DE69123189T2

DE69123189T2 - Bildprojektionsanordnung

Info

Publication number: DE69123189T2
Application number: DE69123189T
Authority: DE
Inventors: Vaan Adrianus Johannes Step De; Den Brandt Adrianus Henric Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-07-06
Also published as: TW239191B; JPH04234016A; KR920003772A; EP0467447B1; DE69123189D1; EP0467447A1; CN1047670C; CN1059035A; JPH0827438B2; KR100250846B1; NL9001610A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildprojektionsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Begriff Bildprojektionsanordnung sei im weiten Sinne zu verstehen und enthält eine Anordnung zum Anzeigen beispielsweise eines Videobildes, eines graphischen Bildes, von numerischer Information oder von einer Kombination dieser Möglichkeiten. Die Bilder können sowohl monochrome als auch Farbbilder sein. Im letzten Fall kann das Anzeigesystem drei Farbkanäle beispielsweise für die Primärfarben Rot, Grün und Blau enthalten, wobei jeder Kanal ein Anzeigefeld enthält.
Eine derartige Bildprojektionsanordnung für ein Farbbild ist in DE-A-3 829 598 beschrieben. Die Anzeigefelder der bekannten Anordnung sind Reflexionsfelder mit einer Schicht aus flüssigkristallinem Material vom sog. nematischen Typ als aktivem bildformendem Element. Diese Schicht ändert die Polarisationsrichtung eines einfallenden Lichtstrahls örtlich abhängig von der Bildinformation. Zu diesem Zweck muß das Lichtbündel in einer bestimmten Richtung linear polarisiert werden. Die bekannte Anordnung enthält einen polarisationsempfindlichen Strahlteiler aus zwei Prismaanteilen, zwischen denen eine dielektrische Störschicht angebracht ist. Diese Schicht teilt den Beleuchtungsstrahl in zwei senkrecht zueinander verlaufende linear polarisierte Teilstrahle, von denen ein erster dem Bildanzeigesystem zugeleitet wird. Für einen wirksamen Gebrauch des verfügbaren Lichts, wird eine λ/4-Platte, wobei λ die Lichtwellenlänge ist, in einer diagonalen Position im Weg des zweiten von der Störschicht reflektierten Teilstrahls angeordnet. Ein den zweiten Teilstrahl nach der Störschicht reflektierender Reflektor befindet sich hinter dieser λ/4-Platte. Da der zweite Teilstrahl die λ/4-Platte zweimal durchlaufen hat, ist seine Polarisationsrichtung über 90º in bezug auf die ursprüngliche Richtung gedreht, so daß der zweite Teilstrahl ebenfalls dem Bildanzeigesystem zugeleitet ist. Zwei Teustrahlen treten dann aus dem polarisationsempfindlichen Strahlteiler aus, und befinden sich an beiden Seiten einer Ebene durch die Hauptachse der Anordnung. Die Hauptachse der Anordnung ist die Linie, die die Mitte der Strahlungsquelle im Beleuchtungssystem nach der Mitte des Bildanzeigesystems miteinander verbindet.
Da der Betrieb des Störfilters als Polarisationsteilstrahlers von der Wellenlänge der Strahlung und vom Winkel abhängig ist, unter dem die Strahlen dieses Filter erreichen, ist dieses Filter weniger geeignet, da der Beleuchtungsstrahl einen größeren Aperturwinkel und einen Wellenlängenbereich hat, der das ganze sichtbare Lichtspektrum umfaßt. Außerdem unterscheiden sich die optischen Weglängen durch den Strahlteiler von den zwei Teustrahlen, so daß die zwei von diesen Teilstrahlen gebildeten Bilder aus der Strahlungsquelle sich an verschiedenen Stellen auf der Hauptachse befinden. Die bekannte Anordnung hat keine Vorkehrungen zum Gewährleisten, daß der Querschnitt des Beleuchtungsstrahls an der Stelle eines Anzeigefeldes dem des Feldes entspricht, und an der Stelle des Projektionslinsensystems der Apertur dieses Linsensystems entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildprojektionsanordnung zu schaffen, die diese erwähnte Kombination von Nachteilen nicht besitzt. Die Anordnung ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Eigenschaften gekennzeichnet.
Die Anordnung ist vorzugsweise derart aufgebaut, daß ohne Strahlteiler der Beleuchtungsstrahl einen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene hinter der Stelle des Strahlteilers hat. Die vom Strahlteiler erzeugten Teilstrahlen bilden zusammen im wesentlichen einen Strahl mit einem runden Querschnitt. Dieser Querschnitt wird der runden Pupille des Projektionslinsensystems angepaßt, so daß der Durchmesser dieses Systems begrenzt bleiben kann.
Die Anordnung kann auf andere Weise derart aufgebaut werden, daß der Beleuchtungsstrahl einen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene beim Eintritt des Strahlteilers hat. Die vom Strahlteiler ausgehenden Teilstrahlen haben dabei ebenfalls einen halbkreisförmigen Querschnitt, sind aber weiter voneinander getrennt, so daß der umschriebene Kreis größer ist.
Es gibt zwei Typen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Strahlteilers.
Die Ausführungsbeispiele vom ersten Typ sind dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler ein erstes Prisma mit einer ersten Fläche enthält, die parallel zum Hauptstrahl des Beleuchtungsstrahls auf den Strahlteiler verläuft, und ein zweites Prisma mit einer ersten Fläche enthält, die parallel zum Hauptstrahl verläuft, wobei die beiden Prismen den selben Brechungsindex haben, daß die Schicht aus doppelstrahlendem Material sich zwischen den ersten Flächen der Prismen befindet, während einer der Brechungsindizes dieses Materials im wesentlichen gleich dem der Prismen ist, daß eine zweite und eine dritte Fläche des ersten Prismas, die sich unter gleichgroßen, jedoch entgegengesetzten Winkeln zur ersten Fläche erstrecken, die Eintrittsfläche bilden, und einer jeweiligen ersten Austrittsfläche des Strahlteilers zugewandt sind, und daß eine zweite Fläche des zweiten Prismas, die parallel zur zweiten Fläche des ersten Prismas verläuft, eine zweite Austrittsfläche des Strahlteilers bildet.
Die Ausführungsbeispiele vom ersten Typ sind vorzugsweise außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsdrehelement auf einer der Austrittsflächen des Strahlteilers angeordnet ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel vom ersten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelbrechungsmaterial ein Flüssigkristallmaterial ist.
Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel vom ersten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Doppelbrechungsmaterial eine Doppelbrechungsklebschicht ist.
Im Vergleich zu einer Schicht aus flüssigkristallinem Material bietet die Doppelbrechungsklebschicht die Vorteile, daß sie weniger temperaturabhängig und besser temperaturwiderstandsfähig ist. Außerdem können die Brechungsindizes der Klebschicht der Prismen besser aneinander angepaßt werden, wenn eine Doppelbrechungsklebschicht verwendet wird.
Die Klebschicht ist vorzugsweise eine einachsig orientierte Polymerschicht.
Ein Strahlteiler, der insbesondere temperaturwiderstandsfähig ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht aus einer gehärteten flüssigkristallinen Monomerzusammensetzung gebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel vom zweiten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler eine Schicht aus cholesterinischem Material unter einem Winkel von etwa 45º zur Hauptachse enthält, wobei die Schicht den Beleuchtungsstrahl in einen ersten reflektierten Teilstrahl kreisförmig polarisierten Licht mit einer ersten Drehrichtung und in einen zweiten vorwärts gerichteten Teilstrahl kreisförmig polarisierten Lichts mit einer zweiten entgegengesetzten Drehrichtung teilt, und außerdem mit einem ersten Reflektor im Weg des ersten Teilstrahls angeordnet ist und parallel zum Hauptstrahl des Beleuchtungsstrahls auf den Strahlteiler verläuft, und mit einem zweiten Reflektorim Weg des zweiten Teilstrahls unter einem Winkel von etwa 90º zur cholesterinischen Schicht versehen ist, und daß einer der Reflektoren die Drehrichtung des darauf fallenden Teilstrahls umkehrt.
Dieser Strahlteiler liefert zwei Teilstrahlen, die beide links- oder rechtskreisförmig paralisiert sind und zusammen einen Strahl mit einem runden Querschnitt bilden. Dieser Strahl kann dem Bildanzeigesystem ohne Polarisationsumkehr zugeführt werden. Jedoch kann auf andere Weise der kreisförmig polarisierte Strahl zunächst in einen linear polarisierten Strahl umgewandelt werden, bevor er das Bildanzeigesystem erreicht.
Es sei bemerkt, daß die Verwendung einer Schicht aus (linksdrehendem oder rechtsdrehendem) cholesterinischem Material in Verbindung mit einem Reflektor zum Ermöglichen der Verwendung der beiden Polarisationskomponenten in einem Beleuchtungsstrahl in einer Bildprojektionsanordnung ansich aus dem 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 Mai 1990 bekannt ist. Dieser Artikel sagt nichts darüber aus, welche Form der ankommende Beleuchtungsstrahl haben soll, weder sagt er etwas darüber aus, daß die Teilstrahlen aus dem Strahlteiler einen Querschnitt haben sollen, die dem Projektionslinsensystem angepaßt ist.
Ein weiterer wichtiger Merkmal der Erfindung betrifft das Verfahren, mit dem das Beleuchtungssystem, das eine Strahlungsquelle, einen konkaven Reflektor zum Konzentrieren von Licht aus der Quelle und ein Linsensystem im Weg des konzentrierten Lichts enthält, derart aufgebaut ist, daß dieses System einen Beleuchtungsstrahl mit einem halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene hinter und in der Nähe des Strahlteilers erzeugt und eine einheitliche Lichtverteilung an der Stelle eines Anzeigefeldes und einen Querschnitt hat, der an den des Feldes angepaßt ist. Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem aufeinanderfolgend eine erste Linsenplatte mit einer Anzahl erster Linsen enthält, die in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse eine einheitliche Breite in einer ersten Richtung und eine einheitliche Höhe in einer zweiten Richtung senkrecht auf die erste Richtung enthält, eine zweite Linsenplatte mit einer Anzahl zweiter Linsen enthält, deren Anzahl proportional der Anzahl erster Linsen ist, und eine dritte Linse enthält, wobei die erste Linsenplatte ein darauf fallendes Strahlungsbündel in eine Anzahl von Teustrahlen proportional der Anzahl zweiter Linsen verteilt, und die Teustrahlen ihre geringste Einengung in der Ebene der zweiten Linsen haben und deren Hauptstrahlen auf die Mitten der zweiten Linsen gerichtet sind, die zweiten Linsen wie (die?) auf der ersten Linsenplatte in einer überlagerten Form in einem Zwischenbild geformte Strahlungsflecke abbilden, und die dritte Linse ein Bild der zweiten Linsenplatte in einer Ebene in der Nähe der Austrittsfläche des Strahlteilers bildet, daß das Breite/Höhenverhältnis der ersten Linsen dem eines Anzeigefeldes entspricht, und daß die zweiten Linsen in einem Halbkreis angeordnet sind.
Da das Breite/Höhenverhältnis der Linsen der ersten Linsenplatte gleich dem des Anzeigefeldes ist, kann der Querschnitt des auf diesem Feld fallenden Beleuchtungsstrahls, der aus Teilstrahlen aufgebaut ist, die aus einem Paar ergänzten Linsen der ersten und zweiten Linsenplatte ankommen, gleich der aktiven Oberfläche des Feldes gemacht werden, so daß das verfügbare Licht maximal ausgenutzt wird. Da die auf den Linsen der ersten Linsenplatte gebildeten Lichtflecke in einer Überlagerungsform von den zweiten Linsen abgebildet werden, haben das Zwischenbild und das am Feld geformte Bild eine einheitliche Lichtverteilung.
Es sei bemerkt, daß ein Projektionsapparat aus US-A-3 296 923 bekannt ist, in dem zwei Linsenplatten hintereinander zwischen einer Strahlungsquelle und einer Linse mit einer großen numerischen Apertur angeordnet sind, um damit zu erzielen, daß der auf das zu projizierende Objekt fallende Strahl eine einheitliche Lichtverteilung und einen Querschnitt hat, der gleich der Oberfläche des Objekts ist. Jedoch hat im bekannten Apparat die zweite Linsenplatte keine halbkreisförmige Form. Außerdem enthält dieser Apparat keinen polarisationsempfindlichen Strahlteiler mit einem Polarisationsdreher und das Objekt in diesem Apparat wird nicht mit Licht eines spezifischen Polarisationszustandes beleuchtet.
