DE2656170A1

DE2656170A1 - Fernsehprojektionanordnung

Info

Publication number: DE2656170A1
Application number: DE19762656170
Authority: DE
Inventors: Itsuro Nishimura; Yoshimasa Takahashi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-06-23
Also published as: DE2656170B2; DE2656170C3; JPS5721155B2; JPS5271944A; US4087835A

Description

Die Erfindung betrifft eine fernsehprojektionsanordnung, insbesondere ein optisches System mit einem Projektionsschirm, mit drei Kathodenstrahlröhren zum Projizieren eines Farblichtstrahls auf den Projektionsschirm durch eine entsprechende Linsenanordnung und mit einem Schaltkreis für jede Kathodenstrahlröhre zum Einstellen der Lichtstrahlen, die auf den Projektionsschirm fallen, um die Luminanz oder Helligkeit des Farbbildes auszugleichen, wenn dieses durch das Auge wahrgenommen wird.

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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4030448 (BLZ 20080000) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

Die praktische Grenze für die G-röße eines Fernsehbildschirms, der direkt "betrachtet wird, beträgt etwa 76 cm (30 Inch). Pur große Bilder ist es erforderlich, eine optische Projektionsanordnung zu verwenden, um die Abbildung zu vergrößern.

Es sind verschiedene Pro j ekt ions art en für Parbfernsehbilder bekannt 1 das Prinzip eines derartigen optischen Systems ist in Pig. 1 dargestellt.

Danach weist ein bekanntes Projektionssystem für Farbfernsehbilder drei Kathodenstrahlröhren 01, 02 und 03 auf, um Lichtstrahlen verschiedener Primärfarben durch entsprechende Linsenanordnungen L1, L2 und L3 auf einen Projektionsschirm S zu projizieren, wobei die Primärfarben normalerweise rot, grün und blau sind. Drei verschiedene Farblichtstrahlen bilden ein zutreffendes Farbbild, wenn sie auf den Projektionsschirm projiziert werden, wobei es erforderlich ist, daß sie ohne irgendwelche Verschiebungen gegeneinander miteinander zur Deckung gebracht werden. Um ein vollständiges und exaktes . Überlappen der drei verschiedenen Farbbilder zu erreichen, ist es erforderlich, drei verschiedene Farblichtstrahlen ausgehend von exakt dem gleichen Ort zu erzeugen. Da es jedoch unmöglich ist₉ daß die drei Kathodenstrahlröhren den gleichen Ort sum gleichen Zeitpunkt ©imielmexif, sind sie nebeneinander ausgerichtetj um dia Verschiebung der Lichtquelle zwischen

den drei verschiedenen Primärfarben zu minimalisieren. Bei den bekannten Projekt ions systemen sind die drei Kathodenstrahlröhren 01, 02 und 03 im gleichen Abstand gegenüber der Mitte Os des Projektionsschirms S angeordnet, wobei die Projektionsfläche, d.h. der phosphoreszierende Bildschirm, der Kathodenstrahlröhre 02 in der Mitte parallel zur Fläche des Projektionsschirms S angeordnet ist, während die zwei benachbarten Kathodenstrahlröhren 02 und 03 mit ihren Bildschirmen gegenüber der Fläche des Projektionsschirms S geneigt sind. Daher ist die Achse A1 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre 01 und dem Projektionsschirm S gegenüber der Achse A2 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre 02 und dem Projektionsschirm S um einen Winkel oC geneigt. In ähnlicher Weise ist die Achse A3 des optischen Wegs zwischen der Kathodenstrahlröhre 03 und dem Projektionsschirm S um einen Winkele*, gegenüber der Achse A2 geneigt_o

Die Linsenanordnungen Li, L2 und L3 sind zwischen den entsprechenden Kathodenstrahlröhren und dem Projektionsschirm angeordnet, und zwar im. gleichen Abstand von der Mitte Cs des Projektionssohirms S, wobei ihre Achsen, mit den Achsen A1, A2 bzw. A3 ausgerichtet sind»

unter der Ann&Uias, daß die optischen Eigenschaften der Mnsenaiiordnungen XjI₃ 1-2 und 1-3 exakt gleich sind, v/erden die Abbildungen der Kathodenstrahlröhren C I^ Ö2 und 03 auf den

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rhältnis pro-

Pro j ekt ions schirm S im gleichen Tergrößerungsverhaltnis projiziert, d.h. mit der gleichen Vergrößerung.

