflektor en een kondensorlenzenstelsel kan de onderhavige uitvinding ook met veel voordeel toegepast worden in andere uitvoeringsvormen waarin voor het bundelen van de bronstraling andere elementen gebruikt worden. Een tweede uitvoeringsvorm van de derde klasse vertoont als kenmerk, dat de reflektor een parabolische reflektor is die de lichtbron grotendeels omsluit.

Op zich heeft een parabolische reflektor het voordeel dat hij een groot gedeelte van het bronlicht invangt. De door deze reflektor gevormde lichtbundel heeft echter een inhomogene verlichtingssterkteverdeling. Door de lichtbron buiten het brandpunt van de parabool te plaatsen kan weliswaar een homogenere verdeling verkregen worden, maar dan heeft de bundel een grote openingshoek zodat het projektielenzenstelsel een grote numerieke apertuur moet hebben. Door gebruik te maken van de genoemde lenzenplaten in een belichtingsstelsel met een parabolische reflektor kan de verlichtingssterkteverdeling beter homogeen gemaakt worden.

Omdat voor elk van de op de lensjes van de tweede lenzenplaat gevormde afbeeldingen het licht afkomstig is van een ander gedeelte van de parabolische reflektor, welke gedeeltes allemaal anders georiënteerd zijn ten opzichte van de lichtbron, hebben de genoemde afbeeldingen allemaal een andere oriëntatie ten opzichte van de lenzenplaat. Dit gegeven kan goed gekombineerd worden met het feit dat de tweede lensjes, die binnen een halve cirkel gerangschikt zijn, onderling en ten opzichte van de eerste lensjes een andere oriëntatie hebben.

De opmerkingen die hierboven gemaakt zijn ten aanzien van de tweede uitvoeringsvorm van de derde klasse gelden ook voor een derde uitvoeringsvorm van deze klasse. Deze uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk, dat de reflektor een elliptische reflektor is die de lichtbron grotendeels omsluit.

Deze derde uitvoeringsvorm kan als verder kenmerk hebben, dat tussen de reflektor en de eerste lenzenplaat een collimatorlens is aangebracht.

Een vierde uitvoeringsvorm van de derde klasse vertoont als kenmerk, dat de reflektor een hyperbolische reflektor is.

Deze uitvoeringsvorm kan ook als verder kenmerk hebben dat tussen de reflektor en de eerste lenzenplaat een kollimatorlens is aangebracht.

Indien de uitvoeringsvormen van de derde klasse voorzien zijn van een langwerpige lichtbron vertonen deze uitvoeringsvormen bij voorkeur als verder kenmerk, dat de lengterichting van de lichtbron evenwijdig is aan de hoofdas.

De uitvinding heeft ook betrekking op een kleurenbeeldprojektie-apparaat voorzien van drie kleurkanalen voor de drie primaire kleuren rood, groen en blauw, welke kleurkanalen elk een apart beeldweergeefpaneel bevatten. Volgens de uitvinding vertoont dit apparaat als kenmerk dat het één beeldprojektie-inrichting, zoals hierboven beschreven, bevat voor het, via kleurensplitsende middelen, leveren van afzonderlijke bundels voor de drie kleurkanalen.

Alternatief kan het kleurenbeeldprojektie-apparaat als kenmerk hebben dat elk van de kleurkanalen een aparte beeldprojektie-inrichting, zoals hierboven beschreven, bevat.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: figuur 1 het schema van een beeldprojektie-inrichting, figuur 2 een eerste uitvoeringsvorm van een bundeldeler voor gebruik in een inrichting volgens de uitvinding, figuur 3 de werking van deze bundeldeler, figuur 4 deze bundeldeler met een polarisatiedraaier op een van de uittreevlakken, figuur 5 een tweede uitvoeringsvorm van een bundeldeler, figuur 6 een eerste uitvoeringsvorm van de beeldprojektie-inrichting in dwarsdoorsnede, de figuren 7 en 8 een perspektivisch vooraanzicht, respektievelijk een achteraanzicht van de in deze inrichting toegepaste eerste lenzenplaat, de figuren 9 en 10 een vooraanzicht, respektievelijk een perspektivisch achteraanciht van de in deze inrichting gebruikte tweede lenzenplaat, figuur 11 een tweede uitvoeringsvorm van de beeldprojektie-inrichting in perspektief, figuur 12 een achteraanzicht van de eerste lenzenplaat met de daarop gevormde afbeeldingen van de lichtbron, de figuren 12, 13, 14, 15 en 16 verschillende uitvoeringsvormen van het belichtingsstelsel met een sferische reflektor achter de lichtbron, de figuren 17 en 18 twee uitvoeringsvormen van een geïntegreerde eerste lenzenplaat en lens, figuur 19 een uitvoeringsvorm van het belichtingsstelsel met een gekromde eerste lenzenplaat, figuur 20 een uitvoeringsvorm van een beeldprojektie-inrichting met een parabolische reflektor in het belichtingsstelsel, figuur 21 een vóór-aanzicht van de tweede lenzenplaat van deze inrichting en de daarop gevormde lichtvlekken, figuur 22 een andere uitvoeringsvorm van het belichtingsstelsel met een parabolische reflektor, de figuren 23, 25 en 25 uitvoeringsvormen van het belichtingsstelsel met een elliptische reflektor, figuur 26 een uitvoeringsvorm van het belichtingsstelsel met een hyperbolische reflektor, figuur 27 een uitvoeringsvorm van een kleurenbeeldprojektie-apparaat met één belichtingsstelsel en doorzichtige beeldweergeefpanelen, figuur 28 een uitvoeringsvorm van een kleurenbeeldprojektie-apparaat met één belichtingsstelsel en reflekterende beeldweergeefpanelen, en figuur 29 een kleurenbeeldprojektie-apparaat met per kleurkanaal een apart belichtingsstelsel.

In figuur 1 representeert het blok A een belichtingsstelsel dat een lichtbundel b uitzendt, waarvan de hoofdas samenvalt met de optische as 00' van het beeldprojectie-apparaat. Deze bundel valt in op het beeldweergeefstelsel B dat, in het geval een monochromatisch beeld geprojecteerd moet worden, bestaat uit één beeldweergeefpaneel 1. Dit paneel is bijvoorbeeld een vloeibaar kristal paneel (of LCD van Liquid Crystal Display). Een dergelijk paneel bevat een laag vloeibaar kristallijn materiaal 4, bijvoorbeeld van het nematische type, dat ingesloten is tussen twee doorzichtige, bijvoorbeeld glazen, platen 2 en 3. Op elk van deze platen is een stuurelektrode 5 en 6 aangebracht. Deze elektroden kunnen in een groot aantal rijen en kolommen verdeeld zijn, waardoor een groot aantal beeldelementen in het weergeefpaneel gedefinieerd zijn. De verschillende beeldelementen worden dan aangestuurd door de matrixelektroden aan te sturen, zoals schematisch aangegeven is met de aanstuurklemmen 7 en 8. Aldus kan op de gewenste posities een elektrisch veld over het vloeibaar kristallijn materiaal 4 aangelegd worden. Een dergelijk elektrisch veld veroorzaakt een verandering van de effektieve brekingsindex van het materiaal 4, zodat het licht dat door een bepaald beeldelement heengaat al dan niet een draaiing van de polarisatierichting ondergaat afhankelijk van het niet of wel aanwezig zijn van een lokaal elektrisch veld ter plaatse van het betreffende beeldelement.

In plaats van dit zogenaamde passief gestuurd beeldweergeefpaneel kan ook een actief gestuurd paneel gebruikt worden. In het laatstgenoemde beeldweergeefpaneel bevat een van de dragerplaten een elektrode terwijl op de andere plaat de halfgeleiderstuurelektronica aangebracht is. Elk van de beeldelementen wordt nu door een eigen actief stuurelement, zoals bijvoorbeeld een dunne filmtransistor, aangestuurd. Beide types van direct gestuurde beeldweergeefpanelen zijn beschreven in bijvoorbeeld de Europese octrooiaanvrage nr. 0 266 184.

De op het beeldweergeefpaneel 1 invallende bundel moet gepolariseerd, bij voorkeur lineair gepolariseerd, zijn. Het belichtingsstelsel A levert echter ongepolariseerd licht. Met een polarisator 10 wordt van dit licht een lineair gepolariseerde component met de gewenste polarisatierichting geselecteerd. In de weg van het door het beeldweergeefpaneel doorgelaten licht is een analysator 11 aangebracht, waarvan de polarisatierichting bijvoorbeeld effectief evenwijdig is aan die van de polarisator 10. Daardoor wordt het licht dat afkomstig is van die beeldelementen die bekrachtigd zijn, en de polarisatierichting van de bundel niet veranderen door de analysator doorgelaten naar een projektielenzenstelsel C. Het licht afkomstig van de niet bekrachtigde beeldelementen, die de polarisatierichting van de bundel over 90° draaien, wordt door de analysator geblokkeerd. De analysator zet aldus de polarisatiemodulatie van de bundel om in een intensiteitsmodulatie. Het projektielenzenstelsel C projecteert het op het paneel 1 gevormde beeld op een projektiescherm D. Dit geprojecteerde beeld kan worden waargenomen door een toeschouwer W die zich in de ruimte achter het projektiescherm bevindt.