Das Beleuchtungssystem ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Linsen wenigstens einer der Linsenplatten asphärisch ist.
Unter einer asphärischen Linse sei eine Linse verstanden, deren Grundform sphärisch ist, aber deren wirkliche Form geringe Abweichungen von der Grundform zum Korrigieren der sphärischen Aberrationen der Grundform hat. Die Abbildungsqualität kann unter Verwendung asphärischer Linsen in einer Linsenplatte verbessert werden.
Das Beleuchtungssystem ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl erster Linsen gleich der Anzahl zweiter Linsen ist. Dies ist der Fall, wenn jede der ersten Linsen eine kleinste Einengung auf einer ergänzten zweiten Linse bildet.
Das Beleuchtungssystem ist außerdem vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen eine derartige Abmessung haben und derart angeordnet sind, daß die Oberfläche der ersten Linsenplatte etwa gleich dem Querschnitt des darauffallenden Beleuchtungsstrahls ist.
Eine von der Quelle emittierte größte Lichtmenge wird dabei eingefangen.
Die verschiedenen Ausführungsbeispiele des Beleuchtungssystems können in verschiedene Typen verteilt werden, wobei jeder Typ ein anderes Merkmal des Systems betrifft. Im Beleuchtungssystem können kennzeichnende Eigenschaften verschiedener Typen kombiniert werden.
Ein erster Typ von Ausführungsbeispielen betrifft die Positionen der Quellenbilder im Beleuchtungssystem. Ein erstes Ausführungsbeispiel dieses Typs ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte in einer Ebene angeordnet ist, in der ein erstes Bild der Lichtquelle geformt wird, und daß dieses Bild in einem Zwischenbild von der zweiten Linsenplatte neuabgebildet wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel vom ersten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß ein reduziertes Bild der Lichtquelle auf jeder der zweiten Linsen geformt wird.
Unter Lichtquelle sei hier sowohl die Lichtquelle selbst als auch ihre Abbildung verstanden, die vom Reflektor oder von anderen optischen Elementen vor den Linsenplatten geformt wird, und dieses Bild kann möglicherweise mit der Quelle zusammenfallen.
Der zweite Typ von Ausführungsbeispielen bezieht sich auf die Möglichkeiten der Integration verschiedener Linsenelemente. Ein Ausführungsbeispiel vom zweiten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte zusammen mit einer zugeordneten Linse in einem optischen Element mit wenigstens einer gekrümmten Oberfläche integriert ist.
Die zugeordnete Linse vor der Linsenplatte im ursprünglichen Entwurf des Beleuchtungssystems bildet jetzt einen Träger für die ersten Linsen, so daß ein getrennter Träger nicht mehr erforderlich ist, und damit das Beleuchtungssystem einen einfacheren Aufbau bietet und die Zusammensetzung erleichtert.
Wenn die Linse eine plankonvexe Linse ist, ist dieses Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen auf der flachen Brechungsfläche der Linse angeordnet werden.
Auf andere Weise ist dieses Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen auf einer gekrümmten Brechungsfläche der Linse angeordnet werden.
Eine weitere Alternative ist, daß dieses Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet ist, daß eine gekrümmte Brechungsfläche der Linse durch eine im Grunde ebene Oberfläche ersetzt wird, auf der die ersten Linsen angeordnet werden, die je eine Krümmung haben, die im Zusammenhang zur Krümmung an der Stelle der betreffenden Linse der ursprünglich gekrümmten Brechungsoberfläche steht.
Ein dritter Typ von Ausführungsbeispielen des Beleuchtungssystems bezieht sich auf den Entwurf des Teiles dieses Systems vor der ersten Linsenplatte. Ein erstes Ausführungsbeispiel dieses Typs ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein sphärischer Reflektor ist, der nur von der Quelle an einer Seite der Ebene durch die Mitte der Strahlungsquelle und senkrecht zur optischen Achse des Systems ausgestrahltes Licht einfängt, und daß ein Kondensorlinsensystem an der anderen Seite dieser Platte und vor der ersten Linsenplatte angeordnet ist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein asphärischer Reflektor ist, der nur von der Quelle an einer Seite der Ebene durch die Mitte der Strahlungsquelle und senkrecht zur Hauptachse ausgestrahltes Licht einfängt, und daß zwei Kondensorlinsensysteme an der anderen Seite dieser Ebene und vor der ersten Linsenplatte angeordnet sind, wobei jedes System einen anderen Teil des Lichts aus der Quelle und dem Reflektor einfängt.
Bei einer gleichen Lichteinfangsleistung bietet ein doppeltes Kondensorlinsensystem im Vergleich zu einem einfachen Kondensorlinsensystem den Vorteil, daß es einen niedrigeren Durchtritt aufweist, so daß die Bildprojektionsanordnung weniger teuere optische Elemente beispielsweise mit kleineren numerischen Aperturen oder kleineren Querschnitten enthalten kann, was insbesondere in Apparaten für Gebrauch durch Kunden wichtig ist. Der Begriff Durchtritt oder Helligkeit oder Annahme kennzeichnet die Leistung eines optischen Systems zum Befördern von Lichtenergie. Diese Leistung wird durch die Kombination einer Apertur oder eines Stopps und der Pupille an einer und derselben Position im optischen System bestimmt und kann durch das Produkt der Oberfläche der Apertur und des von der Pupille in der Mitte der Apertur gegenüberliegenden räümlichen Winkels ausgedrückt werden. In einem optischen System, das einen vorgegebenen Durchtritt am Anfang hat, kann der Durchtritt weiter unten im System nur durch Blockierungsstrahlung verringert werden.
Es sei bemerkt, daß allgemein beispielsweise aus US-A-4 722 593 bekannt ist, einen Reflektor an der einen Seite einer Strahlungsquelle und ein Kondensorlinsensystem an der anderen Seite dieser Quelle in einer Projektionsanordnung mit einem flüssigkristallinen Anzeigefeld zu verwenden. Jedoch sind die bekannten Anordnungen nicht mit Linsenplatten versehen. Außerdem ist im Apparat nach dieser US-Patentschrift der nicht weiter beschriebene Reflektor um die Strahlungsquelle angeordnet, so daß er auch Quellenstrahlung empfängt, die vorbei einem Winkel von 180º ausgestrahlt wird.
Das Kondensorlinsensystem muß eine große numerische Apertur haben, so daß eine möglichst große Lichtmenge eingefangen wird. Im Prinzip kann dieses Linsensystem ein Linsenelement enthalten. Die erste Ausführungsform vom dritten Typ mit einer einfachen Kondensorlinse ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Brechungsfläche der Kondensorlinse asphärisch ist.
Das erste Ausführungsbeispiel vom dritten Typ ist auf andere Weise dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kondensorlinsensystem eine Hauptkondensorlinse enthält, der wenigstens ein zusätzliches Linsenelement folgt.
Die zusätzlichen Linsenelemente können einen Teil der erforderlichen Korrektur oder der Linsenleistung der Hauptkondensorlinse übernehmen, so daß diese Linse leichter herstellbar ist und preisgünstiger. Die zusätzlichen Linsenelemente können auch zum Verbessern der Abbildungsqualität verwendet werden. Wenn ein Teil der Leistung des Kondensorlinsensystems in die zusätzlichen Linsenelemente aufgenommen ist, können diese Elemente asphärisch sein. Die zusätzlichen Linsenelemente können auf andere Weise beispielsweise Fresnel-Linsen sein, die den Vorteil bieten, daß sie leicht und dünn sind.
Das Beleuchtungssystem mit zwei Kondensorlinsensystemen ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte in zwei erste Linsenplatten verteilt ist, die in dem ersten bzw. im zweiten Kondensorlinsensystem angeordnet sind.
Die Länge des Beleuchtungssystems kann durch Aufnehmen der ersten Linsenplatte in das Kondensorlinsensystem reduziert werden.
Neben einem Beleuchtungssystem mit einem asphärischen Reflektor und einem Kondensorlinsensystem kann die Erfindung auf andere Weise mit großem Vorteil in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, in denen weitere Elemente zum Konzentrieren der Quellenstrahlung verwendet werden. Ein zweites Ausführungsbeispiel vom dritten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Parabolreflektor ist, der den größeren Teil der Lichtquelle umgibt.
Ein Parabolreflektor bietet selbst den Vorteil, daß er einen großen Anteil des Quellenlichts einfängt. Jedoch weist der von diesem Reflektor gebildete Lichtstrahl eine inhomogene Verteilung der Beleuchtungsstärke. Es ist wahr, daß eine homogenere Verteilung durch Anordnung der Lichtquelle außerhalb des Brennpunkts des Parabels erhalten werden kann, aber dabei hat der Strahl eine große Winkelapertur, so daß das Projektionslinsensystem eine große numerische Apertur haben soll. Die Beleuchtungsstärkeverteilung kann homogener gemacht werden, wenn die Linsenplatten in einem Beleuchtungssystem mit einem Parabolreflektor verwendet werden.
Da für jedes auf den Linsen der zweiten Linsenplatte geformte Bild das Licht aus einem anderen Anteil des Parabolreflektors ankommt, von dem alle Anteile eine andere Orientation in bezug auf die Lichtquelle haben, besitzen alle Bilder eine andere Orientation in bezug auf die Linsenplatte. Dies läßt sich zufriedenstellend damit kombinieren, daß die zweiten Linsen, die in einem Halbkreis angeordnet sind, gegenseitig verschiedene Orientationen haben und in bezug auf die ersten Linsen abweichen.
Obige Bemerkungen in bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel vom dritten Typ beziehen sich ebenfalls auf ein drittes Ausführungsbeispiel diesen Typs. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein elliptischer Reflektor ist, der den größeren Teil der Lichtquelle umgibt.
Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist weiter noch dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollimatorlinse zwischen dem Reflektor und der ersten Linsenplatte angeordnet ist.
Ein viertes Ausführungsbeispiel vom dritten Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Hyperbolreflektor ist.
Dieses Ausführungsbeispiel ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor und der ersten Linsenplatte eine Kollimatorlinse angeordnet ist.
Wenn die Ausführungsbeispiele vom dritten Typ mit einer länglichen Lichtquelle versehen sind, sind diese Ausführungsbeispiele noch dadurch gekennzeichnet, daß die Ungsrichtung der Lichtquelle parallel zur Hauptachse verläuft. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Farbbildprojektionsanordnung mit drei Farbkanälen für die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, wobei jeder Farbkanal ein getrenntes Anzeigefeld enthält. Erfindungsgemäß ist diese Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bildprojektionsanordnung nach obiger Beschreibung zum Ausgeben getrennter Strahlen für die drei Farbkanäle über Farbtrennmittel enthält.
Die Farbbildprojektionsanordnung ist auf andere Weise dadurch gekennzeichnet, daß jeder Farbkanal eine getrennte Bildprojektionsanordnung nach obiger Beschreibung enthält.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Zusammensetzung einer Bildprojektionsanordnung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strahlteilers zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 3 den Betrieb dieses Strahlteilers,
Fig. 4 diesen Strahlteiler mit einem Polarisationsdreher auf einer der Austrittsflächen,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strahlteilers,
Fig. 6 ein erstes Ausführungsbeispiel der Bildprojektionsanordnung in einem Querschnitt,