Jedoch stimmt bei einem derartigen optischen System eine auf der Mitte Cs des Projektionsschirms S errichtete Normale nur mit der Achse A2 überein, während die anderen Achsen A1 und A3 relativ zu dieser normalen geneigt sind. Daher ist lediglich der Lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre 02 genau auf den Projektionsschirm S fokussiert, da für den lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre C1 die Abbildung genau auf einen imaginären Schirm S' fokussiert ist. Da der imaginäre Schirm S^f um einen Winkelet gegenüber dem tatsächlichen Projektionsschirm S geneigt ist, ist die Abbildung des lichtstrahls, der von der Kathodenstrahlröhre 01 auf den tatsächlichen Projektionsschirm S projiziert wird, auf Grund der geometrischen Verschiebung versetzt, insbesondere an den einander gegenüberliegenden Rändern, v/o der tatsächliche Projektionsschirm S von dem imaginären Schirm S¹ in großem Maße abweicht. In ähnlicher Weise würde eine Abbildung, die durch den Lichtstrahl von der Kathodenstrahlröhre 03 gebildet wird, auf einen anderen imaginären Schirm S" genau fokussiert werden. Daher ist die auf den tatsächlichen Projektionsschirm S fokussierte- Abbildung versetzt.

Um derartige Abweichungen der projizierten Abbildung zu vermeiden oder zu minimalisieren, ist es für den Fachmann

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bekannt, daß die Originalabbildung auf den Kathodenstrahlröhren geometrisch korrigiert werden muß oder daß die drei Kathodenstrahlröhren C1, 02 und 03 in einem Abstand angeordnet werden müssen, der wesentlich größer ist als de.r Abstand zwischen den benachbarten Kathodenstrahlröhren. In der Praxis werden derartige Abweichungen minimalisiert oder vollständig eliminiert, indem die Lichtquelle D ausreichend von dem Projektionsschirm S getrennt angeordnet wird, und zwar insbesondere um mehr als 1 bis 2 Meter, wie dies in Pig. 2 dargestellt ist.

Daher ist es mit der bekannten optischen Anordnung nicht nur unmöglich, ein Farbfernsehgerät mit annehmbarer G-röße zu konstruieren, das drei Kathodenstrahlröhren C1, 02 und 03» drei Linsenanordnungen L1, L2 und L3 sowie einen Projektionsschirm S aufweist, die in einem Gehäuse untergebracht sind, sondern es ist auch sehr schwierig, die Kathodenstrahlröhren und die Linsenanordnungen mit den entsprechenden optischen Achsen auf der Mitte des unabhängig vorbereiteten Projektionsschirms S in Übereinstimmung zu bringen.

Außerdem beeinflussen bei einem derartigen optischen System die geometrischen Verschiebungen ein gegebenes Farbbild auf dem Projektionsschirm S, das insbesondere an den gegenüberliegenden Rändern undeutlich und unscharf wird, da • die projizierte Abbildung nicht vollständig fokuseiert ist.

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

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

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

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Farbfernsehprojektionsanordnung zu schaffen, die eine klare und unverschwommene Farbbildprojektion ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Farbfernseherοjektionsanordnung ist gekennzeichnet durch einen Projektionsschirm, durch drei Kathodenstrahlröhren, deren Bildschirme parallel zur Fläche des Projektionsschirms angeordnet und auf einer imaginären Linie parallel zur horizontalen Abtastrichtung der Abbildung

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ausgerichtet sind, und durch, drei Linsenanordnungen, die jeweils zwischen den Kathodenstrahlröhren und dem Projektionsschirm angeordnet sind, wobei die Eauptebenen der Linsenanordnungen parallel zur Fläche des Projektionsschirms sind. Beim Erzeugen des Farbbildes auf dem Projektionsschirm mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung stimmen drei unabhängige Farbabbildungen, die von den drei Kathodenstrahlröhren projiziert werden, geometrisch miteinander überein, so daß das erzeugte Farbbild keinerlei Bildverschiebungen aufweist auf G-rund der geometrischen Verschiebung der drei Farbabbildungen. Außerdem ist jede Abbildung, die von der Kathodenstrahlröhre projiziert worden ist, genau auf den tatsächlichen Projektionsschirm S fokussiert, so daß die projizierte Abbildung insbesondere an den gegenüberliegenden Rändern nicht defokussiert wird. Daher sind Linsen mit großem Aperturverhältnis für das erfindungsgemäße optische System verwendbar.