In de hier beschreven uitvoeringsvorm worden de beeldelementen waarover geen elektrisch veld is aangebracht als zwarte punten op het projektiescherm D afgebeeld. Het is ook mogelijk om een beeldelement zodanig aan te sturen, dat wil zeggen, een zodanige veldsterkte daarover aan te leggen, dat van het invallende lineair gepolariseerde licht de polarisatierichting niet over 90° gedraaid wordt, maar dat dit lineair gepolariseerde licht omgezet wordt in elliptisch gepolariseerd licht. Van dit licht wordt een gedeelte naar het projektiescherm doorgelaten en de rest geblokkeerd. Het betreffende bundelelement wordt dan niet als zwart of wit element afgebeeld op het projektiescherm maar als grijselement, waarbij het grijsniveau instelbaar is.

In plaats van met lineair gepolariseerd licht kan een beeldprojectie-inrichting met vloeibaar kristal weergeefpanelen in principe ook bedreven worden met circulair of elliptisch gepolariseerd licht. Het beeldweergeefpaneel kan dan de draairichting van het circulair gepolariseerd licht of de verhouding van de elliptische assen van het elliptisch gepolariseerde licht veranderen. Met extra polarisatiemiddelen kunnen de genoemde veranderingen in een intensiteitsmodulatie omgezet worden.

Indien gebruik gemaakt wordt van een beeldweergeefstelsel waarvan de beeldelementen in de aangestuurde toestand de polarisatierichting draaien en in de niet-aangestuurde toestand niet meer, kan in serie met het beeldweergeefpaneel 11 een extra laag vloeibaar kristallijn materiaal aangebracht worden die de polarisatierichting van de volledige bundel over 90° draait, zodat het beeld op het projektiescherm dezelfde polariteit heeft als dat beeld gevormd in een inrichting met een beeldweergeefpaneel waarvan de beeldelementen in de aangestuurde toestand de polarisatierichting niet draaien.

Een dergelijke extra polarisatiedraaier, die in figuur 1 met 12 is aangegeven, kan ook worden gebruikt indien men in een opstelling waarin de beeldelementen in aangestuurde toestand de polarisatierichting niet draaien, deze beeldelementen toch als zwarte elementen op het projektiescherm wil laten verschijnen. Dan heeft men de mogelijkheid om bijvoorbeeld ongewenste effekten in het beeldweergeefpaneel te camoufleren, om een verhoogd contrast te verkrijgen, om een vermindering van de kleurafhankelijkheid van de inrichting te bewerkstelligen, of om de schakelsnelheid van het weergeefpaneel te verhogen.

In plaats van een laag vloeibaar kristallijn materiaal kan ook een λ/2-plaat, waarin λ de golflengte van het projektielicht is, als extra polarisatiedraaier 12 gebruikt worden. Als verder alternatief kan de analysator 90° gedraaid zijn ten opzichte van de oorspronkelijke oriëntatie.

Een vloeibaar kristal beeldweergeefpaneel heeft bij gebruik in doorzicht een lage efficiëntie, bijvoorbeeld wordt slechts 10% van de op het paneel invallen straling doorgelaten naar het projektielenzenstelsel. Dit stelsel beeldt het paneel bovendien vergroot af zodat, om nog voldoende stralingsintensiteit per oppervlakte-eenheid op het scherm te hebben, de belichtingsbundel een grote intensiteit moet hebben. Het gebruik van een lichtbron, in de vorm van een lamp, met hogere intensiteit, biedt slechts beperkt soelaas. Immers lampen die een hogere lichtintensiteit leveren hebben in het algemeen ook een groter stralend oppervlak, in de vorm van een lampboog, waardoor de uitgangsapertuur van het belichtingsstelsel groter wordt. Bij het verkleinen van de bundelapertuur, om de afmetingen van de volgende optische componenten in het projektie-apparaat beperkt te houden, zou een gedeelte van de lichtenergie weer verloren gaan. Het is daarom gewenst zoveel mogelijk licht van de lamp op te vangen en te gebruiken en in een smalle bundel te concentreren. Een verdere eis is dat de doorsnede van deze bundel zo goed mogelijk aangepast is aan de rechthoekige vorm van het beeldweergeefpaneel, zodat zo weinig mogelijk licht naast dit paneel valt.

In de inrichting volgens de uitvinding zijn een aantal maatregelen getroffen om aan deze wensen tegemoet te komen. Op de eerste plaats worden beide polarisatiekomponenten van het bronlicht gebruikt om het beeldweergeefpaneel te belichten. Daartoe wordt gebruik gemaakt van een kombinatie van een speciale polarisatiegevoelige bundeldeler en een polarisatie-omzetter. Op de tweede plaats is er voor gezorgd dat de op de bundeldeler invallende lichtbundel een specifieke doorsnede heeft en op een speciale manier op de bundeldeler invalt.

Figuur 2 toont de polarisatiegevoelige bundeldeler in dwarsdoorsnede. Deze bundeldeler 20 bestaat uit twee prisma's 21 en 25, van bijvoorbeeld glas, en een dubbelbrekende laag 27. Deze laag bestaat bijvoorbeeld uit een vloeibaar kristallijn materiaal. De gewone brekingsindex nQ is vrijwel altijd gelijk aan 1,5, terwijl de buitengewone brekingsindex ne een waarde kan hebben tussen 1,6 en 1,8 afhankelijk van de samenstelling van de laag 27. Op de prisma's zijn zogenaamde oriëntatielagen 28 en 29 aangebracht die er voor zorgen dat de optische as van de laag 27 in dit geval loodrecht op het vlak van tekening staat. Deze as is in figuur 2 met het symbool 30 aangegeven. Er is voor gezorgd dat de brekingsindex n^ van het prismamateriaal gelijk is aan ηβ van de laag 27, bijvoorbeeld 1,7. Indien een ongepolariseerde lichtbundel via het prisma 21 op de laag 27 invalt onder een invalshoek <p die groter dan of gelijk is aan de grenshoek ondergaat de P-gepolariseerde komponent van deze bundel een totale reflektie naar het uitgangsvlak 23 van het prisma 21, omdat voor deze komponent de gewone brekingsindex van de laag 27 geldt, welke brekingsindex kleiner is dan die van het prisma 21. De P-gepolariseerde komponent is de komponent waarvan de polarisatierichting evenwijdig is aan het invalsvlak, dat wil zeggen het vlak door de normaal n op de laag 27 en dwars op het vlak van tekening. Voor de S-gepolariseerde komponent, waarvan de polarisatierichting dwars op het invalsvlak staat, geldt de buitengewone brekingsindex van de laag 27 zodat deze komponent geen brekingsindexverschil ziet bij doorgang door de bundeldeler, en achtereenvolgens het prisma 21, de laag 27 en het prisma 25 doorloopt in de oorspronkelijke richting.

De grenshoek φ·> voor de P-komponent wordt gegeven door n_ 1 n_ sin φ1 = - ofwel: φ< = arcsm =u. Zodat voor de invalshoek φ moet gelden: φ > arcsin wil de P- komponent volledig gereflekteerd worden. Ook indien de buitengewone brekingsindex ne van de laag 27 niet gelijk is aan n^ van het prismamateriaal, dan wordt de S-komponent volledig doorgelaten zolang de invalshoek φ kleiner is dan de grenshoek φ5 waarvoor geldt: np , n.

sin ¢2 = g® ofwel φ2 = arcsin De volledige voorwaarde voor de invalshoek φ voor het verkrijgen van de deling door de laag 27 is derhalve: nn n_ (Φ^ =) arcsin -“ < φ < arcsin g* (= φ2)

De hoeken en φ2 zijn in figuur 2 aangegeven.

Het brekingsindexverschil Δη = ne - nQ van vloeibaar kristallijn materiaal kan groot zijn, zodat de bundeldeler 20 geschikt is voor een groot gebied (φ2-Φ·|) van invalshoeken φ. Er kan bovendien voor gezorgd worden dat de brekingsindex van het prismamateriaal en die van de laag 27 op dezelfde wijze variëren bij verandering van de golflengte van de invallende lichtbundel, zodat de bundeldeler voor een groot golflengtebereik een groot polarisatie-scheidingsrendement heeft. Een zeer groot voordeel van de bundeldeler volgens figuur 2 is dat hij goedkoop is omdat geen dure dubbelbrekende prismamaterialen gebruikt behoeven te worden, zoals in een Wollaston prisma, en dat de produktie van dit prisma relatief eenvoudig is.

De prisma's 21 en 25 behoeven niet massief te zijn; het is ook mogelijk dat deze prisma's bestaan uit glas-, of andere doorzichtige, wanden waarbinnen een transparante vloeistof of kunststof met hoge brekingsindex, gelijk aan ne van de laag 27, is aangebracht. Daarbij moeten deze wanden dezelfde brekingsindex hebben als de vloeistof of kunststof, welke stoffen geen depolariserende effekten mogen vertonen.