Fig. 7 und 8 die erste in dieser Anordnung benutzte Linsenplatte in einer perspektivischen Vorder- bzw. Rückdarstellung,
Fig. 9 und 10 die zweite in dieser Anordnung benutzte Linsenplatte in einer perspektivischen Vorder- bzw. Rückdarstellung,
Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel der Bildprojektionsanordnung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 12 die erste Linsenplatte mit den darauf in einer Rückansicht geformten Quellenbildern,
Fig. 13, 14, 15 und 16 verschiedene Ausführungsbeispiele des Beleuchtungssystems mit einem sphärischen Reflektor hinter der Lichtquelle,
Fig. 17 und 18 zwei Ausführungsbeispiele einer integrierten ersten Linsenplatte und Linse,
Fig. 19 ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems mit einer gekrümmten ersten Linsenplatte,
Fig. 20 ein Ausführungsbeispiel einer Bildprojektionsanordnung mit einem Parabolreflektor im Beleuchtungssystem,
Fig. 21 die zweite Linsenplatte dieser Anordnung und die darauf in einer Vorderansicht geformten Lichtflecke,
Fig. 22 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems mit einem Parabolreflektor,
Fig. 23, 24 und 25 Ausführungsbeispiele des Beleuchtungssystems mit einem elliptischen Reflektor,
Fig. 26 ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems mit einem Hyperbolreflektor,
Fig. 27 ein Ausführungsbeispiel einer Farbbildprojektionsanordnung mit einem Beleuchtungssystem und mit transparenten Anzeigefeldern,
Fig. 28 ein Ausführungsbeispiel einer Farbbildprojektionsanordnung mit einem Beleuchtungssystem und mit reflektierenden Anzeigefeldern,
Fig. 29 eine Farbbildprojektionsanordnung mit einem getrennten Beleuchtungssystem für jeden Farbkanal, und
Fig. 30 und 31 Ausführungsbeispiele der Bildprojektionsanordnung mit bzw. ohne ein Linsensystem zwischen der zweiten Linsenplatte und dem Strahlteiler.
In Fig. 1 stellt der Block A ein Beleuchtungssystem dar, das ein Lichtbündel b ausstrahlt, dessen Hauptstrahl mit der optischen Achse 00' der Bildprojektionsanordnung zusammenfällt. Dieses Bündel fällt auf das Bildanzeigesystem B, das ein Anzeigefeld 1 enthält, wenn ein monochromatisches Bild projiziert werden soll. Dieses Feld ist beispielsweise ein Flüssigkristallanzeigefeld (LCD). Ein derartiges Feld enthält eine Schicht aus flüssigkristallinem Material 4 beispielsweise vom nematischen Typ, die zwischen zwei transparenten Platten 2 und 3 beispielsweise aus Glas eingeschlossen ist. Die Steuerelektroden 5 und 6 befinden sich auf jeder Platte. Diese Elektroden können in eine Vielzahl von Zeilen und Spalten verteilt werden, so daß eine Vielzahl von Bildelementen im Anzeigefeld definiert wird. Die verschiedenen Bildelemente werden dabei durch die Steuerung der Matrixelektroden angetrieben, wie dies schematisch mit Hilfe der Steuerklemmen 7 und 8 angegeben ist. Also kann ein elektrisches Feld über das Flüssigkristallmaterial 4 an den gewünschten Stellen angelegt werden. Ein derartiges elektrisches Feld bewirkt eine Änderung des wirksamen Brechungsindexes des Materials 4, so daß das durch ein vorgegebenes Bildelement fallendes Licht möglicherweise eine Drehung der Polarisationsrichtung erfährt, was vom möglichen Vorhandensein eines örtlichen elektrischen Feldes an der Stelle des betreffenden Bildelements abhängig ist.
Statt dieses sog. passiv gesteuerten Anzeigefelds ist es ebenfalls möglich, ein aktiv gesteuertes Feld zu verwenden. Im letztgenannten Anzeigefeld enthält eine der Trägerplatten eine Elektrode, während die Halbleitersteuerelektronik auf der anderen Platte angeordnet ist. Jedes Bildelement wird jetzt von seinem eigenen aktiv gesteuerten Element, wie z.B. einen Dünnschichttransistor, gesteuert. Beide Typen direkt gesteuerter Anzeigefelder werden beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 266 184 beschrieben.
Das beim Anzeigefeld 1 ankommende Bündel muß polarisiert werden und vorzugsweise linear polarisiert. Jedoch erzeugt das Beleuchtungssystem A unpolarisiertes Licht. Von diesem Licht wird eine linear polarisierte Komponente mit der gewünschten Polarisationsrichtung mit Hilfe eines Polarisators 10 gewählt. Ein Analysator 11, dessen Polarisationsrichtung beispielsweise auf wirksame Weise parallel zu der des Polarisators 10 verläuft, ist im Weg des Lichts durch das Anzeigefeld angeordnet. Hierdurch fällt das Licht aus diesen Bildelementen, die erregt werden und die Polarisationsrichtung des Bündels nicht ändern, vom Analysator nach einem Projektionslinsensystem C. Das Licht aus den nicht erregten Bildelementen, die die Polarisationsrichtung des Bündels über 90º drehen, wird vom Analysator abgeblockt. Der Analysator wandelt somit die Polarisationsmodulation des Bündels in eine stärke Modulation um. Das Projektionslinsensystem C projiziert das am Feld 1 geformte Bild auf einen Projektionsschirm B. Diese projizierte Bild kann ein Zuschauer W sehen, der sich im Raum hinter dem Projektionsschirm befindet.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Bildelemente, über die kein elektrisches Feld erzeugt wird, mit schwarzen Punkten auf dem Projektionsschirm D abgebildet. Es ist auf andere Weise möglich, ein Bildelement derart zu steuern, d.h. eine derartige Feldstärke über dieses Bildelement anzulegen, daß die Polarisationsrichtung des ankommenden linearpolarisierten Lichts nicht über 90º gedreht wird, sondern daß dieses linearpolarisierte Licht in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt wird. Ein Anteil dieses Lichts gelangt an den Projektionsschirm und der Rest wird abgeblockt. Das betreffende Bündelelement wird dabei nicht als schwarzes oder weißes Element am Projektionsschirm, sondern als ein graues Element abgebildet, in dessen Graustufe einstellbar ist.
Statt des linearpolarisierten Lichts kann eine Bildprojektionsanordnung mit Flüssigkristallanzeigefeldern grundsätzlich auch kreisförmiges oder elliptisch polarisiertes Licht verwenden. Dieses Anzeigefeld kann dabei die Drehrichtung des kreisförmig polarisierten Lichts oder das Verhältnis der elliptischen Achsen des elliptisch polarisierten Lichts ändern. Diese Änderungen können in eine stärke Modulation mittels zusätzlicher Polarisationsmittel umgewandelt werden.
Wenn ein Bildanzeigesystem verwendet wird, dessen Bildelemente im gesteuerten Zustand die Polarisationsrichtung drehen und dieser Richtung nicht in den nicht gesteuerten Zustand drehen, kann eine Zusatzschicht aus flüssigkristallinem Material, die die Polarisationsrichtung des kompletten Bündels über 90º dreht, in Reihe mit dem Anzeigefeld 11 gebracht werden, so daß das Bild am Projektionsschirm dieselbe Polarität hat wie das Bild, das in einer Anordnung mit einem Anzeigefeld geformt ist, dessen Bildelemente im gesteuerten Zustand die Polarisationsrichtung nicht drehen.
Ein derartiger zusätzlicher Polarisationsdreher, der mit der Bezugsziffer in Fig. 1 bezeichnet ist, kann auch verwendet werden, wenn in einer Anordnung, in der die Bildelemente im gestuerten Zustand die Polarisationsrichtung nicht drehen, diese Bildelemente immer noch als schwarze Bildelemente am Projektionsschirm erscheinen. Dies bietet die Möglichkeit der Tarnung beispielsweise ungewollter Auswirkungen im Anzeigefeld, der Erhaltung eines größeren Kontrastes, der Reduzierung der Farbabhängigkeit der Anordnung oder der Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit des Anzeigefeldes.
Statt einer Schicht aus flüssigkristallinem Material kann eine λ/2-Platte, in der λ die Wellenlänge des projizierten Lichts ist, als zusätzlicher Polarisationsdreher 12 verwendet werden. Als weitere Alternative kann der Analysator über 90º in bezug auf die Ursprungsorientations gedreht werden.
Bei Verwendung im Transmissionsbetrieb hat ein Flüssigkristallanzeigefeld einen niedrigen Wirkungsgrad, beispielsweise von nur 10% der beim Feld ankommenden Strahlung gelangt an das Projektionslinsensystem. Außerdem bildet dieses System das Feld in einer vergrößerten Form ab, so daß das Beleuchtungsbündel eine große Stärke haben soll, wenn es noch ausreichende Strahlungsstärke je Einheit des Oberflächengebiets am Schirm gibt. Die Verwendung einer Lichtquelle in Form einer Lampe mit einer höheren Stärke bietet nur beschränkte Verbesserungen. Faktisch haben Lampen mit einer größeren Lichtstärke allgemein auch einen größeren Strahlungsoberflächengebiet in Form eines Lampenbogens, so daß die Ausgangsapertur des Beleuchtungssystems größer sein wird. Beim Reduzieren der Bündelapertur zum Begrenzen der Abmessungen der aufeinanderfolgenden optischen Bauteile in der Projektionsanordnung würde ein Teil der Lichtenergie wiederum verloren gehen. Es ist daher erwünscht, möglichst viel Licht aus der Lampe zu empfangen und es in einen schmalen Strahl zu konzentrieren. Eine weitere Anforderung ist, daß der Querschnitt dieses Bündels der Rechteckform des Anzeigefelds möglichst angepaßt werden soll, so daß eine möglichst geringe Lichtmenge vorbei dieses Feld gerät.
Eine Anzahl von Maßnahmen wurde zum Erfüllen dieser Änforderungen in der erfindungsgemäßen Anordnung getroffen. Zunächst werden zwei Polarisationskomponenten der Lichtquelle zum Beleuchten des Anzeigefeldes verwendet. Zu diesem Zweck wird eine Kombination eines besonderen polarisationsempfindlichen Strahlteilers und eines Polarisationswandlers verwendet. Zweitens wurde dafür gesorgt, daß das auf den Strahlteiler fallende Lichtbündel einen spezifischen Querschnitt hat und beim Strahlteiler auf besondere Weise ankommt.
In Fig. 2 ist der polarisationsempfindliche Strahlteiler im Querschnitt dargestellt. Dieser Strahlteiler 20 enthält zwei Prismen 21 und 25 beispielsweise aus Glas und eine Doppelbrechungsschicht 27. Diese Schicht besteht beispielsweise aus flüssigkristallinem Material. Der ordentliche Brechungsindex no ist im wesentlichen immer gleich 1,5, während der außerordenfliche Brechungsindex ne einen Wert zwischen 1,6 und 1,8 abhängig von der Zusammensetzung der Schicht 27 haben. Die Prismen werden mit sog. Orientationsschichten 28 und 29 versehen, die gewährleisten, daß die optische Achse der Schicht 27 senkrecht zur Zeichenebene in diesem Fall verläuft. Diese Achse wird mit der Bezugsziffer 30 in Fig. 2 bezeichnet. Es ist gewährleistet, daß der Brechungsindex nl des Prismenmaterials gleich ne der Schicht 27 ist, beispielsweise 1,7. Wenn ein nichtpolarisiertes Lichtbündel die Schicht 27 über das Prisma 21 unter einem Einfallswinkel φ erreicht, der größer oder gleich dem kritischen Winkel ist, erfährt die P-polarisierte Komponente dieses Bündels eine Gesamtreflexion nach der Austrittsfläche 23 des Prismas 21, da der ordentliche Brechungsindex der Schicht 27 für diese Komponente gilt, deren Index kleiner ist als der des Prismas 21. Die P-polarisierte Komponente ist die Komponente, deren Polarisationsrichtung parallel zur Einfallsebene verläuft, d.h. zur Ebene durch die Normale n auf der Schicht 27 und quer zur Zeichenebene. Der außerordentliche Brechungsindex der Schicht 27 gilt für die S-polarisierte Komponente, dessen Polarisationsrichtung quer zur Einfallsebene verläuft, so daß diese Komponente keinen Unterschied im Brechungsindex erfüllt, wenn sie den Strahlteiler durchsetzt und anschließend die Prisma 21, die Schicht 27 und das Prisma 25 in der Ursprungsrichtung durchquert.
Der kritische Winkel φl für die P-Komponente wird durch folgende Gleichung gegeben
sin φl = no/nl oder φl = arcsin no/nl
so daß für den Einfallswinkel φ gilt, daß
φ > arcsin no/nl
wenn die P-Komponente ganz reflektiert werden muß. Sogar wenn der außerordentliche Brechungsindex ne der Schicht 27 ungleich nl des Prismenmaterials ist, wird die S- Komponenten vollständig durchgelassen, solange der Einfallswinkel φ kleiner ist als der kritische Winkel φ&sub2;, für den folgendes gilt:
sin φ&sub2; = ne/nl oder φ&sub2; = arcsin ne/nl
Die vollständige Bedingung für den Einfallswinkel φ zum Erhalten der Teilung durch die Schicht 27 ist also:
Die Winkel φ&sub1; und φ&sub2; sind in Fig. 2 dargestellt.
Der Unterschied Δn = ne - no im Brechungsindex des flüssigkristallinen
(φl=) arcsin no/nl < φ < arcsin ne/nl (=φ&sub2;).
Materials kann so groß sein, daß der Strahlteiler 20 für einen weiten Bereich (φ&sub2;-φ&sub1;) von Einfallswinkeln φ geeignet ist. Außerdem kann gewährleistet werden, daß der Brechungsindex des Prismenmaterials und der der Schicht 27 genauso variieren, wenn die Wellenlänge des ankommenden Lichtbündels geändert wird, so daß der Strahlteiler einen großen Polarisationsteilungswirkungsgrad für einen großen Wellenlängenbereich hat. Ein sehr großer Vorteil des Strahlteilers nach Fig. 2 ist, daß er preisgünstig ist, da er keine teueren Doppelbrechungsprismenwerkstoffe erfordert, wie in einem Wollaston- Prisma und da dieses Prisma verhältnismäßig einfach herstellbar ist.
Die Prismen 21 und 25 brauchen keine Festkörper zu sein; es ist auf andere Weise möglich für diese Prismen, daß sie aus Glas oder anderen transparenten Wänden bestehen, in denen ein transparenter Flüssigkeit oder ein synthetisches Material mit einem hohen Brechungsindex gleich ne der Schicht 27 vorgesehen ist. Diese Wände müssen denselben Brechungsindex wie die Flüssigkeit oder das synthetische Material haben, und diese Werkstoffe müssen keine Depolarisationseffekte aufweisen.
Statt einer flüssigkristallinen Schicht wird vorzugsweise eine Doppelbrechungsklebschicht als Polarisationstrennschicht im Strahlteiler nach Fig. 2 verwendet. Im Vergleich zu einem Strahlteiler mit einer flüssigkristallinen Schicht bietet ein Strahlteiler mit einer Doppelbrechungsklebschicht die Vorteile, daß er einen einfacheren Aufbau hat, seinen Betrieb weniger temperaturabhängig ist, besser höhere Temperaturen aushalten kann, und daß es mehrere Möglichkeiten zum Anpassen der Brechungsindizes der Schicht und der Prismen aneinander gibt.
Die Doppelbrechungsklebschicht ist vorzugsweise eine einachsig orientierte Polymerschicht. Die gewünschte Orientation kann beispielsweise durch Reiben der Prismenflächen erhalten werden, zwischen denen die Schicht in einer Richtung angebracht werden muß, während es wirkungsvoll ist, wenn die zu reibenden Oberflächen mit einer Polyimidschicht versehen werden.
Ein insbesondere temperaturfester Strahlteiler ist ein Strahlteiler, in dem die Polymerschicht aus einer gehärteten flüssigkristallinen Monomerzusammensetzung hergestellt ist.
In Fig. 3 ist dargestellt, auf welche Weise ein Beleuchtungsbündel b' den Strahlteiler 20 erreicht und von diesem Strahlteiler in zwei linear gegenseitig senkrecht zueinander verlaufenden polarisierten Bündelkomponenten b'p und b's verteilt. Nur der Hauptstrahl und die zwei Randstrahlen des Beleuchtungsbündels b', die in das Prisma 21 durch die Fläche 22 eintreten, sind dargestellt. Diese Fläche ist unter einem Winkel α mit der Bindeschicht 27 angeordnet, so daß nach der Brechung in dieser Fläche der Einfallswinkel φ des Bündels an der Schicht 27 einen Wert zwischen den erwähnten kritischen Winkeln φ&sub1; und φ&sub2; hat, so daß die P-polarisierte Bündelkomponente b'p vollständig reflektiert wird und aus dem Prisma 21 durch die Austrittsfläche 23 entweicht. Die S-polarisierte Komponente tritt in das Prisma 25 ein und entweicht aus diesem Prisma über die Austrittsfläche 26. Die Austrittsflächen 23 und 26 sind ebenfalls unter einem Winkel α mit der Bindeschicht 27 angeordnet, so daß die Bündelkomponenten b'p und b's eine planparallele Platte wirksam durchqueren und nach der Brechung an den Flächen 23 bzw. 26 also parallel zum einfallenden Bündel b' verlaufen.
In der Beschreibung weiter unten ist das vor dem Strahlteiler angeordnete Beleuchtungssystem derart aufgebaut, daß das Bündel b' einen halbkreisförmigen Querschnitt hat und sich an einer Seite der Schicht 27 befindet, wie im linken Teil der Fig. 3 dargestellt ist. Die austretenden Bündelkomponenten b'p und b's haben dabei ebenfalls einen halbkreisförmigen Querschnitt, befinden sich jedoch an verschiedenen Seiten der Hauptachse in einem Kreis 32, wie im rechten Teil der Fig. 3 dargestellt. Das Beleuchtungssystem ist außerdem derart aufgebaut, daß ohne den Strahlteiler sich ein Bild der Quelle an einer Stelle hinter dem Strahlteiler bildet. Beim Anbringen des Strahlteilers werden darauf zwei Quellenbilder L'p und L's erzeugt, worin L'p das mit P polarisiertem Licht geformte Quellenbild und L's das mit S polarisiertem Licht geformte Quellenbild ist.
Wenn eine λ/2-Platte 31 auf einer der Austrittsflächen beispielsweise auf der Fläche 26 angeordnet ist, wie in Fig. 4 dargestellt, dreht sich die Polarisationsrichtung der Komponente b's über 90º, so daß das aus der Platte 31 austretende Bündel ebenfalls P-polarisiert ist. Die zwei Quellenbilder formen zusammen eine Sekundärquelle L', die linear polarisiertes Licht ausstrahlt, das zum Beleuchtung des Feldes 1 nach Fig. 4 geeignet ist.
Statt einer λ/2-Platte kann eine Schicht aus rotiertem flüssigkristallinem Material, beispielsweise einem Polymer oder einer Anzahl einachsiger Doppelbrechungsschichten, die gegenseitig rotierbar sind, als Polarisationsdreher 31 verwendet werden. Der Polarisationsdreher kann nicht nur auf einer Austrittsfläche 23 oder 26 angeordnet werden, aber ebensogut hinter einer derartigen Austrittsfläche.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strahlteilers dargestellt. Die polarisationsempfindliche Trennschicht 41 dieses Strahlteilers 40 enthält ein cholesterinisches flüssigkristallines Material. Dieses Material kann vom links-drehenden oder rechts-drehenden Typ sein. Wenn dieses Material vom links-drehenden Typ ist, wird die Komponente des eintretenden nicht-polarisierten Bündeis b', das links-drehend polarisiert ist, b'c,L' reflektiert, während die recht-drehende polarisierte Komponente b'c,R durchgelassen wird. Die Komponente b'c,R wird nach dem nicht dargestellten Bildanzeigesystem von einem Sonderreflektor 42 reflektiert. Dieser Reflektor ändert nicht den Polarisationszustand der Komponente b'c,R und besteht beispielsweise aus einem rechts-drehenden flüssigkristallinen Material. Die reflektierte Komponente b'c,L erreicht einen Reflektor 43, beispielsweise einen normalen Spiegel, der das links- drehend polarisierte Licht in rechts-drehend polarisiertes Licht umwandelt, das von der Schicht 41 durchgelassen wird, und hat dieselbe Richtung wie die Komponente b'c,R. Also wird das Bündel b' mit einem halbkreisförmigen Querschnitt in zwei Bündelkomponenten b''&sub1; und b''&sub2; umgewandelt, die beide einen halbkreisförmigen Querschnitt haben und rechts-drehend polarisiertes Licht empfangen, die zusammen ein Bündel b'' mit einem runden Querschnitt bilden, wie an der Unterseite in Fig. 5 dargestellt ist.
Wenn der Strahlteiler nach Fig. 5 benutzt wird, kann das Beleuchtungssystem derart aufgebaut werden, daß ein Quellenbild in der Fläche 44 geformt wird.
Das Bündel mit rechts-drehend polarisiertem Licht kann einem Anzeigefeld ohne jede Polarisationsumwandlung zugeführt werden. Dies bietet den Vorteil, daß das Feld, mit dem das Panel beispielsweise vom nematischen Typ gesteuert werden muß, kleiner ist als bei der Verwendung linear polarisierter Strahlung. Auf andere Weise kann eine λ/4-Platte 45 in einer Diagonalstellung hinter dem Strahlteiler 40 angeordnet werden, und diese Platte wandelt das kreisförmig polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht um.
Statt einer links-drehend chlolesterinischen Schicht kann eine rechts- drehende chlolesterinische Schicht als Trennschicht 41 verwendet werden, wobei der Reflektor 42 aus einem links-drehenden Material bestehen kann und der Reflektor 43 wiederum ein normaler Spiegel ist. Das auf dem Strahlteiler 40 austretende Licht ist dabei links-drehend polarisiert.
Unter Verwendung des polarisationsempfindlichen Strahlteilers in Verbindung mit einem Polarisationswandler nach obiger Beschreibung wird optimaler Gebrauch der Strahlung der Quelle gemacht, sofern es die Polarisation betrifft. Da der aus dem Strahlteiler austretende Strahl einen kreisförmigen Querschnitt hat, ist dieser Strahl außerdem optimal der runden Apertur des Projektionslinsensystems angepaßt, C in Fig. 1. Erfindungsgemäß wird ein besonderes Beleuchtungssystem verwendet, das u.a. mit zwei Linsenplatten zum Erhalten eines Strahles b' mit einem halbkreisförmigen Querschnitt am Eintritt des Strahlteilers versehen ist, und wobei dieser Strahl außerdem einen rechteckigen Querschnitt an der Stelle eines Anzeigefeldes hat, und dieser Querschnitt ist der Form des Feldes angepaßt und hat ebenfalls eine ausreichend einheitliche Lichtverteilung.
In Fig. 6 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel dieses Beleuchtungssystems dargestellt. Dieses System enthält eine Lampe 50, die Licht in der Richtung des Anzeigefeldes 1 sowie in der rückwärtigen Richtung ausstrählt (an der linken Seite in Fig. 6). Ein sphärischer Reflektor 51 empfängt das nach hinten ausgestrahlte Licht und erzeugt eine Abbildung dieser Lampe und ist an der Rückseite der Lampe angeordnet. In Fig. 6 fällt die mit dem Reflektor 51 erzeugte Lampenabbildung mit dieser Lampe zusammen. Es wurde angenommen, daß die Lampe für ihr eigenes Licht transparent ist. Dies wird in der Praxis oft nicht der Fall sein. In diesem Fall ist gewährleistet, daß die Lampenabbildung sich neben der Lampe befindet. Das von der Lampe ausgestrahlte Licht und ihre Abbildung kommen in einem Kondensorlinsensystem 52 an, das dieses Licht zu einem parallelen Bündel konzentriert, mit anderen Worten es bildet die Lampe zu unendlich ab. Das parallele Bündel fällt auf eine erste Linsenplatte 54. Die der Quelle zugewandte Seite dieser Platte ist mit einer Anzahl von Linsen 55 versehen und die andere Seite 56 ist vorzugsweise flach. In Fig. 7 ist diese Platte in einer perspektivischen Vorderdarstellung dargestellt, während in Fig. 8 die Platte in Rückansicht veranschaulicht ist.
Der Querschnitt der Platte 54 in Fig. 6 zeigt nur vier Linsen. In Wirklichkeit enthält die Platte 54 beispielsweise 10 Linsen, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt. Jede dieser Linsen bildet die Quelle 50 auf einer zugeordneten Linse 58 der zweiten Linsenplatte 57 ab. Die der Quelle zugewandte Seite 59 dieser Platte, die in einer Vorderansicht in Fig. 9 und in einer perspektivischen Rückdarstellung in Fig. 10 dargestellt ist, ist flach, während die im Abstand von der Quelle liegende Seite eine Anzahl von Linsen 58 trägt. Die Anzahl der Linsen 58 der Platte 57 ist gleich der Anzahl der Linsen 55 der Platte 54 oder ist das Zweifache dieser Anzahl, wenn beispielsweise der Reflektor 51 eine Lampenabbildung neben der Lampe erzeugt. Zum Abbilden der Lichtquelle 50 auf den verschiedenen Linsen 58&sub1;...58&sub1;&sub0; mit Hilfe der entsprechenden Linsen 55&sub1;...55&sub1;&sub0; wird ein anderer Anteil des die Platte 54 errichenden Bündels b jedemal verwendet. Der Deutlichkeit halber sind in Fig. 6 nur zwei Teilbündel b&sub1; und b&sub2; dargestellt.
