DE2654512A1 - Katadioptrisch gekoppeltes farbfernsehprojektionssystem - Google Patents

Description

Gerhard Lessman, 62^3 Garfield, Ohio, California, \J.St.A.

Katadioptrisch gekoppeltes Farbfernsehprojektionssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wiedergabe sichtbarer Farbfernsehbilder mit einer Kombination aus einem Chassis angebrachter Empfänqerelektronik und einem Projektionssystem, bestehend aus drei Kathodenstrahlröhren, einem optischen System und einem Bildschirm, wobei sämtliche Elemente auf geeignete Weise in bzui. an einem entsprechend konstruierten und aufgebauten Schrank angebracht sind.

Herkömmliche Farbfernsehgeräte weisen üblicherweise große Kathodenstrahlröhren auf, deren Bildschirm auf eine Weise hergestellt wird, die eine Darstellung der drei Primärfarben (typischerweise Rot, Grün, Blau) in Form eng beieinanderliegender Leuchtstoffpunkte oder - striche ergibt; diese Punkte bzw. Striche werden als Matrix bezeichnet. Die Trennung zwischen den und die Größe der Punkte

709 87 2/0952

26b45 12 -1-

der Matrix muß dabei so gering sein, daß der Beobachter sie nicht mehr bemerken kann. Auf kurze Entfernung trifft dies nicht mehr zu. Dann wird das Muster der Farbmatrix für den Betrachter ujahrnehmbar und lenk von der Bildauflösung insbesondere nach einer Vergrößerung durch Projektion - ab.

Die einzelnen Farbpunkte belegen notwendigerweise sich gegenseitig ausschliessende Elemente der Bildschirmfläche,· damit ergibt sich ein erheblicher Verlust an mittlerer Bildschirmhelligkeit. Obgleich in technischer Hinsicht ein solcher Farbbildschirm die Dreifarbwirkung erzeugt, die das Auge als natürliche Färbung uiahrnimmt, und zwar in einem additiven Vorgang, handelt es sich in den Kategorien der Leuchtenergie jedoch um einen subtraktiven Vorgang, da das Bildschirmelement, das gerade in einer der drei Farben emittiert, nicht auch gleichzeitig in den beiden anderen Farben emittieren kann. Aus diesem Grund kann der maximale Wirkungsgrad derartiger Bildschirme 33 % nicht übersteigen. Da die Räume zwischen den typischerweise runden Punkten aus Farbleuchtstoff gewöhnlich mit schwarzem Hinterqrundmaterial ausgefüllt sind, beträgt der Leuchtwirkungsgrad solcher Bildschirme typischeruieise nur 17 %.

Weiterhin treten bei üblichen Farbfernsehbildröhren Verluste an Bildhelligkeit und -kontrast auf, da die lichtemittierenden Leuchtstoffe auf der rückwärtigen, d.h. inneren Fläche der Frontscheibe aufgetragen sind. Nur ein kleiner Teil des emittierten Lichts kann aus der Vorderfläche heraustreten; da ein Phänomen auftritt, das sich als "Grenzwinkel-Fang" ("critical angle trapping") beschreiben läßt. Hierbei wird der größte Teil des emittierten Lichts innerhalb der Frontplatte der Bildröhre eingefangen und schließlich auf die Leuchtstoffschicht zurückreflektiert, wo es den Kontrast zwischen nebeneinanderliegenden Bildflächen reduziert. Um diese Kantrastverringerung zu vermeiden, stellt man die Frontplatten der Bildröhren üblicherweise aus dunklem Glas her, um das Streulicht inter-

7098 2 2/0952

• a.

πεγ Reflexionen zu absorbieren. Diese Maßnahme verbessert qleichzEitig die Bildqualität, indsm sie unsrwunschtE UmuiEltlichtreflcxionen rEduziert. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß bsi diEser TEchnik auch die gewünschte Bildhelligkeit um typischEruEise 5g % abnimmt. Nur etwa 2o% des Emittierenden Lichts läßt sich gewöhnlich rückgewinnen; der Rest wird van den Verlusten infolge des Fangeffekts und der Durchlaßdämpfung des Glases aufoenommen. Faßt man diese Effekte mit dem Lüirkunasqrad zusammen, der sich aus der Farbpunktanordnung in der Matrix ergibt, wie oben erläutert, übersteigt der typische Leuchtwirkungsgrad herkömmlicher Farbfernseh-Bildröhren selten 3,h %.

Ein weiterer Wachteil herkömmlichEr Kathodenstrahlröhren ist, daß sie in den Kategorien der Belastbarkeit ihre maximale sichere Größe erreicht haben. Grössere Röhren wären der erheblichen Gefahr katastrophischer Implosion ausgesetzt. Die Herstellungskosten der derzeitigen Farbbildröhren sind nach Material, Verfahrensweisen und den engen Toleranzen, die für Punktmatrizen mit Dreifarbleuchtstoffen eingehalten wsrden müssen, zusätzlich sehr hoch.