In plaats van een vloeibaar kristallijne laag wordt in de bundeldeler volgens figuur 2 bij voorkeur een dubbelbrekende lijmlaag als polarisatiescheidende laag gebruikt. Een bundeldeler met een dubbelbrekende lijmlaag vertoont ten opzichte van die met een vloeibaar kristallijne laag de voordelen dat hij een eenvoudigere konstruktie heeft, dat de werking minder temperatuurafhankelijk is, dat hij beter tegen hogere temperaturen bestendig is en dat er meer mogelijkheden zijn om de brekingsindex van de laag en die van de prisma's op elkaar af te stemmen.

De dubbelbrekende lijmlaag is bij voorkeur een uniaxiaal georiënteerde polymeerlaag. De gewenste oriëntatie kan bijvoorbeeld worden verkregen door de prisma-oppervlakken waartussen de laag moet worden aangebracht in één richting te wrijven, waarbij het doelmatig is als op de te wrijven oppervlakken een laag polyimide is aangebracht.

Een bijzonder temperatuurbestendige bundeldeler is die waarin de polymeerlaag is gevormd uit een uitgeharde vloeibaar kristallijne monomeersamenstelling.

Figuur 3 toont hoe een op de bundeldeler 20 invallende belichtingsbundel b' door deze bundeldeler in twee lineair, onderling loodrecht, gepolariseerde bundelkomponenten bp en b' wordt gesplitst. Van de belichtingsbundel b' zijn alleen de hoofdstraal en de twee randstralen weergegeven die door het vlak 22 het prisma 21 binnentreden. Dit vlak staat onder een hoek α met de scheidingslaag 27 zodanig dat, na breking door dit vlak, de invalshoek φ van de bundel op de laag 27 een waarde heeft tussen de hierboven aangegeven grenshoeken Φ1 en φ2, zodat de P-gepolariseerde bundelkomponent b' volledig wordt gereflekteerd en het prisma 21 via het uittreevlak 23 verlaat. De S-gepolariseerde komponent treedt het prisma 25 binnen en verlaat dit prisma via het uittreevlak 26. De uittreevlaJcken 23 en 26 zijn ook onder een hoek α met de scheidingslaag 27 geplaatst, zodat de bundelkomponenten bp en b' effektief een plan-parallelle plaat doorlopen hebben en dus, na breking aan de vlakken 23, respektievelijk 26 evenwijdig zijn aan de invallende bundel b'.

Het vóór de bundeldeler geplaatst belichtingsstelsel is, zoals nog zal worden beschreven, zodanig ingericht dat de bundel b' een halfronde doorsnede heeft en aan één zijde van de laag 27 is gelegen, zoals in het linkerdeel van figuur 3 getoond is. De uittredende bundelkomponenten b^ en b' hebben dan eveneens een halfronde doorsnede maar zijn aan verschillende zijden van de hoofdas, binnen een cirkel 32 gelegen, zoals het rechterdeel van figuur 3 laat zien. Het belichtingsstelsel is verder zodanig ingericht dat, bij afwezigheid van de bundeldeler één afbeelding van de bron wordt gevormd op een positie achter de bundeldeler. Bij het aanbrengen van de bundeldeler ontstaan dan twee bronafbeeldingen Lp en L', waarbij Lp de bronafbeelding is die met P-gepolariseerd licht is gevormd, terwijl Lg de met S-gepolariseerd licht gevormde bronafbeelding is.

Indien, zoals figuur 4 laat zien op een van de uittreevlakken, bijvoorbeeld het vlak 26 een X/2 plaat 31 is aangebracht, wordt de polarisatierichting van de komponent b' over 90° gedraaid zodat de uit de plaat 31 tredende bundel ook P-gepolariseerd is. De beide bronafbeeldingen vormen dan samen één secondaire bron L' die lineair gepolariseerd licht uitzendt dat geschikt is voor het belichten van het paneel 1 van figuur 4.

In plaats van een λ/2-plaat kan ook een laag gedraaid vloeibaar kristallijn materiaal, bijvoorbeeld een polymeer, of een aantal uniaxiale dubbelbrekende lagen die onderling gedraaid zijn als polarisatiedraaier 31 gebruikt worden. De polarisatiedraaier kan behalve op een uittreevlak, 23 of 26, ook achter zo een uittreevlak aangebracht zijn.

Figuur 5 toont een tweede uitvoeringsvorm van een bundeldeler. De polarisatiegevoelige scheidingslaag 41 van deze bundeldeler 40 bestaat uit een cholesterisch vloeibaar kristallijn materiaal. Dit materiaal kan van het links- of rechtsdraaiend type zijn. In het geval het materiaal van het linkse type is wordt van de binnentredende ongepolariseerde bundel b' de komponent die links- circulair gepolariseerd is, b'^, gereflekteerd terwijl de rechts-circulair gepolariseerde komponent doorgelaten wordt. De komponent b^R wordt door een speciale reflektor 42 naar het, niet-weergegeven, beeldweergeefstelsel gereflekteerd. Deze reflektor verandert de polarisatietoestand van de komponent b'c ^ niet en bestaat bijvoorbeeld uit een rechtsdraaiend vloeibaar kristallijn materiaal. De gereflekteerde komponent valt in op een ref lektor 43, bijvoorbeeld een normale spiegel, die het links-circulair gepolariseerde licht omzet in rechts-circulair gepolariseerd licht dat door de laag 41 doorgelaten wordt en dezelfde richting heeft als de komponent b^ R. Aldus wordt de bundel b' met halfronde doorsnede omgezet in twee bundelkomponenten b!j en bj, beide met een halfcirkelvormige doorsnede en met rechts-circulair gepolariseerd licht, die samen een bundel b" met ronde doorsnede vormen zoals in het onderste deel van figuur 5 aangegeven is.

Bij gebruik van de bundeldeler volgens figuur 5 kan het belichtingsstelsel zó ingericht zijn dat een afbeelding van de bron gevormd wordt in het vlak 44.

De bundel met rechts-circulair gepolariseerd licht kan zonder polarisatie-konversie aan een beeldweergeefpaneel toegevoerd worden. Het voordeel daarvan is dat het veld waarmee het paneel, bijvoorbeeld van het nematische type, aangestuurd moet worden kleiner is dan in het geval lineair gepolariseerde straling gebruikt wordt. Alternatief kan achter de bundeldeler 40 een X/4-plaat 45 in diagonaalstand aangebracht worden die het circulair gepolariseerd licht omzet in lineair gepolariseerd licht.

In plaats van een linksdraaiend cholesterische laag kan ook een rechtsdraaiend cholesterische laag als scheidingslaag 41 gebruikt worden, waarbij dan de reflektor 42 uit een linksdraaiend materiaal kan bestaan en de reflektor 43 weer een normale spiegel is.

Dan is het uit de bundeldeler 40 tredend licht links-circulair gepolariseerd.

Door toepassing van de polarisatie-gevoelige bundeldeler in kombinatie met een polarisatie-omzetter, zoals hierboven besproken wordt een, qua polarisatie, optimaal gebruik van de straling van de bron gemaakt. Omdat bovendien de uit de bundeldeler tredende bundel een cirkelvormige doorsnede heeft, is deze bundel optimaal aangepast aan de ronde opening van het projektielenzenstelsel, C in figuur 1. Voor het verkrijgen van een bundel b' met half-cirkelvormige doorsnede aan de ingang van de bundeldeler welke bundel verder ter plaatse van een beeldweergeefpaneel een rechthoekige doorsnede heeft die aangepast is aan de vorm van het paneel en bovendien een goed uniforme lichtverdeling heeft, wordt volgens de uitvinding een speciaal belichtingsstelsel gebruikt dat onder andere voorzien is van twee lenzenplaten.

In figuur 6 is schematisch een eerste uitvoeringsvorm van dit belichtingsstelsel weergegeven. Dit stelsel bevat een lamp 50 die licht emitteert zowel in de richting van het beeldweergeefpaneel 1 als in de achterwaartse richting (links in figuur 6). Aan de achterkant van de lamp is een sferische reflektor 51 aangebracht die het naar achter uitgezonden licht opvangt en een afbeelding van deze lamp vormt. In figuur 6 valt het door de reflektor 51 gevormde beeld van de lamp samen met deze lamp. Daarbij is verondersteld dat de lamp transparant is voor haar eigen licht. Dat zal in de praktijk veelal niet zo zijn. In dat geval wordt ervoor gezorgd dat de lampafbeelding naast de lamp ligt. Het door de lamp en haar afbeelding uitgezonden licht wordt opgevangen door een condensorlenzenstelsel 52 dat dit licht concentreert in een evenwijdige bundel, met andere woorden de lamp in het oneindige afbeeldt. De evenwijdige bundel valt in op een eerste lenzenplaat 54.

Van deze plaat is de naar de bron gerichte zijde voorzien van een aantal lensjes 55 en is de andere zijde 56 bij voorkeur vlak. In figuur 7 is deze plaat in een perspectivisch vooraanzicht weergegeven, terwijl figuur 8 de plaat in achteraanzicht toont.