Die Linsen 55&sub1;...55&sub1;&sub0; bieten eine derartige Leistung in einer derartigen Richtung, daß die Teilbündel durch diese Linsen hindurch ihre kleinste Einengung in der Ebene der Linsen 58 haben, während ihre Hauptstrahlen auf die Mitten der entsprechenden Linsen 58&sub1;...58&sub1;&sub0; gerichtet sind. Die Linsen 58&sub1;...58&sub1;&sub0; bieten eine derartige Leistung in einer derartigen Richtung, daß sie die Strahlungsflecke auf der Linsenplatte 54 in einer überlagerten Form in einer Zwischenabbildung 60 erzeugen. Es wird dabei erreicht, daß das Beleuchtungsbündel eine ausreichend einheitliche Verteilung in dieser Abbildung haben, und diese Verteilung wird weiter unten in der Anordnung aufrechterhalten. Eine Quellenabbildung mit einem halbkreisförmigen Querschnitt wird an der Stelle der Linsenplatte 57 erzeugt. Die Zwischenabbildung 60 ist eine Abbildung der Linsen 55&sub1;...55&sub1;&sub0; und hat also eine der dieser Linsen entsprechende Form.
Ein Linsensystem 62 beispielsweise mit zwei plankonvexen Linsen 63 und 64 ist hinter der Zwischenabbildung 60 angeordnet. Dieses Linsensystem erzeugt die Zwischenabbildung 60 bis zu Unendlichkeit, während es eine Abbildung 65 der Linsenplatte 57 an der Stelle des Strahlteilers, zum Beispiel des Prismas 20, erzeugt.
Wie in Fig. 6 dargestellt, umfaßt die Anordnung eine erste und eine zweite Hauptachse. Die erste Hauptachse 00' erstreckt sich bis zum Strahlteiler 20 und durchquert die Mitte der Lampe 50 und die Mitte der zweiten mit O&sub5;&sub7; in Fig. 9 bezeichnete Linsenplatte 57. Die zweite Hauptachse 0&sub1;0&sub1;, erstreckt sich vom Strahlteiler durch die strahltrennende Schicht 57 bis zum Projektionslinsensystem und verläuft senkrecht zum Anzeigefeld.
In Fig. 11 ist der Anteil der Anordnung noch einmal mit den oben beschriebenen Bauteilen dargestellt, aber diesmal in einer perspektivischen Darstellung. Statt eines sphärischen Reflektors und eines Kondensorlinsensystems wird ein Parabolreflektor 101 zum Konzentrieren des Lichts aus einer länglichen Quelle 100 verwendet. In Fig. 11 ist dargestellt, daß eine weitere Linse 67 hinter dem polarisationsempfindlichen Strahlteiler 20 angeordnet ist. Eine Abbildung 70 der Zwischenabbildung 60, d.h. eine überlagerte Endabbildung der Linsen 55&sub1;...55&sub1;&sub0; wird in der Brennpunktebene dieser Linse erzeugt. Diese Endabbildung wird nicht vom polarisationsempfindlichen Strahlteiler 20 beeinflußt, da das die Abbildung der Linsen 55&sub1;...55&sub1;&sub0; erzeugende Bündel ein paralleles Bündel an der Stelle dieses Strahlteilers ist, und da die Eintritts- und Austrittsflächen dieses Strahlteilers parallele Flächen für dieses Bündel sind.
Das Anzeigefeld 1 befindet sich in der Brennpunktebene der Linse 67, so daß die Endabbildung 70 auf diesem Feld erzeugt wird.
Die benutzten Flüssigkristall-Anzeigefelder bei der Anzeige herkömmlicher Videoabbildungen weisen ein Bildformat b : h = 4 : 3, wobei die Breite b die Abmessung in der X-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 6 und die Höhe h die Abmessung in der Y-Richtung in der Zeichenebene der Fig. 6 und senkrecht zur optischen Achse 00' sind. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 haben die Linsen 55 der Platte 54 dasselbe Bildformat. Hierdurch geht alle Strahlung aus dem Kondensorlinsensystem 52 durch das Anzeigefeld und das Beleuchtungssystem hat einen hohen Sammelwirkungsgrad.
Das Anzeigefeld und die Linsen 55 können auf andere Weise ein anderes Bildformat haben, beispielsweise 16 : 9.
In Fig. 12 ist eine Rückansicht der ersten Linsenplatte 54 mit den Bildern der auf den Linsen 55 erzeugten Strahlungsquelle dargestellt. Als Beispiel sei angenommen, daß der Reflektor 51 die Strahlungsquelle neben ihr selbst zum größten Teil erzeugt, so daß zwei Quellenabbildungen 71 und 72 auf jeder Linse 55 gebildet werden. Alle diese Quellenabbildungen besitzen dieselbe Orientation. Hierdurch sowie durch eine geeignete Wahl der Abmessungen der Strahlungsquelle und ihrer vom Reflektor 51 erzeugten Abbildung, wobei die Abmessungen von der Position des Reflektors 51 bestimmt werden, kann das Oberflächengebiet jeder Linse 55&sub1;...55&sub1;&sub0; im wesentlichen voll ausgenutzt werden. Die Linsen 55&sub1;...&sub5;&sub5;10 werden vorzugsweise derart angeordnet, daß ihr zusammengefügter Außenumkreis möglichst einen Kreis annähert.
Da das wirksame Oberflächengebiet der Linsenplatte 54 dem Querschnitt des Bündels b&sub1; aus dem Reflektor optimal angepaßt ist, wird eine Höchstmenge des Quellenlichts eingefangen.
Wie in Fig. 11 dargestellt, kann eine Feldlinse 73 im Strahlungsweg des Beleuchtungsbündels angeordnet werden, und diese Linse erzeugt die Austrittspupille des Beleuchtungssystems, die in diesem Fall von den Strahlungsquellenabbildungen L'p und L's erzeugt werden, in der Austrittspupille des Projektionslinsensystems (6 in Fig. 1). Da die Quellenabbildungen L'p und L's zusammen eine runde Fläche bilden und der runden Apertur des Projektionslinsensystems optimal angepaßt werden, bleiben die Abmessung dieses Systems und die Abmessung der weiteren optischen Elemente beschränkt.
Die Abmessung der Linsen 55 wird durch die gewünschte Abmessung der Diagonale des Bündelquerschnitts im Bereich des Anzeigefelds 1 und durch die Vergrößerung des von allen Elementen zwischen der ersten Linsenplatte 54 und dem Anzeigefeld gebildeten optischen Systems bestimmt.
Das Kondensorlinsensystem muß eine große numerische Apertur haben, beispielsweise in der Größenordnung von 0,85 zum Ermöglichen, daß es ausreichende Strahlung aus der Quelle einfängt. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann das Kondensorlinsensystem die Form eines einfachen dicken Linsenelements 52 haben.
Damit die Abbildungsfehler beschränkt bleiben, muß dieses Linsenelement wenigstens eine asphärische Oberfläche haben. Die an dieses Linsenelement 52 gestellten Anforderungen können gelindert ? werden, wenn eines oder mehrere zusätzliche Linsenelemente 53 diesem Linsenelement 52' zugefügt werden, wie in Fig. 13 dargestellt. Die zusätzlichen Linsenelemente können einen Teil der erforderlichen Korrektor des Linsenelements 52' bieten und beispielsweise können sie asphärisch sein. Auf andere Weise ist es für einen Teil der erforderlichen Leistung des Kondensorlinsensystems möglich, in die zusätzlichen Linsenelemente eingebaut zu werden. Die zusätzlichen Elemente können nicht nur Elemente mit gekrümmten Brechungsoberflächen sein, sondern ebenfalls leichte und dünne Fresnel-Linsenelemente oder Linsenelemente mit einem radial sich ändernden Brechungsindex.
Statt eines einfachen Kondensorlinsensystems kann das Beleuchtungssystem auch ein doppeltes Kondensorlinsensystem enthalten, wie in Fig. 14 dargestellt. In diesem Beleuchtungssystem werden zwei Kondensorlinsensystems 52'&sub1;, 53&sub1; und 52'&sub2; und 53&sub2; an der Vorderseite der Strahlungsquelle 50 angeordnet. Diese Strahlungsquelle ist beispielsweise eine längliche Metallhalidlampe mit einem Längen/Breitenverhältnis beispielsweise von 2 : 1. Wie in Fig. 6 und 13 verläuft die Längsrichtung der Lampe senkrecht zur optischen Achse 00'. Die von den Kondensorlinsensystemen gesammelte Strahlung wird in zwei Teilstrahlen b'&sub1; und b'&sub2; konzentriert, die von den Reflektoren 76 und 77 nach der optischen Achse 00' reflektiert werden. Die beiden Reflektoren 78 und 79, die einen Dachspiegel bilden, sind an beiden Seiten der optischen Achse an einer Stelle angeordnet, an der die Hauptachsen der Bündel b'&sub1;, b'&sub2; einander schneiden würden, und an der die Bündelquerschnitte klein sind. Diese Reflektoren lenken die Bündel b'&sub1;, b'&sub2; nach der optischen Achse 00' ab. Die geringsten Einengungen dieser Bündel liegen in einer Ebene 80. Es kann angenommen werden, daß in dieser Ebene zwei Sekundärstrahlungsquellen mit kleinen Strahlungsflächen angeordnet sind.
Der Einsatz in Fig. 14 zeigt diese Strahlungsquellen oder Lampenabbildungen 81, 82 in Vorderansicht. Die Abmessungen dieser Abbildungen, wenn zurück zur Stelle der Lampe gerechnet wird, sind gleich denen der Lampe. Der Radius des Kreises 83, in dem die Abbildungen 81 und 82 sich befinden, ist kleiner als das Zweifache des Radius des umschriebenen Kreises der Strahlungsquelle, so daß die Strahlung der Quelle 50 vom doppelten Kondensorlinsensystem zu einem Bündel mit einem geringen Querschnitt konzentriert ist. Außerdem sind die Winkelaperturen der Bündel b'&sub1;, b'&sub2; mit denen die Abbildungen 81 und 82 erzeugt werden, verhältnismäßig klein. Das bedeutet, daß das doppelte Kondensorlinsensystem eine große Lichteinfangleistung in der Verbindung mit einem niedrigen Durchsatz hat. Der Begriff Durchsatz oder Helligkeit oder Annahme kennzeichnet die Leistung eines optischen Systems zum Transportieren von Strahlungsenergie. Diese Leistung wird durch die Kombination einer Apertur oder eines "Stopps" und der Pupille an einer und derselben Stelle im optischen System bestimmt und kann durch das Produkt der Oberfläche der Apertur und des räumlichen Winkels ausgedrückt werden, der von der Pupille in der Mitte der Apertur eingenommen wird. In einem optischen System, das am Anfang einen vorgegebenen Durchsatz hat, kann der Durchsatz weiter unten im System nur durch Abblockstrahlung verringert werden.
Da das Doppelkondensorlinsensystem einen niedrigeren Durchsatz hat als ein einfaches Kondensorlinsensystem, während dieselbe Lichteinfangsleistung aufrechterhalten wird, können in der Bildprojektionsanordnung mit einem doppelten Kondensorlinsensystem preisgünstigere optische Elemente beispielsweise mit kleineren numerischen Aperturen oder kleineren Querschnitten verwendet werden, was insbesondere wichtig ist in Anordnungen für Gebrauch durch Kunden.
Ein Reflektor 51, der die Strahlung aus der Rückseite der Quelle nach den Kondensorlinsen 52'&sub1;, 52'&sub2; reflektiert, ist hinter der Strahlungsquelle 50 ebenfall im doppelten Kondensorlinsensystem angeordnet, so daß die Stärke der Bündel b'&sub1;, b'&sub2; und damit der Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems erhöht wird.
In Fig. 14 ist veranschaulicht, daß die Mitte der zweiten Linsenplatte 57 nicht auf der ersten Hauptachse 00' angeordnet werden muß, aber diese Platte kann auf andere Weise ganz auf einer Seite dieser Achse angeordnet werden.
In Fig. 15 ist ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems mit einem doppelten Kondensorlinsensystem dargestellt, in dem zwei erste Linsenplatten 54&sub1; und 54&sub2; verwendet werden. Diese Linsenplatten sind beispielsweise zwischen den Hauptkondensorlinsen 52'&sub1; und 52'&sub2; bzw. den Reflektoren 76 und 77 angeordnet. Die Bündel b'&sub1; und b'&sub2; haben einen rechteckigen Querschnitt im Bereich dieser Linsen, so daß die Linsen 55 dieser Platten vorzugsweise derart angeordnet sind, daß die Platten ebenfalls rechteckig sind.
Die Linsenplatten 54&sub1; und 54&sub2; können zwischen den Reflektoren 76 und 78 bzw. zwischen den Reflektoren 77 und 79 angeordnet sein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 15 kann zusätzliche Kondensorlinsenelemente analog den Linsenelementen 53&sub1; und 53&sub2; nach Fig. 14 enthalten. Jedoch ist es auf andere Weise möglich, diese Linsenelemente in den Linsenplatten 54&sub1; und 54&sub2; auf eine analoge Weise nach der Beschreibung anhand der Fig. 17 und 18 zu integrieren.
Da das die erste Linsenplatte 54 im Beleuchtungssystem nach Fig. 6 und 13 ankommende Strahlungsbündel ein paralleles Bündel ist, kann das Oberflächengebiet der Linsen der Platte 57 im Mittel die Hälfte sein des Oberflächengebiets der Linsen 55.
Unter Umständen kann es erwünscht sein, die Anforderungen an das einfache Kondensorlinsenelement 52 nach Fig. 6 zu verringern. Dies ist der Fall, wenn das Strahlungsbündel aus diesem Element ein divergierendes Bündel statt ein paralleles Bündel ist, wie in Fig. 16 dargestellt. Die Linsen der zweiten Linsenplatte 57 müssen dazu angepaßt werden. Die Leistung der Kondensorlinse 52'', die kleiner ist im Vergleich zu der der Kondensorlinse 52 nach Fig. 6 kann durch Anpassung des Linsensystems 62 nach Fig. 6 ausgeglichen werden.