Als Ergebnis des verbreiteten Wunsches, größere Fernsehbilder betrachten zu können, als sich mit den derzeit vorliegenden KathodenstrahlbildröhrEn darstsllen lassen, hat man versucht, vergrößerte Abbilder des Bildschirms auf einen Sichtschirm zu projizieren. Diese Uersuche sind nicht erfolgreich gewesen, da auch die Farbpunktmatrix vergrößErt wird und Rieh die Auflösung und Bildgüte daher unvermeidbar verschlechtern. Weiterhin wird der an sich schon extrem geringe Leuchtwirkunqsgrad bei der optischen Bildvergrößerung weiter verschlechtert, so daß die Bildhelligkeit für ein unbelastetes Sehen nicht mehr ausreicht. Bemühungen, diese Verluste durch höhere Leistungsniveaus auszugleichen, widersprechen dem Sicherheitsbedürfnis und dem Grundsatz der Energieeinsparung.

709822/0952

-H-

'40-

Man hat weiterhin versucht, diese Nachteile durch die Verwendung von drei getrennten Kathodenstrahlröhren zu überwinden, die in jeweils einer der drei Primärfarben emittieren. Diese Methode ist attraktiver, da die Röhren keine Farbpunktmatrix erfordern und daher einen etwa sechsfach höheren üJirkunnsqrad haben. Weiterhin sind Einfarbbildröhren wesentlich billiqer herzustellen. Bei der Durchführung dieses Konzeptes treten jedoch optische Schiwerigkeiten auf. Entweder muß man ein getrenntes optisches System für jede Röhre verwenden und drei separate Bilder perfekt aufeinander ausgerichtet auf die Projektionsfläche werfen oder die optischen Bahnen der drei Röhren unter Verwendung farbiger Strahlteiler zu einem optischen System zusammenführen. Die erste Alternative ist voluminös, teuer und nur unter Schwierigkeiten zu erreichen, da die erforderliche Bildausrichtung schwierig herzustellen und aufrechtzuerhalten ist. Die zweite Alternative ist auf optische Systeme geringer Apertur begrenzt, die zu einer angemessenen Auslauchtung nicht in der Lage sind, da die stark divergierenden Strahlen von Systemen mit großer Apertur nicht mit Strahlteilern vernünftiger Größe zwischen der Linse und den Röhren unterbrochen werden können, die typischerweise unter einem Winkel von k5 liegen.

Bei der hier offenbarten Erfindung sirid die oben für den Stand der Technik beschriebenen Nachteile durch die Verwendung einer neuartigen optischen Einrichtung vermieden, die erlaubt, im Rahmen der Blendzahl des optischen Systems das gesamte von drei einzelnen Farbbildröhren, die jeweils in einer von drei sich gegenseitig ausschließenden Primärfarben strahlen, emittierte Licht in ein optisches System großer Apertur zur Projektion auf eine Projektionsfläche zusammenzufassen.

Die wesentlichen Elemente der unten beanspruchten Farbfernsehempfängereinheit

709822/0952

sind die Modifikationen des Eingesetzten klassischen optischen Systems nach Schmidt. Die vorliegende Erfindung erreicht die Kombination von drei Primärfarben (typischerujeise Rot, Grün und Blau) zu einem einzigen vollfarbigen Bild unter Einsatz von Strahlteilern. Das grundlegende Prinzip geht von einem optischen Festkörpersystem, nicht einem herkömmlichen optischen System mit Luftzwischenräumen aus. Einige der wesentlichen neuartigen Elemente sind das Einbauen der farbigen Strahlteiler in die Festkörperoptik, die Anordnung der Strahlteiler nahe der Brennebene des Primärspiegels des optischen Systems, die Verwendung der Strahlteiler als Blende für das optische System und die direkte Kopplung der eingebetteten Frontscheiben der Kathodenstrahlröhren an die Festkörperoptik mittels eines optischen Bindemittels wie beispielsweise einer viskosen Flüssigkeit. Die Verwendung separater Kgrrekturlinsen in Luft nicht als Teil des optischen Festkörpersystems, schafft wahlweise zwei weitere Bildkorrekturflächen, von denen sich analytisch zeigen läßt, daß sie nicht immer erforderlich sind, um die vorliegende Erfindung durchzuführen.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in den neuartigen Elemente, wie oben ausgeführt, und unten weiterhin erläutert.

Die farbigen Strahlteiler lassen sich auf herkömmliche Weise als beschichtete Platten, an den Scheiteln zusammenstoßende Keile oder in irgendeiner ähnlichen Konfiguration herstellen. Sie werden dann in das optische FEstkörpersystem eingebettet bzw. körperlich in es aufgenommen.

Weisen die für die Strahlteiler und für das optische Festkorpersystem eingesetzte Stoffe gleiche Brechungsindizes auf, verschwinden - mit Ausnahme der Farbreflexbeschichtung - sämtliche Oberflächen der Anordnung optisch, so daß die

709822/0952

internen Mehrfachreflexiünen in den Strahlteilerelementen eliminiert sind und sich eine verbesserte Auflösung und Bildgüte ergeben.