In vorteilhafter Weise erfordert das erfindungsgemäße optische System keine genaue Ausrichtung. Außerdem wird der Abstand zwischen dem Projektionsschirm und den Kathodenstrahlröhren im Verhältnis zum Abstand zwischen den benachbarten Kathodenstrahlröhren verkürzt. Durch die Vergrößerung des verfügbaren Bereichs für die relative Apertur wird eine Linsenanordnung mit höherer Luminanz erreicht. Schließlich kann die erfindungsgemäße Farbfernsehprojektionsanordnung in einem

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Gehäuse angeordnet sein, ähnlich wie bei einem unmittelbar zu betrachtenden Farbfernsehgerät.

In vorteilhafter Weise weist die erfindungsgemäße Farbfernseher ο j ektionsanordnung einen Schaltkreis für jede Kathodenstrahlröhre auf, um die Intensität des Lichtstrahls zu korrigieren durch Erhöhung der Intensität an den äußeren Rändern des projizierten Bildes, so daß das erzeugte Bild auf dem Projektionsschirm, wie es mit dem Auge beobachtet wird, gleichförmige Helligkeit aufweist. Eine derartige Helligkeitskorrektur gleicht nicht nur die Helligkeit des erzeugten Farbbildes aus, sondern paßt auch die Farbwerte der drei verschiedenen Primärfarben an.

Erfindungsgemäß weist der Projektionsschirm zwei Schichten eines Diffusers oder Blendschirms auf, und zwar eine Schicht einer Diffuserplatte und eine Linsenschicht. Mindestens eine Fläche der Diffuserplatte ist mattiert, so daß der durch die Diffuserplatte gestreute Lichtstrahl in alle Richtungen streut, jedoch hauptsächlich in eine Richtung senkrecht zur Diffuserplatte. Andererseits v/eist mindestens eine Fläche der Linsenschicht eine Anzahl furchenartiger Hüten auf, so daß der·

durch die Linsenschicht gestreute Lichtstrahl hauptsächlich in eine Richtung streut, beispielsweise in die horizontale Richtung, und wenig in die vertikale Richtung. Durch Kombi-, nieren dieser zwei Schichten wird der gestreute Lichtstrahl

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vom Projektionsschirm hauptsächlich in die Umgebung des Projektionsschirms gerichtet, wo sich die Beobachter befinden, und nicht nach oben und nach unten relativ zu dem Projektionsschirm.

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

Pig. 1 und 2 schematische Darstellungen der optischen Anordnung einer bekannten Parbfernsehprojektionsanordnung,

Pig. 3 eine schematische Aufsicht auf eine optische Anordnung der erfindungsgemäßen Parbfernsehprojektionsanordnung,

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

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

Pig. 7 eine schematische, perspektivische Ansicht der optischen Anordnung der Pig. 5 und 6,

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Fig. 8 und 9 Impulsdiagramme des horizontalen bzw. des vertikalen Helligkeitssignals für die Kathodenstrahlröhre,

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Korrekturschaltkreises für die Helligkeit,

Fig. 11a bis 11f Impulsdiagramme für die verschiedenen Punkte in dem Korrekturschaltkreis der Fig. 10,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines teilweise weggebrochenen Projektionsschirms,

Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der relativen Intensität des durch die Linsenschicht bzw. durch die mattierte Diffuserplatte gestreuten Lichtstrahls,

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

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

In Fig. 3 ist das Prinzip der optischen Anordnung der erfindungsgemäßen Farbfernsehprojektionsanordnung dargestellt.

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Die optische Anordnung weist einen Projektionsschirm 2, drei Kathodenstrahlröhren 4, 6 und 8 sowie drei Linsenanordnungen 16, 18 und 20 auf, die jeweils zwischen dem Projektionsschirm 2 und den entsprechenden Kathodenstrahlröhren angeordnet sind.

Yor der Beschreibung des Aufbaus des Projektionsschirm^ wird zunächst die optische Anordnung der erfindungsgemäßen ]?arbfernsehprojektionsanordnung beschrieben. Jede der drei Kathodenstrahlröhren 4, 6 und 8 weist einen aus G-las bestehenden Bildschirm oder phosphoreszierenden Schirm 10, 12 bzw. 14 auf, durch die auf den Projektionsschirm 2 verschiedene Lichtstrahlen der Primärfarben projiziert werden, die die Abbildungsinformation enthalten. Beispielsweise können die drei Kathodenstrahlröhren 4, 6 und 8 rote, grüne bzw. blaue Farblichtstrahlen erzeugen. Die drei Kathodenstrahlröhren 4, 6 und 8 sind derart ausgebildet, daß ihre gläsernen Bildschirme parallel zur Fläche des Projektionsschirms 2 angeordnet sind, und der jeweilige Bildschirm ist gegenüber der Fläche des Projektionsschirms 2 in einem, vorbestimmten Abstand D1 angeordnet, wobei die benachbarten Kathodenstrahlröhren gegeneinander einen Abstand D2 aufweisen, während die Bildschirme mit einer imaginären Linie parallel zur horizontalen Abtastrichtung des Lichtstrahles angeordnet sind.