De doorsnede van de plaat 54 in figuur 6 toont slechts vier lensjes. In werkelijkheid bevat de plaat 54 bijvoorbeeld 10 lensjes zoals de figuren 7 en 8 laten zien. Elk van deze lensjes beeldt de bron 50 af op een bijbehorend lensje 58 van de tweede lenzenplaat 57. Van deze plaat, waarvan figuur 9 een vooraanzicht en figuur 10 een perspectivisch achteraanzicht tonen, is de naar de bron gericht zijde 59 vlak terwijl de van de bron af gericht zijde een aantal lensjes 58 draagt. Het aantal lensjes 58 van de plaat 57 is gelijk aan of, bijvoorbeeld indien de reflektor 51 een lampafbeelding naast de lamp vormt, tweemaal het aantal lensjes 55 van de plaat 54. Voor het met behulp van de verschillende lensjes 55^..55^ afbeelden van de lichtbron 50 op de overeenkomstige lensjes 58^...58^q wordt telkens een ander gedeelte van de op de plaat 54 invallende bundel b gebruikt.

In figuur 6 zijn overzichtelijkheidshalve slechts twee deelbundels b1 en b2 weergegeven.

De lensjes 55^...5510 hebben een zodanige sterkte in een zodanige richting dat de deelbundels die er doorheen gaan hun nauwste insnoering hebben in het vlak van de lensjes 58 terwijl hun hoofdstralen gericht zijn op de middens van de overeenkomstige lensjes 58^...58^q. De lensjes 58^...58^q hebben een zodanige sterkte in een zodanige richting dat zij de op de lenzenplaat 54 gevormde stralingsvlekken gesuperponeerd afbeelden in een tussenafbeelding 60. Daardoor wordt bereikt dat de belichtingsbundel daar een goed uniforme verdeling heeft, welke verdeling verderop in de inrichting gehandhaafd blijft. Ter plaatse van de lenzenplaat 57 ontstaat een bronafbeelding met een halfronde doorsnede. De tussenafbeelding 60 is een afbeelding van de lensjes 55^...55^q en heeft dus een vorm die overeenkomt met die van die lensjes.

Achter de tussenafbeelding 60 is een, bijvoorbeeld uit twee plankonvexe lenzen 63 en 64 bestaand, lenzenstelsel 62 aangebracht. Dit lenzenstelsel beeldt de tussenafbeelding 60 in het oneindige af, terwijl het van de lenzenplaat 57 een afbeelding 65 vormt ter plaatse van de bundeldeler, bijvoorbeeld het prisma 20.

Zoals figuur 6 laat zien heeft de inrichting een eerste en tweede hoofdas. De eerste hoofdas 00' loopt tot de bundeldeler 20 en gaat door het midden van de lamp 50 en het midden van de tweede lenzenplaat 57, in figuur 9 met 057 aangegeven. De tweede hoofdas, 0^0^', loop vanaf de bundeldeler, door de bundelscheidende laag 27 tot het projektielenzenstelsel en is loodrecht op het beeldweergeefpaneel.

In figuur 11 is het gedeelte van de inrichting met de hierboven besproken elementen nogmaals, maar nu in perspektief, weergegeven. In plaats van een sferische reflektor en een collectorlenzenstelsel wordt nu een parabolische reflektor 101 voor het bundelen van het licht van een langwerpige bron 100 gebruikt. Figuur 11 toont dat achter de polarisatiegevoelige bundeldeler 20 een verdere lens 67 is geplaatst. In het brandvlak daarvan ontstaat een afbeelding 70 van de tussenafbeelding 60, dus een gesuperponeerde eindafbeelding van de lensjes 55^...55jq. Deze eindafbeelding wordt niet beïnvloed door de polarisatiegevoelige bundeldeler 20 omdat de bundel die de afbeelding van de lensjes 55^...55^ verzorgt ter plaatse van die bundeldeler een evenwijdige bundel is en omdat de in- en uittreevlakken van die bundeldeler voor die bundel evenwijdige vlakken zijn.

Het beeldweergeefpaneel 1 is in het brandvlak van de lens 67 geplaatst, zodat de eindafbeelding 70 op dit paneel gevormd wordt.

De vloeibaar kristal weergeefpanelen die gebruikt worden bij het weergeven van conventionele videobeelden hebben een breedte-hoogte verhouding b:h = 4:3, waarbij de breedte b de afmeting in de X-richting, loodrecht op het vlak van tekening van figuur 6, is en de hoogte h de afmeting in de Y-richting, in het vlak van tekening van figuur 6 en loodrecht op de optische as 00', is. In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 7 en 8 hebben de lensjes 55 van de plaat 54 dezelfde breedte-hoogte verhouding. Daardoor wordt bereikt dat alle straling afkomstig van het condensorstelsel 52 door het beeldweergeefpaneel gaat en het belichtingsstelsel een hoge collectie-efficiëntie heeft.

Het beeldweergeefpaneel en de lensjes 55 kunnen ook een andere breedte-hoogte verhouding hebben, bijvoorbeeld 16:9.

Figuur 12 toont een achteraanzicht van de eerste lenzenplaat 54 met de op de lensjes 55 gevormde afbeeldingen van de stralingsbron. Bij wijze van voorbeeld is verondersteld dat de reflektor 51 de stralingsbron grotendeels naast zichzelf afbeeldt, zodat op elk lensje 55 twee bronafbeeldingen 71 en 72 gevormd worden. Deze bronafbeeldingen hebben allemaal dezelfde oriëntatie. Daardoor en door een juiste keuze van de afmetingen van de stralingsbron en zijn door de reflektor 51 gevormde afbeelding, welke afmetingen bepaald worden door de positie van de reflektor 51, kan het oppervlak van elk lensje 55^...55^ vrijwel volledig benut worden. De lensjes 55^.. .55^0 zijn bij voorkeur zó gerangschikt dat hun gezamenlijke buitenomtrek zo goed mogelijk een cirkel benadert. Doordat het werkzame oppervlak van de lenzenplaat 54 optimaal aangepast is aan de doorsnede van de door reflektor geleverde bundel b^ wordt een maximale hoeveelheid van het bronlicht opgevangen.

In de stralingsweg van de belichtingsbundel kan, zoals figuur 11 laat zien, een veldlens 73 aangebracht zijn die de uittreepupil van het belichtingsstelsel, hier gevormd door de stralingsbron afbeeldingen Lp en L', afbeeldt in de uittreepupil van het projektielenzenstelsel (6 in figuur 1). Omdat de bronafbeeldingen Lp en L' samen een rond oppervlak vormen en optimaal aangepast zijn aan de ronde opening van het projektielenzenstelsel kan de grootte van dit stelsel en van de verdere optische elementen beperkt blijven.

De grootte van de lensjes 55 wordt bepaald door de gewenste grootte van de diagonaal van de bundeldoorsnede ter plaatse van het beeldweergeefpaneel 1 en door de vergroting van het optische systeem gevormd door alle elementen tussen de eerste lenzenplaat 54 en het beeldweergeefpaneel.

Het condensorlenzenstelsel moet een grote numerieke apertuur, bijvoorbeeld in de orde van 0,85 hebben om voldoende straling van de bron te kunnen opvangen. Zoals in figuur 6 is weergegeven, kan het condensorlenzenstelsel worden gevormd door een enkelvoudig, dik, lenselement 52. Opdat de afbeeldingsfouten beperkt blijven, moet dit lenselement minstens één asferisch oppervlak hebben. De eisen die aan het lenselement 52 gesteld worden, kunnen verminderd worden indien, zoals in figuur 13 getoond wordt, aan dit lenselement 52' een of meer additionele lenselementen 53 worden toegevoegd. De additionele lenselementen kunnen een deel van de benodigde correctie van het lenselement 52' leveren en bijvoorbeeld asferisch uitgevoerd zijn. Het is ook mogelijk dat een deel van de benodigde sterkte van het condensorstelsel in de additionele lenselementen is ingebouwd. De additionele elementen kunnen behalve elementen met gekromde brekende oppervlakken ook lichte en dunne Fresnel-lenselementen of lenselementen met radieel verlopende brekingsindex zijn.

In plaats van een enkelvoudig condensorstelsel kan het belichtingsstelsel ook een dubbel-condensorstelsel bevatten, zoals in figuur 14 is weergegeven. In dit belichtingsstelsel zijn twee condensorlenzenstelsels 52}, 53^, respectievelijk 52£ en 532, aan de voorzijde van de stralingsbron 20 aangebracht. Deze stralingsbron is bijvoorbeeld een langwerpige metaal-halogenide lamp met een lengte-breedte verhouding van bijvoorbeeld 2:1. Evenals in de figuren 6 en 13 is de lengterichting van de lamp loodrecht op de optische as 00'. De door de condensorlenzenstelsels opgevangen straling wordt gebundeld in twee deelbundels b} en b^ die door reflektoren 76 en 77 naar de optische as 00' worden gereflecteerd. Aan weerszijden van de optische as op een positie waar de hoofdassen van de bundels b}, b£ elkaar zouden snijden en waar de bundeldoorsnedes klein zijn, zijn twee reflektoren 78 en 79 geplaatst die een dakkant-spiegel vormen. Deze reflektoren buigen de bundels b}, b£ af in de richting van de optische as 00'. De nauwste insnoering van deze bundels liggen in een vlak 80. In dit vlak kunnen twee secundaire stralingsbronnen gedacht worden, die een klein stralend oppervlak hebben.