Die Anordnung der Strahlteiler relativ zu der Primärspiegelfläche des optischen Systems und deren Verwendung als Systemblende bewirken eine Verringerung des Durchmessers der Primär£spiegelflache gegenüber der, die üblicherweise für die bekannten klassischen optischen Schmidt-Systeme erforderlich sind. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der Durchmesser des Primärspiegels etwa gleich dem Durchmesser der Blende plus dem doppelten Tangens des Halbfeldwinkels mal der Entfernung von der Blende zum Spiegel ist. In einem klassischen Schmidt-System ist diese Entfernung gleich der doppelten Brennweite. In dem hier offenbarten System beträgt sie nur etwa die halbe Brennweite.

Das Einbetten der Frontscheiben der Kathodenstrahlröhren in das optische Festkörpersystem und die Verwendung eines optischen Bindemittels bewirken, daß die Front- bzw. äußeren Flächen dieser Frontscheiben optisch verschwinden. Folglich brauchen diese Röhrenscheiben in der vorliegenden Anwendung nicht aus Dunkelglas hergestellt zu sein, was insgesamt eine fünffache Verbesserung des Leuchtwirkungsgrades gegenüber den Systemen des Standes der Technik erbringt. Ein zusätzlicher kleiner Vorteil ergibt sich dahingehend, daß, wenn die Röhrenfrontscheiben optisch mit dem System gekoppelt sind, Fehler in den Frontscheiben und den Flächen des optischen Systems ausgefüllt werden und verschwinden. Das Ergebnis ist ein Prajektionsbild erheblich verbesserter Güte, dessen Helligkeit etwa das Dreißiofache derjenigen ist, die sich mit einem optischen System mit gleichwertiger Blendenzahl erreichen läßt, die von einem Farbpunktmatrix-Bildrohr projiziert.

Die Verwendung des Korrektors in Luft vermeidet die Kosten und das zusätzliche

7 0 9 ■'■■ '.' : / '"· S 5 2

-jr -

'Ai.

Gewicht einer Herstellung der gesamten Länge des optischen Systems aus massivem Material, wie bei dem klassischen festen Schmidt-System. Diese Trennung des Korrektors ergibt weiterhin zwei zusätzliche optische Flächen gegenüber der des klassischen Schmidt-Systems_T die dazu verwendet werden können, dem System optische Vergrößerung und Korrektur zu erteilen. Die Verwenduna eines separaten Korrektors erlaubt auch die Verwendung eines gemeinsamen optischen Festkörpersystems mit mehreren Korrektoren unterschiedlicher optischer V/ergrößerung zu Systemen veränderlicher Vergrößerung oder Brennweite nur zu Lasten unterschiedlicher Korrektorelemente.

Die Hauptausführungsform der Erfindung, wie sie unten beschrieben ist, wurde für eine Blendenzahl von f/D,8, bei einer zentralen diametralen Verdunkelung von etwa So % ausgelegt. Bei Projektion auf einen leicht spieaelnden Bildschirm von 76,2 χ IgI,6 cm (3o χ Ua in.) mit einem Gewinn von 2,ο von einer Bildröhre mit 6,35 χ8,46 cm (2,5 χ 3,33 in.) Bildfläche, d.h. bei einer 12-fachen Vergrößerung) und einer zusammengefaßten Röhrenhelligkeit von 12oo Foot-lambert (in Luft an der Röhrenscheibe gemessen) ergibt sich die scheinbare Helligkeit des Sichtschirms aus der folgenden Näherungsformel:

(1 - 0²) GB IM²

_B= S

FTTA

mit B= Helligkeit des Sichtschirms

0 = zentrale diametrale Verdunkelung

G = Helligkeitsgewinn des Sichtschirms B_q = Röhrenhelligkeit (Gesamtwert für drei Farben) F = Blendenzahl des optischen Systems

709822/0952

- W-

A = gemessener interner Transmissionsgrad der Röhrenfrontscheibe zur Erzeugung von B

M = Verqrößerunqsgrad

W = Brechungsindex der Röhrenfrontscheibe.

Für die Hauptausführungsfarm läßt sich zeigen, daß die Sichtschirmhelliqkeit etma 21 foat-lambert heträqt. liJesentlich höhere Helliqkeiten ergeben sich offensichtlich beim Einsatz stärker richtunqsabhänqiqer Sichtschirme mit höherem Geuiinn oder höheren Bildröhrenhelliqkeiten.