Eine ähnliche Anordnung wie die in Fig. 15 wird erhalten, wenn das Kondensorelement 53 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 hinter der zweiten Linsenplatte 57 angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 können die Linse 53 und die Linsenplatte 54 in einem Element 85 integriert werden, wie in Fig. 17 bzw. 18 dargestellt ist. Die Linse dient dabei als Träger für die Linsen 55, so daß das Beleuchtungssystem ein Element weniger enthält, wodurch dieses System vereinfacht wird und es sich einfacher zusammensetzen läßt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 werden die Linsen 55 auf der ersten gekrümmten Fläche 86 des integrierten Elemente 85 angeordnet. In Fig. 18 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die Linsen 55, auf einer im wesentlichen ebenen Fläche 89 der integrierten Linse 88 angeordnet sind. Die gekrümmte Fläche 86 nach Fig. 17 wird in Fig. 18 durch andere Krümmungen der Linsen 55, ersetzt. Hauptsächlich entspricht die Krümmung einer Linse 55, der des Anteils der Oberfläche 86 in Fig. 17 an der Stelle dieser Linse, aber wird dadurch korrigiert, daß der Teilstrahl dieser Linse eine dünnere Linse durchquert und dadurch eine andere Richtung erfordern würde.
Wie bereits erwähnt kann das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem ein Bündel mit einer ausreichend einheitlichen Verteilung seiner Beleuchtungsstärke liefern. Jedoch braucht die Beleuchtungsstärke am Rande des zu beleuchtenden Objekts nicht genau gleich zu sein in allen Fällen zu dem in der Mitte des Objekts. Insbesondere bei der Anzeige von Videobildern mit Hilfe eines Flüssigkristall-Anzeigefeldes würde das angezeigte Bild unnatürlich erscheinen, wenn die Stärke gleich wäre. Es wird dabei für die Beleuchtungsstärke bevorzugt, sie geringfügig von der Mitte nach den Rändern des Anzeigefeldes zu verringern.
In Fig. 19 ist ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems dargestellt, in dem dies verwirklicht ist. Dieses Ausführungsbeispiel enthält eine erste Linsenplatte 54' mit einem transparenten Substrat 92, dessen erste Oberflache 93 mit einer Anzahl von Linsen 55 versehen ist. Die Oberfläche 93 ist gekrümmt, so daß die Dicke des Substrats 92 in der Mitte kleiner ist als am Rande. Es kann gewährleistet werden, daß jeder Bündelanteil jeweils aus einem Linsenpaar 55, 58 auf der Zwischenabbildung fokussiert wird. Die Verstärkung, mit der die Strahlungsfiecke auf den Linsen 58 auf der Zwischenabbildung 60 erzeugt werden und schließlich auf dem Anzeigefeld, wobei die Verstärkung D60/D58 durch D60/D58 = f58/f55 gegeben ist, weicht ab für die verschiedenen Linsenpaare durch die verschiedenen gegenseitigen Abstände zwischen den Linsen 55 und 58 eines Paares. Die Brennweite f58 ist am geringsten für die mittleren Linsen 58, so daß die auf dem Objekt mit Hilfe dieser Linsen erzeugten Abbildungen größer sind als die am Rand der Linsenplatte mit Hilfe der Linsen 58 erzeugten Abbildungen.
Das Beleuchtungssystem kann ebenfalls derart ausgeführt werden, daß Bündelanteile aus den verschiedenen Linsenpaaren an verschiedenen axialen Stellungen fokussiert werden. Die Teilstrahlen aus den Linsenpaaren 55, 58, die an der optischen Achse 00' angeordnet sind, können auf dem Anzeigefeld 1 fokussiert werden. Die Bündelanteile aus den Linsenpaaren, die immer weiter entfernt sind von der Achse 00' werden immer mehr in der Ebene der Zwischenabbildung 60 defokussiert. Eine Anzahl von Strahlungsflecken mit einer sich vergrößernden Abmessung und einer abnehmenden Beleuchtungsstärke je Einheit des Oberflächengebietes wird jetzt an der Stelle dieser Abbildung überlagert. Dies ergibt einen Gesamtstrahlungsfleck mit einer Beleuchtungsstärke, die von der Mitte aus abnimmt.
Durch den endlichen Zahl der Linsen der Linsenplauen 65' und 57 erfolgt die Abnahme der Stärke in der Ebene des Feldes 1 gestuft. Bei einer vorgegebenen Anzahl von Linsen 55 und 58 werden diese Stufen schnell und sichtbar für den Zuschauer.
In den Ausführungsbeispielen des Beleuchtungssystems mit Kondensoren nach der bisherigen Beschreibung haben alle an der Linsenplatte 57 erzeugten Quellenabbildungen dieselbe Orientation. In Fig. 20 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem dies nicht mehr der Fall ist.
In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 100 eine Strahlungsquelle in der Form einer Lampe mit einem länglichen Lichtbogen, dessen Längsrichtung mit der ersten optischen Achse 00' zusammenfällt. Ein großer Teil dieser Lampe wird von einem Parabolreflektor 101 umgeben, der den größeren Teil der Strahlung aus der Lampe nach der Linsenplatte 54 reflektiert. Der Reflektor 101 bildet die Strahlungsquelle 100 bis zur Unendlichkeit ab. Die Linsenplatte 54 erzeugt eine Anzahl von Quellenbildern entsprechend der Anzahl der Linsen 55 in der Platte auf der zweiten Linsenplatte 57. Da die verschiedenen Bündelanteile b&sub1;, b&sub2;, usw., mit denen die verschiedenen Bilder erzeugt werden, aus verschiedenen Anteilen des Reflektors 101 entstammen, wobei alle dieser Anteile eine andere Orientation in bezug auf die Strahlungsquelle 100 haben, haben alle dieser Abbildungen eine andere Orientation in bezug auf die Linsenplatte 57 wie in Fig. 21 dargestellt.
In dieser Figur, die eine Rückansicht der Linsenplatte 57 ist, werden die Abbildungen mit der Bezugsziffer 102 bezeichnet. Die Linsen werden wiederum mit den Bezugsziffern 58&sub1;...58&sub1;&sub0; bezeichnet. Für die meisten dieser Linsen entspricht die Orientation ungefähr der der darauf erzeugten Quellenabbildung. Daher können die Abmessungen der Linsen 58&sub1;...58&sub1;&sub0; und die der Linsenplatte 57 beschränkt bleiben, was bedeutet, daß die numerische Apertur des Projektionslinsensystems (C in Fig. 1) verhältnismäßig klein sein kann.
In Fig. 22 ist ein Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungssystems mit einem Parabolreflektor 101 und einer ersten Linsenplatte 54' dargestellt, mit dem die Stärkeverteilung an dem Anzeigefeld 1 angepaßt werden kann. Die Linsenplatte 54' mit einer gekrümmten Vorderfläche arbeitet genau so wie nach der Beschreibung anhand der Fig. 20. Die Kombination eines Parabolreflektors und der Linsenplatte 54' bietet den zusätzlichen Vorteil, daß die numerische Apertur des Parabols, die am Rande kleiner ist, der der Linsenplatte entspricht, so daß ein größerer Wirkungsgrad erhalten wird, während der Durchsatz gleich bleibt. Außerdem kann das Beleuchtungssystem eine gedrängtere Form erhalten, da ein Anteil der Lampe in den Raum der Linsenplatte einragt.
In Fig. 23 ist ein Beleuchtungssystem vom selben Typ wie das nach Fig. 20 dargestellt, aber in diesem System wird der Parabolreflektor durch einen elliptischen Reflektor 105 und eine zusätzliche Linse 106 ersetzt. Die Strahlungsquelle 100 ist beispielsweise wiederum eine längliche Lampe, deren Längsrichtung mit der optischen Achse 00' zusammenfällt. Diese Quelle befindet sich im ersten Brennpunkt F&sub1; des Ellipsreflektors. Der Reflektor erzeugt eine Abbildung 100' im zweiten Brennpunkt F&sub2;. Die Linse 106 konzentriert die Strahlung aus der Quelle 100 und aus der Abbildung 100' zu einem Parallelbündel.
Es ist auf andere Weise möglich, die erste Linsenplatte im Weg des konvergierenden Bündels aus dem Reflektor 105 entsprechend Fig. 24 anzuordnen. Eine Linse 107 zum Korrigieren der Konvergenz des die Platten erreichenden Bündels ist jetzt hinter der zweiten Linsenplatte angeordnet.
Bei Verwendung eines Ellipsreflektors kann ebenfalls gewährleistet werden, daß eine Abbildung der Quelle auf der ersten Linsenplatte erzeugt wird. In Fig. 25 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem dies der Fall ist. Die Linsenplatten 54, 57 können dabei kleinere Abmessungen haben. Eine Linse 108, die das Bündel b telezentrisch macht, so daß alle Strahlen des Bündels senkrecht auf die erste Linsenplatte 54 landen, kann vor dieser Linsenplatte angeordnet sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungssystems vom selben Typ wie das in Fig. 20 und 23 ist in Fig. 26 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 110 hyperbolisch. Dieser Reflektor konzentriert die Strahlung aus der Quelle 50 zu einem divergierenden Bündel, das aus der wirklichen Quellenabbildung 50' an der linken Seite des Reflektors zu kommen erscheint. Wie in Fig. 26 dargestellt, kann die erste Linsenplatte im Weg dieses divergierenden Bündels angeordnet werden. Eine Linse 111 zum Ausgleichen der Divergenz des Bündels ist hinter der zweiten Linsenplatte angeordnet. Auf andere Weise ist es möglich, eine Linse 112 zwischen dem Hyperbolreflektor und der ersten Linsenplatte anzuordnen, um das Bündel aus dem Reflektor zu einem Parallelbündel umzusetzen.
In Fig. 27 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Farbprojektionsfernsehanordnung dargestellt. Diese Anordnung enthält drei Hauptabschnitte: das Beleuchtungssystem A, das Anzeigesystem B und ein Projektionslinsensystem C, beispielsweise eine Zoomlinse. Die Hauptachse 00' des Beleuchtungssystems ist fluchtend mit der optischen Achse DD' der Anordnung, die zunächst in drei Teilachsen im dargestellten Ausführungsbeispiel verteilt wird, und diese Teilachsen werden in einer weiteren Stufe zu einer optischen Achse kombiniert, die mit der optischen Achse EE' des Projektionslinsensystems zusammenfällt.
Das Bündel aus dem Beleuchtungssystem A fällt auf einen farbselektiven Reflektor 120, beispielsweise einen dichroitischen Spiegel, der beispielsweise die blaue Farbkomponente bB reflektiert und den Rest des Bündels durchläßt. Dieser Bündelanteil erreicht einen zweiten farbselektiven Reflektor 121, der die grüne Farbkomponente bG reflektiert und die restliche Rotfarbkomponente bR nach einem Reflektor 122 durchläßt, der das rote Bündel nach dem Projektionslinsensystem reflektiert. Der Reflektor 122 kann einen neutralen Reflektor oder einen Reflektor sein, der für rotes Licht optimiert ist. Das blaue Bündel wird von einem neutralen oder blauselektiven Reflektor 123 nach einem Anzeigefeld 126 in Form eines flüssigkristallinen Feldes reflektiert. Dieses Feld wird auf bekannte Weise elektronisch gesteuert, so daß die blaue Komponente des zu projizierenden Bildes auf diesem Feld erscheint. Das mit der blauen Information modulierte Bündel erreicht das Projektionslinsensystem C über einen farbselektiven Reflektor 124, der das blaue Bündel durchläßt und das grüne Bündel reflektiert, und einen weiteren farbselektiven Reflektor 125, der das blaue Bündel reflektiert. Das grüne Bündel bG durchquert ein zweites Anzeigefeld 127, das mit der grünen Farbkomponente moduliert ist, und wird darauf nach dem Projektionslinsensystem C aufeinanderfolgend von den farbselektiven Reflektoren 124 und 125 reflektiert. Das rote Bündel bR durchquert ein drittes Anzeigefeld 128, in dem es mit der roten Farbkomponente moduliert wird und anschließend erreicht es das Projektionslinsensystem über den farbselektiven Reflektor 125.
Die blauen, roten und grünen Bündel werden am Eingang dieses Linsensystems überlagert, so daß ein Farbbild an diesem Eingang geschaffen wird, das in vergrößerter Form von diesem System an einem Projektionsschirm abgebildet wird, der in Fig. 27 nicht dargestellt ist.
Die optischen Weglängen zwischen dem Ausgang des Beleuchtungssystems A und jedem Anzeigefeld 126, 127 und 128 sind v6rzugsweise gleich, so daß die Querschnitte der Bündel bB, bG und bR gleich sind an der Stelle ihres Anzeigefeldes. Auch die optischen Weglängen zwischen den Anzeigefeldern 126, 127 und 128 und die Eingangsapertur des Projektionslinsensystems sind vorzugsweise gleich, so daß die verschieden gefärbten Szenen am Projektionsschirm zufriedenstellend überlagert werden.