In de inzet van figuur 14 zijn deze stralingsbronnen, of lamp-afbeeldingen 81, 82 in vooraanzicht weergegeven. De afmetingen van deze afbeeldingen zijn, terug gerekend naar de positie van de lamp, gelijk aan die van de lamp. De straal van de cirkel 83 waarbinnen de afbeeldingen 81 en 82 gelegen zijn, is kleiner dan tweemaal de straal van de omschreven cirkel van de stralingsbron, zodat door het dubbele condensorstelsel de straling van de bron 50 in een bundel met kleine doorsnede geconcentreerd wordt. Bovendien zijn de openingshoeken van de bundels b}, b£ waarmee de afbeeldingen 81 en 82 gevormd worden relatief klein. Dat betekent dat in het dubbel-condensorstelsel een groot lichtverzamelvermogen gekombineerd is met een lage étendue. Met het begrip étendue, of “throughput", “luminoscity" of “acceptance* wordt het vermogen van een optische systeem om stralingsenergie te transporteren gekarakteriseerd. Dit vermogen wordt bepaald door de combinatie van een opening, of “stop*, en de pupil op eenzelfde plaats in het optische systeem en kan worden uitgedrukt in het product van het oppervlak van de opening en de ruimtehoek opgespannen door de pupil in het centrum van de opening. In een optische systeem dat aan het begin een bepaalde étendue heeft, kan de étendue verderop in het systeem alleen verkleind worden door straling te blokkeren.

Doordat het dubbele-condensorstelsel bij een gelijk lichtverzamelvermogen een lagere étendue dan een enkelvoudig condensorstelsel heeft, kunnen in het beeldprojectie-apparaat waarin het dubbele condensorstelsel gebruikt wordt minder dure optische elementen met bijvoorbeeld kleinere numerieke aperturen of kleinere doorsnedes toegepast worden, hetgeen vooral van belang is voor consumenten apparaten.

Ook in het dubbel-condensorstelsel is een reflektor 51 achter de stralingsbron 50 aangebracht die de door de achterkant van de bron uitgezonden straling naar de condensorlenzen 52ij, 52£ reflecteert, zodat de intensiteit van de bundels b}, b2 en daarmee de efficiëntie van het belichtingsstelsel verhoogd wordt.

In figuur 14 is nog geïllustreerd dat het centrum van de tweede lenzenplaat 57 niet op de eerste hoofdas 00' hoeft te liggen, maar dat deze plaat ook in zijn geheel aan één zijde van deze as gelegen kan zijn.

Figuur 15 toont een uitvoeringsvorm van het belichtingsstelsel met een dubbel condensorsysteem waarin twee eerste lenzenplaten 541 en 542 gebruikt worden. Deze lenzenplaten zijn bijvoorbeeld aangebracht tussen de hoofdcondensorlenzen 52^ en 522 en de reflektoren 76 en 77 respektievelijk. Ter plaatse van deze lenzen hebben de bundels b!j en b2 rechthoekige doorsneden zodat de lensjes 55 van deze platen bij voorkeur zodanig gerangschikt zijn dat de platen ook rechthoekig zijn.

De lenzenplaten 54^ en 542 kunnen ook aangebracht zijn tussen de reflektoren 76 en 78, respektievelijk de reflektoren 77 en 79.

De uitvoeringsvorm van figuur 15 kan ook extra kondensorlenselementen bevatten, analoog aan de lenselementen 53^ en 532 in figuur 14. Alternatief echter is het mogelijk om deze lenselementen te integreren met de lenzenplaten 54 .j en 542 op analoge wijze als beschreven zal worden aan de hand van de figuren 17 en 18.

Doordat in het belichtingsstelsel volgens de figuren 6 en 13 de op de eerste lenzenplaat 54 invallende stralingsbundel een evenwijdige bundel is, kan het oppervlak van de lensjes van de plaat 57 gemiddeld ongeveer de helft zijn van het oppervlak van de lensjes 55.

Onder omstandigheden kan het gewenst zijn de eisen die gesteld worden aan het enkelvoudige condensorelement 52 van figuur 6 te verminderen. Dit is het geval indien de stralingsbundel afkomstig van dit element een divergerende in plaats van een evenwijdige bundel is, zoals in figuur 16 wordt getoond. Dan moeten de lensjes van de tweede lenzenplaat 57 aangepast worden. De geringere sterkte van de condensorlens 52*, ten opzichte van de condensorlens 52 in figuur 6, kan gecompenseerd worden door aanpassing van het lenzenstelsel 62 in figuur 6.

Een soortgelijke opstelling als van figuur 15 wordt verkregen indien in de uitvoeringsvorm volgens figuur 13 het condensorelement 53 achter de tweede lenzenplaat 57 wordt geplaatst.

In de uitvoeringsvorm volgens figuur 13 kunnen de lens 53 en de lenzenplaat 54 geïntegreerd worden in één element 85 zoals in respektievelijk de figuren 17 en 18 getoond. De lens dient dan als drager van de lensjes 55 zodat het belichtingsstelsel een element minder bevat, waardoor dit stelsel eenvoudiger is en gemakkelijker te assembleren. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 17 zijn de lensjes 55 op het eerste gekromde oppervlak 86 van het geïntegreerde element 85, aangebracht. Figuur 18 toont een uitvoeringsvorm waarbij de lensjes 55' zijn aangebracht op een in principe vlak oppervlak 89 van de geïntegreerde lens 88. Het gekromde oppervlak 86 van figuur 17 is in figuur 18 vervangen door de verschillende krommingen van de lensjes 55'. De kromming van een lensje 55' stemt in principe overeen met die van het gedeelte van het oppervlak 86 in figuur 17 ter plaatse van dit lensje maar is gecorrigeerd voor het feit dat de deelbundel voor dit lensje een dunnere lens doorloopt en daardoor een andere richting zou krijgen.

Zoals reeds opgemerkt kan het belichtingsstelsel volgens de uitvinding een bundel met een goed uniforme verdeling van de verlichtingssterkte leveren. De verlichtingssterkte aan de rand van het te belichten voorwerp behoeft echter niet in alle gevallen precies gelijk te zijn aan die in het centrum van het voorwerp. Met name bij het weergeven van videobeelden met een vloeibaar kristal weergeefpaneel zou, indien dat wel het geval zou zijn, het weergegeven beeld onnatuurlijk lijken. Het verdient dan de voorkeur dat de verlichtingssterkte vanaf het centrum naar de randen van het beeldweergeefpaneel iets afneemt.

Figuur 19 toont een uitvoeringsvorm van het belichtingsstelsel waarin dit gerealiseerd is. Deze uitvoeringsvorm bevat een eerste lenzenplaat 54', bestaande uit een doorzichtig substraat 92 waarvan het eerste oppervlak 93 voorzien is van een aantal lensjes 55. Het oppervlak 93 is gekromd zodanig dat de dikte van het substraat 92 in het centrum kleiner is dan aan de rand. Er kan voor gezorgd worden dat elk van de bundelgedeeltes die afkomstig zijn van telkens een lensjespaar 55, 58 op de tussenafbeelding gefokusseerd is.

De vergroting waarmee de op de lensjes 58 gevormde stralingsvlekken op de tussenafbeelding 60 en uiteindelijk op het beeldweergeefpaneel afgebeeld worden, welke vergroting D60/D58 gegeven wordt door D60/D58 = £58/f55 is voor de verschillende lensjesparen verschillend vanwege de verschillende onderlinge afstanden tussen de lensjes 55 en 58 van een paar. De brandpuntsafstand f58 is het kleinst voor de centrale lensjes 58, zodat de met behulp van deze lensjes gevormde afbeeldingen op het voorwerp groter zijn dan de afbeeldingen die gevormd worden met behulp van de lensjes 58 aan de rand van de lenzenplaat.

Het belichtingsstelsel kan ook zó ingericht zijn, dat bundelgedeeltes die afkomstig zijn van de verschillende paren lensjes op verschillende axiale posities gefocusseerd zijn. Daarbij kunnen de deelbundels die afkomstig zijn van de lensjesparen 55, 58 gelegen tegen de optische as 00' op het beeldweergeefpaneel 1 gefocusseerd zijn. De bundelgedeeltes afkomstig van de lensjesparen die steeds verder van de as 00' af gelegen zijn, zijn steeds meer gedefocusseerd in het vlak van de tussenafbeelding 60. Ter plaatse van deze afbeelding worden nu een aantal stralingsvlekken gesuperponeerd die een toenemende grootte en een afnemende verlichtingssterkte per oppervlakte-eenheid hebben. Dit resulteert in een totale stralingsvlek die een vanaf het centrum afnemende verlichtingssterkte heeft.