Fig. 1 der Zeichnung ist ein teilqeschnittenes Darstellunosbild des optischen Festkörpersystems, das die Zuordnunq der drei Kathodenstrahlröhren, der Strahlteiler und des optischen Korrektors zeiat. Die auf den Kathodenstrahlröhren und den Strahlteilern angegebenen Farben sind nur stellvertretend für eine einer Vielzahl von möglichen Primärfarbentripeln und deren ,jeweiliger Ausrichtung,

Fig. Z zeigt schematisch die Hauptausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung in einem Projektionssystem einschließlich des erforderlichen Sichtschirms und Spipnpls, der Elektronik und des Schrankaufbaus,

Fig. 3 zeigt schematisch eine alternative Anwendung des katadioptisch gekoppelten Farbfernsehprojektionssystems zur Ausleuchtung eines Prajektionsschirms von hinten,

Fio. 4 ist eine Perspektivdarstellung des optischen Festkörperelements des optischen Systems und zeigt die Vertiefungen für zwei der Kathodenstrahlröhren und (gestrichelt) die relative Zuordnung der im poptischen EIe-

709822/0952

ment enthaltenen Strahlteilerelemente.

Fig. 5 ist eine Hchnittdarstellunq auf der Linie 6-6 der Fio. h und zeigt weiterhin den Aufbau des optischen Festkörperelements, das aus festem Acrylmaterial herqestellt ist (auch hier stellen die den Kathodenstrahlröhren mitgeteilten Farbkennzeichnungen nur eine typische Kombination von Primärfarben dar).

Fig. 6 zeigt in der Pespektive die Hauptauaführungsform des Strahlteilerelements in Form von zwei an den Scheiteln zusammenstoßenden Keilen, deren Flächen jeweils koplanar liegen und geeignet beschichtet sind, um daran ^F1 ü^r~^hBⁿ jbvb^ ^η r farbselektiv zu reflektieren.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform der Strahlteiler, d.h. aus zwei Platten, die jeweils farbselektiv beschichtet und unter Verwendung von Schlitzen, die jeweils über die halbe Plattenbreite verlaufen, zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

Fiq. Β zeigt das optische Festkörperelement in einer Teilschnittdarstellunq die das alternative Material als optisches Glas zeigt.

Fig. 9 schließlich zeigt das optische Festkörperelement in einer teilgeschnittenen Darstellung als einen Mantel, der eine Flüssigkeit mit geeignetem Blechungsindex enthält. Die Strahlteiler sind mechanisch oder klebend an der Innenfläche des Mantels befestigt.

Die Fiq. 1 zeigt nun ein optisches System nach der Erfindung, das als Teil einer Fernsehempfängereinheit - vergl. Fig. 2 - verwendet wird, um ein Farbfernsehbild zu projizieren. Das optische System 1o weist einen optischen Korrektor 12, ein optisches Festkörperelement 14 mit zwei, in dieses eingebetteten Strahl-

709822/0952

- 1fr-

teilerebenen 16, 13, 1/orkehrungen zum optischen Ankoppeln von drei Kathodenstrahlröhren 2a, 22 und 24 sowie drei derartige Kathodenstrahlröhren auf, von denen eine (2o) einen Leuchtstoffschirm 26 einer ersten Farbe, eine weitere (22), einen Leuchtstoffschirm 28 einer zweiten Farbe und eine dritte (24) einen Leuchtstoff schirm 3o einer dritten Farbe hat, tuobei die erste, zweite und dritte Farbe gemeinsam eine Rrimärfarbtripel bilden. An den Grenzflächen 32, 34, 36 ziüischen den Kathodenstrahlfrontplatten und dem optischen Festkörperelement 14 ist ein optisches Bindemittel verwendet, um die Brechunqsindizes der Frontscheiben der Bildröhren dem des optischen Festkörperelements 14 anzupassen.

Die Elektronik 42 in der Fiq. 2 beliefert die Kathodenstrahlröhren 2o, 22, 24 mit den Farbsinnalen und deren Ablenkjochs 44, 46, 48 mit den Ablenksiqnalen. Während .ieder Elektronenstrahl über die Leuchtstoffschirme 26, 28, 3o abgelenkt und intensitätsmoduliert wird, regt er die Leuchtstoffe zur Strahlung in einer ersten, zweiten bzw. dritten Farbe an.

Lichtenergie entsprechend des der ersten Farbe entsprechenden Teils des vollfarbigen Fernsehbildes wird auf lambertsche Weise ("in a Lambert manner") vom Leuchtstoffschirm 26 durch das Frontscheibenmaterial der Bildröhre, die Grenzfläche 32 und in das optische Festkörperelement 14 gestrahlt. Die Strahlteilerebenen 16, 18 erscheinen den Wellenlängen der ersten Farbe durchlässig Die lambertsche Lichtenergie setzt ihren Weg durch das optische Festkörperelement 14 fort, wobei es in seiner Divergenz durch den Durchmesser begrenzt wird, der mit dem Radius 5o an den Strahlteilerebenen qezeiat ist. Während die Lxchtenerqie weiter durch das Material des optischen Festkörperelements 14 läuft, trifft es auf die rückseitige Fläche 52, die voll farbreflektierend beschichtet ist und den Primärspiegel des optischen Systems 1o bildet. Die auf den zentralen