Jede Linse 129, 130 und 131 vor den Anzeigefeldern 126, 127 und 128 entspricht der Linse 73 nach Fig. 10 und gewährleistet, daß alle Strahlung aus der Austrittsebene des Beleuchtungssystems in der Eintrittspupille des Projektionslinsensystems C konzentriert wird.
In Fig. 28 ist ein Ausführungsbeispiel einer Farbbildprojektionsanordnung mit reflektierenden Anzeigefeldern 140, 141 und 142 dargestellt. Das Bündel b aus dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem wird in drei verschieden gefärbten Bündel bR, bG und bB von einem sog. dichroitischen Kreuz 145 aus zwei dichroitischen Spiegeln 146 und 147 aufgeteilt.
Das Projektionslinsensystem C, veranschaulicht mit einer einfachen Linse in dieser Figur, soll nur Strahlung des Bündels bRE einfangen, das von den Anzeigefeldern reflektiert wird, und keine Strahlung des Bündels bON aus dem Beleuchtungssystem.
Zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Trennung der Bündel bON und bRE an der Stelle des Projektionslinsensystems ohne einen zu großen Abstand zwischen diesem System und dem Anzeigefeld wird ein winkelabhängiger Bündeltrenner in Form eines zusammengesetzten Prismensystems 135 verwendet. Dieses System enthält zwei transparente Prismen 136 und 137 aus Glas oder aus einem Kunststoff, zwischen denen eine Luftschicht 138 vorgesehen ist. Da der Brechungsindex nm des Prismenwerkstoffs (nm beträgt beispielsweise 1,5) ist größer als der Index n&sub1; aus Luft (nl = 1,0), wird ein Strahlungsbündel, das auf die Schnittstelle zwischen den Prismen und Luft unter einem Winkel θi landet, der größer ist oder gleich dem sog. kritischen Winkel θg ist, für den folgende Gleichung gilt,
sin θg = nl/nm
völlig reflektiert. Das auf die Schnittstelle unter einem Winkel landende Bündel, wobei der Winkel kleiner ist als der kritische Winkel, wird vollständig übertragen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 28 werden der Brechungsindex der Prismen 136 und 137 und die Orientierung der Luftschicht 138 derart gewählt, daß das Bündel bON aus dem Beleuchtungssystem A von der Schnittstellt 136, 138 nach dem Anzeigesystem ganz reflektiert, und daß das Bündel bRE aus diesem System von dieser Schnittstellt ganz durchgelassen wird. Zu diesem Zweck ist der Einfallswinkel des Bündels bON und des Bündels bRE an der Schnittstellte größer bzw. kleiner als der kritische Winkel.
Das Prismensystem gewährleistet, daß der Hauptstrahl des Bündels bRE sich unter einem stumpfen Winkel erstreckt, die in der Nähe von 90º liegt, im Vergleich zu dem des Bündels bON. Daher kann das Projektionslinsensystem C in der Nähe des Anzeigesystems angeordnet werden, so daß die Länge der Bildprojektionsanordnung wesentlich kürzer sein kann als ohne vorhandenes Prismensystem.
Auch ist es möglich, die Orientation der Schnittstelle 136, 138 in bezug auf die Richtungen der Bündel bON und bRE derart zu wählen, daß das Bündel bON zum Anzeigesystem weitergeleitet wird, das dabei unter dem Prismensystem angeordnet ist, und daß das Bündel bRE zum Projektionslinsensystem C reflektiert wird. Bei einer Farbbündelprojektion bietet letztgenannte Anordnung den Vorteil, daß weniger Farbaberrationen im modulierten Bündel bRE auftreten.
In Fig. 28 erreicht das von der Schnittstelle 136, 138 reflektierte Bündel bON einen ersten dichroitischen Spiegel 146, der beispielsweise blaues Licht reflektiert. Die Blaukomponente bON,B erreicht das Anzeigefeld 142, in dem das blaue Teilbild erzeugt wird und das mit der Blaubildinformation modulierte Bündel bRE,B zum dichroitischen Kreuz 145 vom Feld 142 reflektiert wird. Das Bündel mit einer roten und einer grünen Komponente durch den dichroitischen Spiegel 146 erreicht den zweiten dichroitischen Spiegel 147, der die rote Komponente bON,R zum Anzeigefeld 140 reflektiert. Das rote Teilbild wird in diesem Feld erzeugt. Das mit der Rotbildinformation modulierte Bündel bRE,R wird zum dichroitischen Kreuz 145 reflektiert. Die Grünbündelkomponente bON,G durch den Spiegel 147 wird vom grünen Anzeigefeld 141 moduliert und als Bündelkomponente bRE,G zum dichroitischen Kreuz 145 reflektiert. Da die dichroitischen Spiegel 146 und 147 die rückkehrenden Bündelkomponenten bRE,B und bRE,R reflektieren und die Bündelkomponente bRE,G durchlassen, werden diese Bündelkomponenten zu einem Bündel bRE kombiniert, das mit der Farbbildinformation moduliert wird.
Der Polarisator 10 und der Analysator 11 werden vorzugsweise zwischen dem Beleuchtungssystem A und dem Anzeigesystem bzw. zwischen dem Anzeigesystem und dem Projektionslinsensystem angeordnet, so daß diese Elemente gleichzeitig bei den Dreifarbkomponenten ansprechen, und ein getrenntes System derartiger Bauteile ist für jede Farbkomponente nicht notwendig.
Ein direkt gesteuertes reflektierendes Flüssigkristallanzeigefeld wird u.a. in US-A-4 239 346 beschrieben.
Statt des zusammengesetzten Prismas 135 kann ein polarisationsempfindlicher Strahlteiler auf andere Weise in einer Farbbildprojektionsanordnung verwendet werden, in der die Bündel senkrecht auf die Anzeigefelder landen. Der polarisationsempfindliche Strahlteiler gewährleistet, daß nur Licht mit einer spezifischen Polarisationsrichtung reflektiert wird oder nach einem Anzeigefeld durchgelassen wird, und daß nur die vom Feld reflektierte Lichtkomponente mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des ankommenden Bündels durchgelassen oder zum Projektionslinsensystem reflektiert wird. Der polarisationsempfindliche Strahlteiler dient dabei ebenfalls als Wandler der Polarisationsmodulation in Stärkemodulation.
Die Farbbildprojektionsanordnung kann auf andere Weise ein Anzeigesystem mit nur einem Anzeigefeld statt drei monochromer Felder enthalten, insbesondere ein zusammengesetztes oder Farbfeld. Dieses Farbfeld enthält dabei eine Anzahl von Bildelementen, die beispielsweise dreimal größer ist als die Anzahl der Bildelemente eines monochromen Feldes. Die Bildelemente des Farbfeldes werden in drei Gruppen angeordnet, mit denen ein rotes, ein grünes und ein blaues Teilbild erzeugt werden. Ein Bildelement jeder Gruppe wird zu einem Bildelement am Projektionsschirm konjugiert. Ein getrenntes Farbfilter wird dabei zum Beispiel vor jedem Bildelement angeordnet, und dieses Filter läßt nur die gewünschte Farbe für das betreffende Bildelement durch.
Das Farbfeld kann ein Transmissionsfeld sein, in dem die Farbbildprojektionsanordnung einen Aufbau entsprechend Fig. 6, 11 und 20 haben kann. Wenn das Farbfeld ein Reflexionsfeld ist, kann die Farbbildprojektionsanordnung einen Aufbau entsprechend beispielsweise Fig. 28 haben, in dem das Farbfeld an der Stelle des Monochromfeldes 141 angeordnet ist, und sowohl die Felder 140 und 142 als auch der dichroitische Kreuz 145 ausgelassen sind.
In Fig. 29 ist ein schematische Draufsicht einer Farbbildprojektionsanordnung mit drei Farbkanälen 150, 151 und 152 für die Primärfarben Grün, Blau bzw. Rot dargestellt. Jeder Farbkanal enthält ein Beleuchtungssystem A nach der Erfindung, eine Linse 73 und ein Transmissionsanzeigefeld 141. Diese Elemente werden im grünen Kanal 150 dargestellt. Entsprechende Elemente werden auf gleiche Weise in den anderen Kanälen angeordnet. Die verschieden gefärbten Bündel bG, bB und bR, die mit der Bildinformation moduliert sind, werden zu einem Bündel bRE beispielsweise durch einen dichroitischen Kreuz 145 kombiniert, und dieses Bündel wird auf einen nicht dargestellten Anzeigeschirm vom Projektionslinsensystem C projiziert.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem kann nicht nur zum Beleuchten eines Flüssigkristallanzeigefeldes verwendet werden, sondern auch zum Beleuchten eines Anzeigesystems unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre in Verbindung mit einer Photoleitschicht und einer Schicht aus flüssigkristallinem Material, und dieses Anzeigesystem ist in US-A-4 127 322 beschrieben.
Die Erfindung kann allgemein in derartigen Fällen benutzt werden, in denen ein unrundes Objekt mit Licht eines spezifischen Polarisationszustandes beleuchtet werden, und in denen sehr wirksamer Gebrauch der von einer Strahlungsquelle gelieferten Strahlung gemacht werden muß.
Die Bildprojektionsanordnung nach Fig. 6 und 11 wird derart aufgebaut, daß das Bündel b' einen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene hinter dem axialen Bereich hat, der für den Strahlteiler 20 belegt ist. Jedoch kann die Anordnung auf andere Weise derart aufgebaut werden, daß das Bündel b' einen derartigen halbkreisförmigen Querschnitt an der Stelle der Eintrittsebene des Strahlteilers hat. Für einen besseren Vergleich ist in Fig. 30 die Bildprojektionsanordnung entsprechend dem Prinzip nach Fig. 6 und 11 dargestellt, während in Fig. 31 die letztgenannten Möglichkeit dargestellt ist.
Die zwei Figuren zeigen, auf welche Weise die Grenzstrahlen I und II bzw. III und IV der Teilstrahlen aus den zwei äußeren Linsen der Linsenplatte 52 das System durchqueren, das aus der zweiten Linsenplatte 54, dem Strahlteiler 20, den Linsen 67' und 73 und dem Anzeigefeld 1 besteht, und letztlich in die Eintrittspupille Ip des Projektionslinsensystems C ankommen. Nach obiger Beschreibung teilt der Strahlteiler 20 jeden Strahl I, II, III und IV in zwei Strahlen IA, IB; IIA, IIB; IIIA, IIIB und IVA, IVB. Das Linsensystem 73 kombiniert die Strahlen an vier Punkten an beiden Seiten der optischen Achse.
In Fig. 30 ist ein Linsensystem 62 zwischen der zweiten Linsenplatte 54 und dem Strahlteiler 20 angeordnet, und dieses Linsensystem bildet ein halbkreisförmiges Bild der Strahlungsquelle direkt hinter dem Strahlteiler 20. Das Linsensystem 73 kombiniert die Strahlen IB und IIB in einem ersten Punkt P&sub1; und die Strahlen IA und IIA in einem zweiten Punkt P&sub2;, und diese Punkte befinden sich diametral in bezug auf die optische Achse und in einiger Entfernung davon. Die Strahlen IIIA und IVA werden in einem dritten Punkt P&sub3; kombiniert und die Strahlen IIIB und IVB werden in einem vierten Punkt P&sub4; kombiniert, und die Punkte P&sub3; und P&sub4; befinden sich in der Nähe der optischen Achse. Das in der Eintrittspupille des Projektionslinsensystems C erzeugte Quellenbild besteht aus zwei halbkreisförmigen Strahlungsflecken L'', die sich dicht beieinander befinden und zusammen im wesentlichen einen runden Fleck 32 darstellen, wie unten rechts in Fig. 30 dargestellt ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 31 fehlt das Linsensystem 62 und der Strahlteiler 20 ist direkt hinter der zweiten Linsenplatte 54 angeordnet. Hierdurch durchqueren die Grenzstrahlen I und II bzw. III und IV der Bündel aus den äußeren Linsen der Linsenplatte 52 Wege, die abweichen von denen in Fig. 30. Das Linsensystem 73 kombiniert jetzt die Strahlen IB und IIB in einem Punkt P&sub6;, die Strahlen IA und IIA in einem Punkt P&sub7;, die Strahlen IIIA und IVA in einem Punkt P&sub8; und die Strahlen IIIB und IVB in einem Punkt P&sub9;. Das Quellenbild in der Pupille Ip des Projektionslinsensystems C besteht wiederum aus zwei halbkreisförmigen Strahlungsflecken L''', die jedoch sich in größerer Entfernung voneinander und von der optischen Achse befinden, so daß das Projektionslinsensystem C eine größere Apertur 32' oder eine niedrigere F-Zahl als in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6, 11 und 30 haben muß. Dieser Nachteil wird durch den Vorteil behoben, daß eine geringere Anzahl von Bauteilen erforderlich ist, und daß die Gesamtlänge des Systems kleiner ist.