Vanwege het eindige aantal lensjes van de lenzenplaten 54' en 57 verloopt de intensiteitsvermindering in het vlak van het paneel 1 stapsgewijs. Vanaf een bepaald aantal lensjes 55 en 58 zullen deze stappen snel onzichtbaar worden voor de waarnemer.

In de tot nu toe beschreven uitvoeringsvormen van het belichtingsstelsel met kondensors hebben de op de lenzenplaat 57 gevormde bronafbeeldingen allemaal dezelfde oriëntatie. Figuur 20 toont een voorkeursuitvoeringsvorm waarvoor dat niet meer het geval is.

In deze figuur is 100 een stralingsbron, in de vorm van een lamp met een langwerpige lichtboog waarvan de lengterichting samenvalt met de eerste optische as 00'. Deze lamp is voor een groot gedeelte omgeven door een parabolische reflektor 101, die het grootste gedeelte van de door de lamp uitgezonden straling naar de lenzenplaat 54 reflecteert. De reflektor 101 beeldt de stralingsbron 100 af in het oneindige. De lenzenplaat 54 vormt een aantal, overeenkomstig het aantal lensjes 55 in de plaat, afbeeldingen van de bron op de tweede lenzenplaat 57. Omdat de verschillende bundelgedeeltes b^, b2 enz. waarmee de verschillende afbeeldingen gevormd worden afkomstig zijn van verschillende gedeeltes van de reflektor 101, welke gedeeltes allemaal een andere oriëntatie hebben ten opzichte van de stralingsbron 100, hebben de genoemde afbeeldingen allemaal een andere oriëntatie ten opzichte van de lenzenplaat 57, zoals in figuur 21 getoond is.

In deze figuur, die een achteraanzicht van de lenzenplaat 57 laat zien, zijn de genoemde afbeeldingen aangegeven met 102. De lensjes dragen weer de referentienummers 58^...58^q. Voor de meeste van die lensjes komt de oriëntatie ongeveer overeen met die van de daarop gevormde bronafbeelding. Daardoor kunnen de afmetingen van de lensjes 58^...58^0 en die van de lenzenplaat 57 beperkt blijven, hetgeen betekent dat de numerieke apertuur van het projektielenzenstelsel (C in figuur 1) relatief klein kan zijn.

In figuur 22 is een uitvoeringsvorm van een belichtingsstelsel met een parabolische reflektor 101 en een eerste lenzenplaat 54' waarmee een aangepaste intensiteitsverdeling op het beeldweergeefpaneel 1 gerealiseerd kan worden, weergegeven. De lenzenplaat 54' met een gekromd voorvlak functioneert op dezelfde wijze als beschreven aan de hand van figuur 20. De combinatie van een parabolische reflektor met de lenzenplaat 54' biedt het additionele voordeel dat de numerieke apertuur van de parabool, die aan de rand kleiner is, overeenstemt met die van de lenzenplaat, zodat bij gelijkblijvende étendue een grotere efficiëntie verkregen wordt. Bovendien kan het belichtingsstelsel compacter uitgevoerd worden omdat een gedeelte van de lamp in de holte van de lenzenplaat steekt.

Figuur 23 toont een belichtingsstelsel van dezelfde soort als dat van figuur 20, maar waarin de parabolische reflektor is vervangen door door een elliptische reflektor 105 en een extra lens 106. De stralingsbron 100 is bijvoorbeeld weer een langwerpige lamp waarvan de lengterichting samenvalt met de optische as 00'. Deze bron is geplaatst in het eerste brandpunt van de elliptische reflektor. De reflektor vormt een afbeelding 100' in het tweede brandpunt F2. De lens 106 bundelt de straling afkomstig van de bron 100 en van de afbeelding 100' in een evenwijdige bundel.

Het is ook mogelijk de eerste lenzenplaat in de weg van de convergerende bundel, afkomstig van de reflektor 105, te plaatsen, zoals in figuur 24 getoond is. Achter de tweede lenzenplaat is nu een lens 107 aangebracht om te corrigeren voor de convergentie van de op de platen invallende bundel.

Bij gebruik van een elliptische reflektor kan er ook voor gezorgd worden dan een afbeelding van de bron op de eerste lenzenplaat gevormd wordt. Figuur 25 toont een uitvoeringsvorm waarin dat het geval is. De lenzenplaten 54, 57 kunnen dan kleinere afmetingen hebben.

Vóór de eerste lenzenplaat 54 kan nog een lens 108 geplaatst worden die de bundel b telecentrisch maakt zodat alle stralen van de bundel loodrecht op deze lenzenplaat invallen.

Een verdere uitvoeringsvorm van een belichtingsstelsel van dezelfde soort als die van de figuren 20 en 23 is in figuur 26 weergegeven. In deze uitvoeringsvorm is de reflektor 110 hyperbolisch. Deze reflektor bundelt de straling van de bron 50 in een divergerende bundel die afkomstig lijkt van de virtuele bronafbeelding 50', links van de reflektor. Zoals in figuur 26 aangegeven is, kan de eerste lenzenplaat in de weg van deze divergerende bundel geplaatst worden. Daarbij is achter de tweede lenzenplaat een lens 111 aangebracht om te compenseren voor de divergentie van de bundel. Het is ook mogelijk om tussen de hyperbolische reflektor en de eerste lenzenplaat een lens 112 aan te brengen om de van de reflektor afkomstige bundel in een evenwijdige bundel om te zetten.

In figuur 27 is een uitvoeringsvorm van een kleurenprojektietelevisie-apparaat schematisch weergegeven. Dit apparaat bestaat weer uit drie hoofdgedeelten: het belichtingsstelsel A, het beeldweergeefstelsel B en een projektielenzenstelsel C, bijvoorbeeld een zoomlens. De hoofdas 00' van het belichtingsstelsel ligt in het verlengde van de optische as DD' van het apparaat, die in de weergegeven uitvoeringsvorm eerst in drie sub-assen wordt verdeeld, welke sub-assen naderhand weer samengevoegd worden tot één optische as samenvallend met de optische as EE' van het projektielenzenstelsel.

De van het belichtingsstelsel A afkomstige bundel valt in op een kleurselectieve reflektor 120, bijvoorbeeld een dichroltische spiegel die bijvoorbeeld de blauwe kleurcomponent bfi reflecteert de rest van de bundel doorlaat. Dit bundelgedeelte ontmoet een tweede kleurselectieve reflektor 121 die de groene kleurcomponent bg reflecteert en de overblijvende rode kleurcomponent b^ doorlaat naar een reflektor 122 die de rode bundel reflecteert naar het projektielenzenstelsel. De reflektor 122 kan een neutrale reflektor zijn of een reflektor die geoptimaliseerd is voor rood licht. De blauwe bundel wordt door een neutrale of blauw-selectieve reflektor 123 gereflecteerd naar een weergeefpaneel 126 in de vorm van een vloeibaar kristallijn paneel. Dit paneel wordt op bekende wijze elektronisch aangestuurd zodat daarop de blauwe component van het te projecteren beeld verschijnt. De met de blauwe informatie gemoduleerde bundel bereikt via een kleurselectieve reflektor 124, die de blauwe bundel doorlaat en de groene bundel reflecteert, en een verdere kleurselectieve reflektor 125 die de blauwe bundel reflecteert, het projektielenzenstelsel C. De groene bundel bG doorloopt een tweede weergeefpaneel 127 waar hij met de groene beeldcomponent wordt gemoduleerd en wordt dan door achtereenvolgens de kleurselectieve reflektoren 124 en 125 naar het projektielenzenstelsel C gereflecteerd. De rode bundel bR doorloopt een derde weergeefpaneel 128 waar hij met de rode beeldcomponent wordt gemoduleerd en bereikt vervolgens via de kleurselectieve reflektor 125 het projektielenzenstelsel.

Aan de ingang van dit lenzenstelsel zijn de blauwe, rode en groen bundels gesuperponeerd zodat daar een kleurenbeeld ontstaat dat door dit stelsel vergroot wordt afgebeeld op een, in figuur 27 niet weergegeven, projektiescherm.

De optische weglengtes tussen de uitgang van het belichtingsstelsel A en elk van de weergeefpanelen 126, 127 en 128 zijn bij voorkeur gelijk, zodat de doorsnedes van de bundels bR, bG en bR ter plaatse van hun weergeefpaneel gelijk zijn. Ook de optische weglengtes tussen de weergeefpanelen 126, 127 en 128 en de beginopening van het projektielenzenstelsel zijn bij voorkeur gelijk, zodat de verschillend gekleurde scènes goed op het projektiescherm gesuperponeerd worden.

Elk van de vóór de beeldweergeefpanelen 126, 127 en 128 aangebrachte lenzen 129, 130 en 131 stemt overeen met de lens 73 uit figuur 10 en zorgt ervoor dat alle straling afkomstig van het uitgangsvlak van het belichtingsstelsel in de intreepupil van het projektielenzenstelsel C geconcentreerd wordt.