7 0 9 8 2 2 / η 9 5 2

Teil der Fläche 52 auftreffende Lichtenerqie ist für die Bildprojektion ohne Interesse, da sie in die zentrale diametrale Verdeckung ("oscuratian") reflektiert bird. Die auf den äußeren ringförmigen Teil der Primärspieqelfläche 52 fallende Lichtenerqie wird zur rinqförmioen Vorderfläche 54 reflektiert, die sie zu einem Ringbündel bricht, das zum ggf. vorhandenen Korrektor 12 gerichtet ist. Der Korrektor 12 bricht die Lichtenerqie der ersten Farbe qqf. mit seiner ersten und zweiten Fläche 56 bzw. 58 so, daß ein vergrößertes Abbild des Bildschirms 26 der Kathodenstrahlröhre für die erste Farbe auf den Sichtschirm 6o der Fiq. 2 projiziert wird.

Der Anteil des vDllfarbigen Fernsehbildes mit der zweiten Farbe entsprechender Lichtenergie wird auf lambertsche Weise vom Leuchtstoffschirm 28 durch das Frontscheibenmaterial der Bildröhre, die Grenzfläche 34 in das optische Festkörperelement 14 hineingeschickt. Während die Lichtenerqie das Material des optischen Festkörperelements 14 durchläuft, trifft sie auf die Strahlteilerebenen 16, 18. Die Strahlteilerebene 16 ist für Wellenlängen der zweiten Farbe durchlässio, während die Strahlteilerebene 18 als Spiegelfläche dient, die die Lichtenergie der zweiten Farbe zur rückseitigen (Primärspiegel-Fläche 52 des Elements 14 richtet. Die Lichtenergie durchläuft dann das optische System 1o so, wie oben für die Lichtenergie mit der ersten Farbe beschrieben, so daß ein Abbild der Kathodenstrahlröhre 22 mit der zweiten Farbe konvergent mit dem Bild der ersten Farbe projiziert wird.

Lichtenergie vom Bildschirm 24 mit der dritten Farbe gelangt durch das optische System Ίο, wie ober, für die Lichtenergie der zweiten Farbe beschrieben - mit der Ausnahme, daß die Rollen der Strahlteilerebenen 16, 18 für die zweite und dritte Farbe hier vertauscht sind. Die Strahlteilerebene 18 ist für Licht der

709822/0952

dritten Farbe durchlässig, während die Strahlteilerebene 16 für die dritte Farbe als ebener Spiegel wirkt. Auch hier uird das Bild in der driften Farbe mit den beiden anderen Farbbildern ausgerichtet projiziert.

Die Strahlteilerebenan 1G, 18 dienen als Blende für die lambertschen Strahlunqsmuster aus den Kathadenstrahlröhren 22, Zh. Lichtenergie, die unter Winkeln emittiert uird, die zu qroß sind, als daß die Strahlteilerebenen 1G, 18 sie nach unterbrechen können, geht im System als Streulicht verloren.

Wie nun in der Fig. 2 dargestellt, ist das katadioptrisch^ System 1a als von einer Laqerung 38 in einem Schrank abgestützt. Die Ausrichtung der Laqerunn ist für die Konstruktion nicht wesentlich - außer insofern, als Raum für einen optischpn PfRd der erforderlichen Länge vorhanden sein muß, um das System auf einem Sichtschirm So abzubilden. Dieser optische Pfad ist in der Hauptausführunqsform als durch einen ebenen Spiegel gefaltet dargestellt, der starr am Schrank ha befestigt ist. Die erforderliche FFS-Empfängerelektronik WZ. nimmt im Schrank ^o ein entsprechendes Ualumen ein, ohne den optischen Pfad zu unterbrechen. Das Ringbündel der drei Farblichtenerqien aus dem optischen System verläuft zum Spiegel 62, wird dort gefaltet und auf den Sichtschirm 6d geworfen, der reflektierend ist mit einem Gewinn von 2,ο oder mehr. Die drei Farbbilder sind auf dem Sichtschirm 6o miteinander ausgerichtet und stellen vergrößerte Abbildungen der drei Kathodenstrahlröhren 2o, 22, 2h der Fig. 1 dar. Die vollfarbige Wiedergabe folgt aus der bekannten Farbmischtheorie der Dptik.

Die Fig. k zeigt eine Perspektivdarstelluna des Elements 14 mit der Orientierung der Grenzflächen für die Bildschirme der Kathodenstrahlröhren für die zweite und dritte Farbe. Die Orientierungen der Strahlteilerebenen 16, 18, die ge-

7 0 9 8 2 2/095 2

strichelt gezeigt sind, sind ebenfalls relativ zu den Grenzflächen angegeben. Die Schnittlinie der beiden Strahlteilerebenen 16, 1B liegt parallel zur Schnittlinie 66 der beiden Grenzflächen zu den Kathodenstrahlröhren. Die Aussparungen in dem Material des optischen Elements Ik, in denen sich die Grenzflächen bilden, nehmen die Kathodenstrahlröhren 22, Zk für die zweite bzw. dritte Farbe nach Fig. 1 auf.