Claims

1. Bildprojektionsanordnung mit einem Beleuchtungssystem, einem Bildanzeigesystem mit wenigstens einem Anzeigefeld zum Erzeugen eines zu projizierenden Bildes, in der die Polarisationsrichtung eines Beleuchtungsbündels aus dem Beleuchtungssystem mit der Bildinformation moduliert wird, mit einem Projektionslinsensystem zum Projizieren des vom Bildanzeigesystem erzeugten Bildes auf einen Projektionsschirm und mit einem polarisationsempfindlichen Strahlteiler zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Bildanzeigesystem zum Teilen des Beleuchtungsbündels in zwei verschieden polarisierte Teilstrahlen, von denen der erste zum Modulieren im Bildanzeigesystem und in einem Polarisationsdrehelement zum Umsetzen des zweiten Teilstrahls in einen Strahl mit demselben Polarisationszustand wie der erste Teilstrahl direkt verfügbar ist, wobei die ersten und zweiten Teilstrahlen das Bildanzeigesystem erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisationsempfindliche Strahlteiler eine Eintrittsfläche und eine erste Austrittsfläche und eine zweite Austrittsfläche enthält, wobei die erste und die zweite Austrittsfläche verschieden orientiert sind, und eine orientierte Schicht aus Doppelbrechungsmaterial als Strahlteilungsschicht dient, wobei die Schicht und die Flächen in bezug aufeinander derart angeordnet sind, daß für Strahlen zur Bildung des ersten Teilstrahls der optische Weglänge durch den Strahlteiler gleich der für Strahlen zur Darstellung des zweiten Teilstrahls ist, daß das Beleuchtungssystem einen Bauteil mit einer halbkreisförmigen Öffnung zum Ausgeben eines Beleuchtungsbündels mit einem halbkreisförmigen Querschnitt nach dem Strahlteiler enthält, und daß die Teilstrahlen aus der Kombination von Strahlteiler und Polarisationsdrehelement einen halbkreisförmigen Querschnitt haben und beide in einem Kreis passen, dessen Abmessung der Eintrittspupille der Projektionslinse angepaßt ist.

2. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler ein erstes Prisma mit einer ersten Fläche und ein zweites Prisma mit einer ersten Fläche enthält, wobei die ersten Flächen parallel zur Hauptachse der Anordnung verlaufen, die Prismen denselben Brechungsindex haben, daß die Schicht aus Doppelbrechungsmaterial sich zwischen den ersten Flächen befindet, während einer der Brechungsindizes des Materials im wesentlichen gleich dem der Prismen ist, daß eine zweite und eine dritte Fläche des ersten Prismas, die sich unter gleichgroßen, jedoch entgegengesetzten Winkeln zur ersten Fläche erstrecken, die Eintrittsfläche bzw. die erste Austrittsfläche des Strahlteilers bilden, und daß eine zweite Fläche des zweiten Prismas, die parallel zur zweiten Fläche des ersten Prismas verläuft, die zweite Austrittsfläche des Strahlteilers bildet.

3. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsdrehelement sich auf einer der Austrittsflächen des Strahlteilers befindet.

4. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelbrechungsmaterial ein flüssigkristallines Material ist.

5. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Doppelbrechungsmaterial eine Doppelbrechungsklebschicht ist.

6. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht eine einachsig orientierte Polymerschicht ist.

7. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht aus einer ausgehärteten flüssigkristallinen Monomerzusammensetzung gebildet ist.

8. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler eine Schicht aus cholesterinischem Material enthält, die unter einem Winkel von etwa 45º mit der Hauptachse der Anordnung angeordnet ist, wobei diese Schicht die Eintrittsfläche ist und das Beleuchtungsbündel in einen ersten reflektierten Teilstrahl kreisförmig polarisierten Lichts mit einer ersten Drehrichtung und in einen zweiten vorwärts gerichteten Teilstrahl kreisförmig polarisierten Lichts mit einer zweiten entgegengesetzten Drehrichtung verteilt, und außerdem mit einem ersten Reflektor ausgerüstet ist, der im Weg des ersten Teilstrahl angeordnet ist und parallel zur Hauptachse verläuft, und mit einem zweiten Reflektor im Weg des zweiten Teilstrahls unter einem Winkel von etwa 90º mit der cholesterinischen Schicht versehen ist, und daß einer der Reflektoren die Drehrichtung des darauf ankommenden Teilstrahls umkehrt, wobei der zweite Reflektor und wenigstens ein Teil der Oberfläche der cholesterinischen Schicht gegenüber der Eintrittsfläche die erste bzw. die zweite Eintrittsfläche bilden.

9. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, in der das Beleuchtungssystem eine Strahlungsquelle, einen Konkavreflektor zum Bündeln des Lichts aus der Quelle und ein im Weg des gebündelten Lichts angeordnetes Linsensystem enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem aufeinanderfolgend eine erste Linsenplatte mit einer Anzahl erster Linsen, die in einer Ebene senkrecht zur Hauptachse eine einheitliche Breite in einer ersten Richtung und eine einheitliche Höhe in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung haben, eine zweite Linsenplatte mit einer Anzahl zweiter Linsen, deren Anzahl proportional der Anzahl erster Linsen ist, und eine dritte Linse enthält, wobei die erste Linsenplatte ein ankommende Strahlungsbündel in eine Anzahl von Teilstrahlen proportional der Anzahl zweiter Linsen teilt, die Teilstrahlen ihre kleinste Einengung in der Ebene der zweiten Linsen haben, und deren Hauptstrahlen auf die Mitten der zweiten Linsen gerichtet sind, die zweiten Linsen die Strahlungsflecke auf der ersten Linsenplatte in einer Überlagerungsform in einem Zwischenbild erzeugen und die dritte Linse eine Abbildung der zweiten Linsenplatte in einer Ebene in der Nähe der Austrittsfläche des Strahlteilers erzeugen, daß das Breite/Höhenverhältnis der ersten Linsen dem eines Anzeigefeldes entspricht, und daß die zweiten Linsen in einem Halbkreis angeordnet sind.

10. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Linsen wenigstens einer der Linsenplatte asphärisch ist.

11. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl erster Linsen gleich der Anzahl zweiter Linsen ist.

12. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen eine derartige Abmessung haben und derart angeordnet sind, daß die Oberfläche der ersten Linsenplatte etwa gleich dem Querschnitt des ankommenden Beleuchtungsbündels ist.

13. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte in einer Ebene angeordnet ist, in der ein erstes Bild der Lichtquelle erzeugt wird, und daß das Bild in einem Zwischenbild von der zweiten Linsenplatte neu abgebildet wird.

14. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein reduziertes Bild der Lichtquelle auf jeder der zweiten Linsen erzeugt wird.

15. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte zusammen mit einer zugeordneten Linse in einem optischen Element mit wenigstens einer gekrümmten Oberfläche integriert wird.

16. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 15, in der die zugeordnete Linse plankonvex ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen auf der ebenen Brechungsfläche der Linse angeordnet sind.

17. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen auf einer gekrümmten Brechungsfläche der Linse angeordnet sind.

18. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine gekrümmte Brechungsfläche der Linse durch eine hauptsächlich ebene Fläche ersetzt wird, auf der die ersten Linsen angeordnet werden, die je eine Krümmung haben, die im Verhältnis zur Krümmung der ursprünglichen gekrümmten Brechungsfläche an der Stelle der betreffenden Linse steht.

19. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein sphärischer Reflektor ist, der nur von der Quelle an einer Seite der Ebene durch die Mitte der Strahlungsquelle und senkrecht zur optischen Achse des Systems ausgestrahltes Licht einfängt, und daß ein Kondensorlinsensystem an der anderen Seite der Ebene und vor der ersten Linsenplatte angeordnet ist.

20. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein sphärischer Reflektor ist, der nur von der Quelle an einer Seite der Ebene durch die Mitte der Strahlungsquelle und senkrecht zur optischen Achse des Systems ausgestrahltes Licht einfängt, und daß zwei Kondensorlinsensysteme an der anderen Seite der Ebene und vor der ersten Linsenplatte angeordnet sind, wobei jedes System einen anderen Teil des Lichts aus der Quelle und dem Reflektor einfängt.

21. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kondensorlinsensystem wenigstens eine Linse enthält, von der wenigstens eine Brechungsfläche asphärisch ist.

22. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kondensorlinsensystem eine Hauptkondensorlinse enthält, der wenigstens ein zusätzliches Linsensystem folgt.

23. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenplatte in zwei ersten Platten geteilt wird, die im ersten bzw. im zweiten Kondensorlinsensystem angeordnet sind.

24. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Parabolreflektor ist, der den größeren Teil der Lichtquelle umgibt.

25. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Ellipsreflektor ist, der den größeren Teil der Lichtquelle umgibt.

26. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollimatorlinse zwischen dem Reflektor und der ersten Linsenplatte angeordnet ist.

27. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Hyperbolreflektor ist.

28. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollimatorlinse zwischen dem Reflektor und der ersten Linsenplatte angeordnet ist.

29. Bildprojektionsanordnung nach Anspruch 24, 25, 26, 27 oder 28, in der die Strahlungsquelle länglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrichtung der Quelle parallel zur Hauptachse verläuft.

30. Farbbildprojektionsanordnung mit drei Farbkanälen für die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, wobei jeder Farbkanal ein getrenntes Anzeigefeld enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bildprojektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 29 zur Ausgabe getrennter Bündel für die drei Farbkanäle über Farbteilungsmittel enthält.

31. Farbbildprojektionsanordnung mit drei Farbkanälen für die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, wobei jeder Kanal ein getrenntes Anzeigefeld enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Farbkanal eine getrennte Bildprojektionsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29 enthält.