Figuur 28 toont een uitvoeringsvorm van een kleurenbeeldprojektie-apparaat met reflecterende beeldweergeefpanelen 140, 141 en 142. De door het belichtingsstelsel volgens de uitvinding geleverde bundel b wordt in drie verschillend gekleurde bundels bR, bG en bg gesplitst door een zogenaamd dichxoltisch kruis 145 gevormd door twee dichroltische spiegels 146 en 147.

Het projektielenzenstelsel C, hier aangegeven met een enkelvoudige lens, mag alleen straling van de door de beeldweergeefpanelen gereflecteerde bundel bgg opvangen en geen straling van de door de het belichtingsstelsel geleverde bundel bGjj.

Om te bewerkstelligen dat de bundel bQ^ en bRE voldoende gescheiden zijn ter plaatse van het projektielenzenstelsel zonder dat de afstand tussen dit stelsel en het beeldweergeefpaneel groot moet zijn, wordt gebruik gemaakt van hoekafhankelijke bundelscheider in de vorm van een samengesteld prismastelsel 135. Dit stelsel bevat twee doorzichtige prisma's 136 en 137 van glas of kunststof waartussen zich een luchtlaag 138 bevindt. Omdat de brekingsindex nffl van het prismamateriaal (nm is bijvoorbeeld 1,5) groter is dan die, n^, van lucht (n-^ = 1,0) zal een stralingsbundel die onder een hoek die groter dan of gelijk is aan de zogenaamde grenshoek 0g, waarvoor geldt

op het grensvlak van het prisma en lucht invalt totaal gereflecteerd worden. Bij inval op het grensvlak onder een hoek kleiner dan de grenshoek wordt de bundel volledig doorgelaten. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 28 zijn de brekingsindex van de prisma's 136 en 137 en de oriëntatie van de luchtlaag 138 zodanig gekozen dat de van het belichtingsstelsel A afkomstige bundel bQN door het grensvlak 136, 138 totaal gereflecteerd wordt naar het weergeefstelsel toe en de van dit stelsel afkomstige bundel bgg door dit grensvlak volledig doorgelaten wordt. De invalshoek van de bundel b0N, respectievelijk bundel bRE, op het grensvlak is daartoe groter, respectievelijk kleiner, dan de grenshoek.

Het prismastelsel bewerkstelligt dat de hoofdstraal van de bundel bRE een grote hoek, die in de buurt van 90° kan liggen, maakt met die van de bundel bQN. Daardoor kan het projektielenzenstelsel C dicht bij het weergeefstelsel geplaatst worden zodat de lengte van de beeldprojectie-inrichting aanzienlijk kleiner kan zijn dan bij afwezigheid van het prismastelsel.

Het is ook mogelijk de oriëntatie van het grensvlak 136, 138 ten opzichte van de richtingen van de bundels b0R en bRE zodanig te kiezen dat de bundel bQN doorgelaten wordt naar het weergeefstelsel, dat zich dan onder het prismastelsel bevindt, en de bundel b^ gereflecteerd wordt naar het projektielenzenstelsel C. Deze laatste opstelling biedt in het geval van kleurenbundelprojectie het voordeel dat minder kleur-aberraties optreden in de gemoduleerde bundel bRE·

In Figuur 28 valt de door het scheidingsvlak 136, 138 gereflekteerde bundel bQ^ in op een eerste dichroitische spiegel 146 die bijvoorbeeld blauw licht reflekteert. De blauwe component b01| B valt in op het weergeefpaneel 142 waarin het blauwe deelbeeld wordt opgewekt en de met de blauwe beeldinformatie gemoduleerde bundel bRE B wordt door het paneel 142 naar het dichroitische kruis 145 gereflecteerd. De door de dichroitische spiegel 146 doorgelaten bundel met een rode en groene component valt in op de tweede dichroitische spiegel 147 die de rode component b0NR reflekteert naar het weergeefpaneel 140. In dit paneel wordt het rode deelbeeld opgewekt. De met de rode beeldinformatie gemoduleerde bundel bRER wordt naar het dichroitische kruis 145 gereflekteerd. De door de spiegel 147 doorgelaten groene bundelcomponent bQi^G wordt door het groene beeldweergeefpaneel 141 gemoduleerd en als bundelcomponent b^ G naar het dichroitische kruis 145 gereflekteerd. Doordat de dichroitische spiegels 146 en 147 de terugkerende bundelcomponenten bREB en bRE^R weer reflecteren en de bundelcomponent bREjG doorlaten, worden deze bundelcomponenten verenigd in één bundel bRE die met de kleurenbeeldinformatie gemoduleerd is.

Bij voorkeur zijn de polarisator 10 en de analysator 11 tussen het belichtingsstelsel Λ en het beeldweergeefstelsel, respektievelijk het beeldweergeefstelsel en het projektielenzenstelsel, aangebracht zodat deze elementen gelijktijdig op de drie kleurcomponenten inwerken en niet voor elke kleurcomponent een apart stelsel van dergelijke elementen gebruikt behoeft te worden.

Een direkt aangestuurd reflektief vloeibaar kristal beeldweergeefpaneel is beschreven in onder andere het Amerikaanse octrooischrift no. 4,239,346.

In een kleurenbeeldprojektie-inrichting kan in plaats van het samengestelde prisma 135 ook een polarisatiegevoelige bundeldeler gebruikt worden waarbij de bundels loodrecht op de beeldweergeefpanelen kunnen invallen. De polarisatiegevoelige bundeldeler zorgt ervoor dat slechts licht met een bepaalde polarisatierichting naar een weergeefpaneel wordt gereflekteerd of doorgelaten en dat van het door het paneel gereflekteerde licht alleen die komponent met een polarisatierichting die loodrecht is op de polarisatierichting van de invallende bundel naar het projektielenzenstelsel wordt doorgelaten of gereflekteerd. De polarisatiegevoelige bundeldeler funktioneert dan tevens als omzetter van polarisatiemodulatie naar intensiteitsmodulatie.

Het kleurenbeeldprojektie-apparaat kan in plaats van een beeldweergeefstelsel met drie monochrome panelen ook voorzien zijn van een beeldweergeefstelsel met slechts één beeldweergeefpaneel namelijk een samengesteld of kleurenpaneel. Dit kleurenpaneel bevat dan een aantal beeldelementen dat bijvoorbeeld driemaal zo groot is als het aantal beeldelementen van een monochroom paneel. De beeldelementen van het kleurenpaneel zijn gerangschikt volgens drie groepen, met welke groepen respektievelijk een rood, groen en blauw deelbeeld wordt opgewekt. Aan een beeldpunt op het projektiescherm is telkens een beeldelement van elk van de groepen toegevoegd. Vóór elk van de beeldelementen is dan bijvoorbeeld een afzonderlijke kleurfilter geplaatst dat slechts de voor het betreffende beeldelement gewenste kleur doorlaat.

Het kleurenpaneel kan een transmissie-paneel zijn, waarbij het kleurenbeeldprojektie-apparaat dan bijvoorbeeld opgebouwd kan zijn zoals in de figuren 6, 11 en 20 getoond is. Indien het kleurenpaneel een reflektief paneel is, kan het kleurenbeeldprojektie-apparaat bijvoorbeeld gekonstrueerd zijn zoals in figuur 28 getoond, waarbij het kleurenpaneel op de positie van het monochrome paneel 141 geplaatst is en de panelen 140 en 142 evenals het dichroltische kruis 145 weggelaten zijn.

Figuur 29 toont schematisch en in bovenaanzicht een kleurenbeeldprojektie-inrichting met drie kleurkanalen 150, 151 en 152 voor respektievelijk de primaire kleuren groen, blauw en rood. Elk van deze kleurkanalen bevat een belichtingsstelsel A volgens de uitvinding een lens 73 en een transmissie beeldweergeefpaneel 141. Deze elementen zijn in groene kanaal 150 weergegeven. Voor de andere kanalen zijn overeenkomstige elementen op dezelfde wijze gerangschikt. De met de beeldinformatie gemoduleerde verschillend gekleurde bundels bG> bfi in bR worden door bijvoorbeeld een dichroltische kruis 145 tot één bundel bRR verenigd die door het projektielenzenstelsel C op een, niet weergegeven, beeldscherm wordt geprojekteerd.

Het belichtingsstelsel volgens de uitvinding kan niet alleen toegepast worden voor het belichten van een vloeibaar kristal beeldweergeefpaneel, maar ook voor het belichten van een beeldweergeefstelsel waarin gebruik gemaakt wordt van een kathodestraalbuis in kombinatie met een fotogeleidende laag en een laag vloeibaar kristallijn materiaal, welk beeldweergeefstelsel beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift no. 4,127,322.

In het algemeen kan de uitvinding toegepast worden daar waar een niet-rond voorwerp met licht van een bepaalde polarisatietoestand belicht moet worden en een zeer efficiënt gebruik gemaakt moet worden van de straling geleverd door een stralingsbron.