Die Fig. 5 zeigt in einer Schnittdarstellung die Hauptausführungsform des optischen Festkörperelements. Die relativen Orientierungen der Strahlteilerebene 18, der Strahlteilerebene 16 und der Grenzflächen sind weiterhin angegeben. Die Strahlteilerebene 18 ist orthogonal zur Winkelhalbierenden des Dinkels zwischen der Achse 68 des optischen Systems und der Achse 7o der Kathodenstrahlröhre angeordnet. Entsprechend liegt die Strahlteilerebene 16 orthogonal zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen der Achse 68 des optischen Systems und der Kathodenstrahlrohrachse 72. Diese Winkelzuordnung zusammen mit der Trennung zwischen den Strahlteilerebenen 16, 18 und den Grenzflächen bewirkt, daß die virtuellen Lagen der Worderflächen 28, 3o der Kathodenstrahlröhren für die zweite und dritte Farbe nach Fig. 1 einander überlagern und über der tatsächlichen Lage der Vorderflache 26 der Kathodenstrahlröhre für die erste Farbe nach Fig. 1 zu liegen scheinen. Wie angegeben, ist der bevorzugte Stoff für das optische Element Acrylmaterial.

Die Fig. 6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Halterung für die Strahlteilerebenen 16, 18 in Form eines Paares keilförmiger Elemente Ik, 76, die an ihren Scheiteln zu einer Schnittlinie 64 zusammenstoßen. Die Kombination der beiden Elemente 7k, 76 weist einen Querschnitt auf, der rechtwinklig zur Schnittlinie Gk liegt. Das Verhältnis der Länge der Seite 78 des Keils zur diagonalen

709822/0952

- Mr-

Ausdehnunq 8d Entlano den Ebenen Keilflächen ist als im wesentlichen qleich dem V/erhältnis der Breite der Frontscheibe der Kathodenstrahlröhren zu deren doppelter Höhe daraestellt. Die Keile 74, 7fa können jedoch für praktische Zwekke halbkreisförmiq ausneführt sein und ergeben dadurch eine Kreisblende mit der Schnittlinie 64 als Durchmesser. Eine Halterung ist vorgesehen, um die Keile sd abzustützen, daß die Keilflächen eine gegenseitig koplanare Lage beibehalten.

Die Strahlteilerebenen 16, 18 werden durch Aufdampfen oder andere übliche Verfahren ausnebildet. Die Reflexionsbeschichtunq für die zweite Farbe wird auf die Keilfläche des unteren Keilelements 76 in direkter Sicht, uiie dargestellt, und auf die Vorderfläche ("obverse face") des oberen Keilelements 74 aufnebracht. Die Heflexionsschicht für die dritte Farbe wird auf die sichtbare Keilfläche für das obere Keilelement 74 und auf die Vorderseite des unteren Keilelements 76 aufgebracht. Das bevorzugte Keilmaterial ist Acry!material.

Hat man die Strahlteiler-Keilanordnung 82 ausgebildet, wie oben beschrieben, setzt man die entsprechend beschichtete Anordnunn in eine Form ein, deren Innenraum in ihrer Gestalt der Gestalt des optischen Elements 14 entspricht und haltert sie auf geeignete Weise. Sodann gieBt man Acrylmaterial auf herkömmliche Weise in die Form und läßt es härten, so daß sich eine feste Einheit mit varoeformter optischer Fläche ergibt, die die Strahlteileranordnung enthält. Das narrektorelement kann, falls für die Funktion des Systems erforderlich, separat oder zusammen mit dem optischen Acryl-Element 14 einschließlich einer nichtoptischen Halterung ausgebildet werden.

Wie nun in der Fig. 3 darnestellt, kann das katadioptrisch gekoppelte Farbfernsehprojektionssystem verwendet werden, um ein üild von hinten auf einen Sicht-

709322/0952

schirm 61 zu werfen. Bei einer solchen FFS-Empfänqereinheit wird das ODtische System 1o auf geeignete Ueise nehaltert, so daß austretendes Licht auf einen Faltspiegel 63 qelanqt, der es auf den Sichtschirm 61 direkt oder über einen weiteren Faltschirm 65 richtet; auf dem Sc]ihtschirm 61 erscheint dann das Pro-/jektionsbild. Die Anordnunq der optischen Elemente ist zusammen mit der erforderlichen Elektronik in einen Schrank £t1 untergebracht.

Die Fig. 7 zeigt eine alternative Form der Strahlteileranordnung 83 in einer Perspektivansicht. Bei dieser Konstruktion sind die Strahlteilerebenen 16, 18 auf die Uorderflachen ebener Substrate 75, 77 aufGebracht. Die Substrat-elemente 75, 77 sind' /jeweils mit den Abmessungsproportionen ausoeführt, die oben für die Heilancrdnung der Hauptausführungsform angegeben wurden. Die beiden ebenen Substrate 75, 77 enthalten Schlitze, die über die halbe Breite verlaufen, so daß die beiden Substrate zu der dargestellten X-Gestalt zusammengesetzt werden können. Eine Halterung ist" vorgesehen, die die beiden Ebenen in richtigen Schnittwinkel hält, während die Anordnung in die festen optischen eingegossen wird.

Die Fig. 5 zeigt, wie die Ausbildung der Hauptausführunnsform aus festem Acrylmaterial modifiziert werden kann, indem man die Heilanordnung 82 durch die Strahlteileranordnung 83 der Fig. 7 ersetzt.

Die Fig. 8 zeigt, wie das feste optische System aus Glas ausgebildet werden kann, wobei entweder die Heilanordnung der Fig. 6 oder die Strahlteileranardnung der Fig. 7 in dieses eingebettet ist.

Die Fig. 9 zeigt, daß das optische Festkörpersystem aus einem unregelmäßig gestalteten hohlen Mantel Bk bestehen kann, der die geeignete gehaitprte Heilsn-

709822/0952

2 6 b 4 51 2

Ordnung 82 der Fin. 6 oder die StrRhlteileranordnuna d^r Fig. 7 enthält. Der ^est des Innenvolumens ist mit einer Flüssigkeit 86 ausgefüllt, die geeignete optische Eigenschaften hat.

Zusätzliche Ausführungsfarmen verwenden Kathodenstrahlröhren anderer als der oben in der Erläuterung der Erfindung anaeqebenen Größe. Das gesamte System idird dann in den Abmessungen maßstabsmäßig auf Geeignete Weise unidimensioniert.

Läßt man die Strahlteilerelemente und die Kathodenstrahlröhren für die dritte und die zweite Farbe fort und ersetzt die Kathodenstrahlröhre für die erste Farbe durch eine Schuiarzueiß-Bildröhre, erhält man eine V/ergrößerunpspro/iektionssystem für Schuarz-ueiß-Fernsehempfänger.

Die oben erläuterten Ausführunasformen erschöpfen nicht alle Anwendungen, denen die hier beanspruchte Erfindung zugeführt werden kann. Unabhängig von der Modifikation oder neuen Ausführungsformen bleibt der Zweck, eine V/orrichtung zum Projizieren eines vergrößerten Sichtbildes aus einer kleinen billigen niederenergetischen Quelle bei minimalen optischen Verlusten anzugeben.

709822/0952

Claims (17)

Katadioptrisch gekoppeltes Farbfernsehprojektionssystem Patentansprüche

1. Optisches System in der Art des klassischen Schmidt-Systems, gekennzeichnet durch eine Vielzahl won Strahlteilerflächen, die in ein optisches Element eingebettet sind, das den Konvergenzteil des optischen Systems bildet, und durch eine Vielzahl von in das optische System derart eingebetteter Kathodenstrahlröhren, daß die optischen Pfade von den strahlenden Flächen der Kathodenstrahlröhren innerhalb des optischen Systems bleiben, bis die mehreren Bilder von den Frontscheiben der Kathodenstrahlröhren miteinander ausgerichtet sind, um von dem optischen System projiziert zu werden.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem

709822/0952

Konvergenzteil des optischen Systems durch Luft getrennte Horrektorlinse vorgesehen ist, die dem optischen System zusätzlich die Fähigkeit zur Bildkorrektur erteilt.

3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzteil des Systems aus festem Material ausgebildet ist.

k. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Elemente Acrylmaterial eingesetzt wird.

5. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Konvergenzteil des Systems optisches Glas verwendet ist.

6. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzteil des Systems aus einem festen optischen Element geformt ist, das zu einem Material gestaltet ist, der eingebettete feste Strahlteilerelemente enthält und mit einer Flüssigkeit mit geeigneten optischen Eigenschaften gefüllt ist.

7. Optisches System ähnlich dem klassischen Schmidt-System, gekennzeichnet durch einen optischen Konvergenzteil, der eingebettet zuei Strahlteilerebenen und drei Einzelfarben-Kathodenstrahlröhren enthält derart, daß eine der Kathodenstrahlröhren, die Fernsehbilder in einer Gruppe von drei komplementären Primärfarben abstrahlt, auf der Achse des optischen Konvergenzteils so eingebettet ist, daß sie direkt eine Primärspiegelfläche beleuchtet, die am entgegengesetzten Ende des Konvergenzteils liegt, uxjbei die Bilder durch die Strahlteiler laufen, die für die Farbe durchlässig sind und uinklig durch eine Blende begrenzt sind, die durch die Abmessungen des Konvergenz-