Claims (31)

1. Beeldprojektie-inrichting en bevattende een belichtingsstelsel, en beeldweergeefstelsel met minstens één beeldweergeefpaneel voor het opwekken van een te projekteren beeld waarbij de polarisatierichting van een door het belichtingsstelsel geleverde belichtingsbundel wordtgemoduleerd met de beeldinformatie, een projektielenzenstelsel voor het projekteren van het door het beeldweergeefstelsel gevormde beeld op een projektiescherm en een tussen het belichtingsstelsel en het beeldweergeefstelsel geplaatste polarisatiegevoelige bundeldeler voor het splitsen van de belichtingsbundel in twee verschillend gepolariseerde deelbundels waarvan de eerste deelbundel rechtstreeks geschikt is om door het beeldweergeefstelsel gemoduleerd te worden en een polarisatiedraaiend element voor het omzetten van de tweede deelbundel in een bundel met dezelfde polarisatietoestand als de eerste deelbundel, welke twee deelbundels beide op het beeldweergeefstelsel invallen, met het kenmerk, dat de polarisatiegevoelige bundeldeler een georiënteerde laag dubbelbrekend materiaal bevat, dat de naar de bundeldeler gerichte belichtingsbundel in een virtueel vlak achter de bundeldeler een halfcirkelvormige doorsnede heeft, dat de deelbundels eenzelfde optische weglengte door de bundeldeler doorlopen en dat de, uit het samenstel van bundeldeler en polarisatiedraaiend element tredende deelbundels samen een bundel met ronde doorsnede vormen.

2. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de bundeldeler bestaat uit een eerste prisma met een eerste vlak evenwijdig aan de hoofdstraal van de op de bundeldeler invallende belichtingsbundel en een tweede prisma met een eerste vlak evenwijdig aan de hoofdstraal, welke prisma's dezelfde brekingsindex hebben, dat de laag dubbelbrekend materiaal tussen de eerste vlakken van de prisma's gelegen is, waarbij een van de brekingsindices van dit materiaal ongeveer gelijk is aan die van de prisma's, dat een tweede en derde vlak van het eerste prisma, welke vlakken een even grote doch tegengestelde hoek met het eerste vlak maken het intreevlak, respektievelijk een eerste uittreevlak van de bundeldeler vormen, dat een tweede vlak van het tweede prisma, welk vlak evenwijdig is aan het tweede vlak van het eerste prisma een tweede uittreevlak van de bundeldeler vormt.

3. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het polarisatiedraaiend element op een van de uittreevlakken van de bundeldeler is aangebracht.

4. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het dubbelbrekend materiaal een vloeibaar kristallijn materiaal is.

5. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de laag dubbelbrekend materiaal een dubbelbrekende lijmlaag is.

6. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de lijmlaag een uniaxiaal georiënteerde polymeerlaag is.

7. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de polymeerlaag is gevormd uit een uitgeharde vloeibaar kristallijne monomeersamenstelling.

8. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bundeldeler bevat een, onder een hoek van ongeveer 45° met de hoofdas geplaatste, laag cholesterisch materiaal dat de belichtingsbundel splitst in een eerste, gereflekteerde, deelbundel van circulair gepolariseerd licht met een eerste draairichting en een tweede, doorgaande, deelbundel van circulair gepolariseerd licht met een tweede, tegengestelde, draairichting en verder voorzien is van een in de weg van de eerste deelbundel geplaatste eerste reflektor die evenwijdig is aan de hoofdas en van een tweede reflektor die in de weg van de tweede deelbundel geplaatst is onder een hoek van ongeveer 90° met de cholesterische laag, en dat een van de reflektoren de draairichting van de daarop invallende deelbundel omkeert.

9. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 of 8, waarin het belichtingsstelsel voorzien is van een lichtbron, een konkave reflektor voor het bundelen van licht afkomstig van de bron en een, in de weg van het gebundelde licht geplaatst, lenzenstelsel met het kenmerk, dat het lenzenstelsel achtereenvolgens bevat een eerste lenzenplaat voorzien van een aantal eerste lensjes die, in een vlak loodrecht op de hoofdas, een uniforme breedte in een eerste richting en een uniforme hoogte in een tweede richting, loodrecht op de eerste richting, hebben, een tweede lenzenplaat voorzien van een aantal tweede lensjes waarvan het aantal evenredig is met het aantal eerste lensjes, en een derde lens, waarbij de eerste lenzenplaat een daarop invallende lichtbundel verdeelt in een, met het aantal tweede lensjes evenredig, aantal deelbundels die hun nauwste insnoering hebben in het vlak van de tweede lensjes en waarvan de hoofdstralen gericht zijn op de middens van de tweede lensjes, waarbij de tweede lensjes de op de eerste lenzenplaat gevormde stralingsvlekken gesuperponeerd afbeelden in een tussenafbeelding en waarbij de derde lens een afbeelding van de tweede lenzenplaat vormt in een vlak nabij het uittreevlak van de bundeldeler, dat de breedte-hoogte verhouding van de eerste lensjes overeenkomt met die van een beeldweergeefpaneel en dat de tweede lensjes zijn gerangschikt binnen een halve cirkel.

10. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat minstens één van de lensjes van minstens één van de lenzenplaten asferisch is.

11. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat het aantal eerste lensjes gelijk is aan het aantal tweede lensjes.

12. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, 10 of 11, met het kenmerk, dat de eerste lensjes een zodanige grootte hebben en zodanig gerangschikt zijn dat het oppervlak van de eerste lenzenplaat ongeveer gelijk is aan de doorsnede van de daarop invallende belichtingsbundel.

13. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat de eerste lenzenplaat is aangebracht in een vlak waarin een eerste beeld van de lichtbron wordt gevormd en dat dit beeld door de tweede lenzenplaat herafgebeeld wordt in een tussenbeeld.

14. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat op elk van de tweede lensjes een verkleinde afbeelding van de lichtbron gevormd wordt.

15. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, 10, 11, 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat de eerste lenzenplaat samen met een daarbij behorende lens geïntegreerd zijn in één optisch element met minstens één gekromd oppervlak.

16. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 15, waarin de bijbehorende lens plankonvex is, met het kenmerk, dat de eerste lensjes aangebracht zijn op het platte oppervlak van de lens.

17. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de eerste lensjes zijn aangebracht op een gekromd brekend oppervlak van de lens.

18. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat een gekromd brekend oppervlak van de lens is vervangen door een in principe plat oppervlak waarop de eerste lensjes zijn aangebracht die elk een kromming vertonen die gerelateerd is aan de kromming ter plaatse van het betreffende lensje van het oorspronkelijke gekromde brekende oppervlak.

19. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de reflektor een sferische reflektor is die slechts licht dat door de bron aan één zijde van het vlak door het midden van de lichtbron en loodrecht op de hoofdas uitgezonden wordt opvangt en dat aan de andere zijde van dit vlak en vóór de eerste lenzenplaat een kondensorlenzenstelsel is aangebracht.

20. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de reflektor een sferische reflektor is, die slechts licht dat door de bron aan één zijde van het vlak door het midden van de lichtbron en loodrecht op de hoofdas uitgezonden wordt opvangt, en dat aan de andere zijde van dit vlak en vóór de eerste lenzenplaat twee kondensorlenzenstelsels zijn aangebracht die elk een ander deel van het van de bron en de reflektor afkomstige licht opvangen.

21. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk dat elk kondensorlenzenstelsel minstens één lens bevat waarvan minstens één brekend oppervlak asferisch is.

22. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk dat elk kondensorlenzenstelsel een enkelvoudige kondensorlens bevat die wordt gevolgd door minstens een extra lenselement.

23. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 20, 21 of 22, met het kenmerk, dat de eerste lenzenplaat uit twee platen bestaat die aangebracht zijn in het eerste, respektievelijk tweede kondensorlenzenstelsel.

24. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de reflektor een parabolische reflektor is die de lichtbron grotendeels omsluit.

25. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de reflektor een elliptische reflektor is die de lichtbron grotendeels omsluit.

26. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat tussen de reflektor en de eerste lenzenplaat een kollimatorlens aangebracht is.

27. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de reflektor een hyperbolische reflektor is.

28. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat tussen de reflektor en de eerste lenzenplaat een kollimatorlens is aangebracht.

29. Beeldprojektie-inrichting volgens conclusie 24, 25, 26, 27 of 28, waarin de stralingsbron langwerpig is, met het kenmerk dat de lengterichting van de bron evenwijdig is aan de hoofdas.

30. Kleurenbeeldprojektie-apparaat voorzien van drie kleurkanalen voor de drie primaire kleuren rood, groen en blauw, welke kleurkanalen elk een apart beeldweergeefpaneel bevatten, met het kenmerk, dat het één beeldprojektie-inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 29 bevat voor het, via kleursplitsende middelen, leveren van afzonderlijke bundels voor de drie kleurkanalen.

31. Kleurenbeeldprojektie-apparaat voorzien van drie kleurkanalen voor de drie primaire kleuren rood, groen en blauw die elk een apart weergeefpaneel bevatten, met het kenmerk, dat elk van de kleurkanalen een aparte beeldprojektie-inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 29 bevat.