709822/0952

teils im rechtEn Winkel zu der Achse im van dEn EingebsttEten Strahlteilern belegten Bereich gebildet wird, wobei die Bilder von der Gestalt der Primärspiegelfläche reflektiert und vergrößert werden und unter Brechung aus dem Konvergenzteil durch einen geeignet geformten ringförmigen Oberflächenbereich als Ringbündel in die Luft austreten, das Ein vergrößErtes Abbild der Kathodenstrahlröhre projiziert, das weiterhin eine zweite der drei Kathodenstrahlröhren, die Fernsehbilder in einer zweiten aus der GruppE der drei komplementären Primärfarben abstrahlt, in die Primärspiegelflache des Kon-VErgenzElemEnts so.eingebettet ist, daß die Bilder in der zweiten Farbe durch das Material des Konvergenzteils hindurch von einer der beiden Strahlteilerebenen ungehindert*, nämlich der, die so beschichtet ist, daß sie die dritte der Gruppe von drei komplementären Primärfarben reflektiert, übertragen werden, bis sie auf die andere, für die zweite Farbe reflektierende Strahlteilerebene auftreffen, worauf die auf geeignetE Weise divErgenten BiIdEr zur PrimärspiegelflächE in Überlagerung mit den Bildern in der ersten Farbe reflektiert werden, um durch den Rest des optischen Systems hindurch projiziert zu werden, wobei die für die zweite Farbe reflektierEndE StrahlteilErflache als Blende für diese Bilder wirkt, und daß die dritte der Kathodenstrahlröhren , die FernsEhbilder in der dritten der Gruppe van drei komplementären Primärfarben abstrahlt, in die Primärspiegelfläche ähnlich der Kathodenstrahlröhre für die zweite Farbe eingebettet ist, so daß Bilder in der dritten FarbE durch das optischE System hindurch wie die von der Kathodenstrahlröhre für die zwEite Farbe projiziert werden, mit der Ausnahme, daß die die zweite Farbe reflektierende StrahlteilErfläche für die Bilder in der dritten Farbe durchlässig erscheint, während die die dritte Farbe reflektierende Strahlteilerflache die Bilder in der dritten Farbe auf die Primärspiegelfläche reflektiert, wobei die Strahlteilerebenen so angeordnet

^098 2 2/0952

sind, daß sie die Bilder in der zmeiten und der dritten Farbe auf der Systemachse mit den Bildern in der ersten Farbe ausgerichtet überlagern.

8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzteil des Systems aus Acrylmaterial ausgebildet ist.

9. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzteil des Systems aus Dptischem Glas ausgebildet ist.

1a. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzteil des Systems aus einem festen optischen Material ausgebildet ist, daß zu einem Mantel gestaltet ist, der feste Strahlteilerelemente enthält und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, deren optische Eigenschaften den Anforderunaen des Systems entsprechen.

11. Farbfernsehempfänger und Projektionssystem aus der erforderlichen Elektronik, Halterung, Schrank und Sichtschirm, gekennzeichnet durch eine modifiziertes festes optisches System nach Schmidt mit zuei in dem optischen System eingebetteten Strahlteilerflächen und OEi in diesem eingebetteten Einzelfarben-Kathodenstrahlbildröhren, deren Bildschirme in unmittelbarer körperlicher Berührung mit dem festen optischen Element stehen, üjobei jede der Kathodenstrahlröhren Bilder in einer Gruppe von drei Primärfarben abstrahlt, die Strahlerteilerflächen und die Bildschirme der Kathodenstrahlröhren einander so zugeordnet liegen, daß sie die drei Einzelfarbbilder durch das feste optische System hindurch übertragen, und zu einem vollfarbigen Bild auf den Sichtschirm überlagert projizieren.

12. Empfängersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizier-

709 8 22/0952

te optische Schmidt-System eine durch Luft vom Konvergenzteil getrennte Horrektorlinse aufweist.

13. Empfängersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der optischen Elemente optisches Glas verwendet wurde.

14. Empfängersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung des Honvergenzteils des optischen Systems Acrylmaterial eingesetzt idurde.

15. Empfängersystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein geeignet gestalteter Mantel aus festem optischen Material, der mit einer Flüssigkeit mit geeigneten optischen Eigenschaften gefüllt ist und feste Strahlteilerelemente starr in der Flüssigkeit gehaltert enthält, zur Ausbildung des Honvergenzteils des optischen Systems verwendet wird.

16. Empfängersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eingetauchten StrahlteilErelemente die Blende des Systems bilden.

17. Verfahren zur Herstellung und Anfertigung eines optischen Systems für ein katadioptrisch gekoppeltes Farbfernsehprojektionssystern, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Paar keilförmiger Elemente mit jeweils einem Querschnitt in Gestalt eines spitzen gleichschenkligen Dreiecks starr aneinander gehaltert derart, daß sie mit ihren Scheiteln aneinanderstoßen und ihre Flächen jeweils kDplanar liegen, so daß die Gesamtguerschnittsgestalt X-förmig ist, daß man die Anordnung optisch beschichtet, um eine Ebene der beiden Flächen grünreflektierend und für Rot und Blau durchlässig und die

709822/0952

-S-

andere Ebene der beiden Flächen blaureflektierend und für Rot und Grün durchlässig zu machen, und daß man die beschichtete Anordnung in eine Form mit geeigneter Gestalt einbringt, so daß nach dem Füllen das resultierende feste Element optisch als Konvergenzteil des optischen Systems arbeitet.

709822/0952