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Dabei stimmt die optische Achse für den Lichtstrahl, der von jeder der Kathodenstrahlröhren projiziert wird, mit einer Linie überein, die sich zwischen der Mitte des entsprechenden Bildschirms und der Mitte des Pro jektionsschirms 2 erstreckt. Daher sind die strichpunktierten Linien 22, 24 und 26 die optischen Achsen für die Lichtstrahlen, die von den Kathodenstrahlröhren 4, 6 bzw. 8 projiziert werden.

Die drei Linsenanordnungen 16, 18 und 20, die zur Vereinfachung der Zeichnung jeweils als einzelne Linse dargestellt sind, sind derart ausgebildet, daß ihre Hauptebenen 16a, 18a und 20a parallel zur Fläche des Projektionsschirms 2 sind, wobei die entsprechenden Hauptebenen 16a, 18a und 20a gegenüber der Fläche des Pro j ektionss chirms 2 einen vorbestimmten Abstand D3 aufweisen.

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

Mit derartigen optischen Anordnungen, bei denen die Linsencharakteristika der Linsenanordnungen 16, 18 und 20 gleich' sind, ist das VergröJßerungBverhältnis der projizierten Abbildung in den verschiedenen Farben gleich, so daß die projizierte Abbildung jedes Farblichtstrahls geometrisch mit den Abbildungen der anderen Farblichtstrahlen übereinstimmt. Daher sind abgesehen von Aberrationen der Idnsenanordnungen 16, 18 ·

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und 20 die projezierten Abbildungen in den drei verschiedenen Farben auf den Projektionsschirm 2 exakt überlagert, so daß ein geeignetes Farbbild reproduziert wird, das keinerlei nachteilige geometrische Verschiebungen oder Undeutlichk'eiten aufweist.

Daher können bei einer derartigen optischen Anordnung die Abstände D1 und D2 in einem größeren Bereich als bei bekannten optischen Anordnungen zugelassen werden, da die Abstandsänderung in jedem der Abstände D1 und D2 die geometrische Verschiebung zwischen den projezierten Abbildungen in den verschiedenen Farben nicht beeinflussen kann.

Da außerdem die drei Ebenen, d.h. die erste Ebene mit den Bildschirmen der drei Kathodenstrahlröhren, die zweite Ebene mit den Hauptebenen der Linsenanordnungen sowie die dritte Ebene mit der Oberfläche des Projektionsschirms, zueinander parallel sind, stimmen die genauen Fokussierungsebenen für die verschiedenen Farblichtstrahlen, die von den drei Kathodenstrahlröhren projiziert werden, miteinander in der dritten Ebene überein, in der die Oberfläche des Projektionsschirms ist. Daher sind bei der optischen Anordnung der Fig. 3 die Linsenanordnungen mit vergleichsweise großer relativer Apertur zulässig. Bei Untersuchungen ist herausgefunden worden, daß die erfindungsgemäßen Linsenanordnungen Lichtstärken aufweisen, bei denen das Verhältnis der Brennweite zum Objektiv-

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durchmesser 2,0 beträgt, während dieses Verhältnis bei bekannten optischen Anordnungen 2,8 beträgt, um ein Farbbild gleicher G-üte zu erhalten, wobei die Vergrößerung der Linsenanordnungen sechs beträgt und der diagonale Abstand des Schirms 750 mm bei gleichem Projektionsabstand.

Daher ist die Helligkeit des projezierten Farbbildes auf dem Schirm bei Verwendung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung zweimal so groß v/ie die Helligkeit bei bekannten Anordnungen.

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

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

Gemäß Fig. 3 ist die optische Achse 22 des Lichtstrahls, der von der Kathodenstrahlröhre 4 aus projiziert wird, gegenüber der optischen Achse 24 um einen Winkel ρ geneigt. In entsprechender Weise ist die optische Achse 26 zur anderen

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Seite gegenüber der optischen Achse 24 um einen Winkel β geneigt. Daher sind die Lichtstrahlen, die von den Kathodenstrahlröhren 4 und 8 aus projiziert und durch die entsprechenden Linsenanordnungen 1ό und 20 gesammelt werden, gegenüber den Achsen der entsprechenden Kathodenstrahlröhren 4 und 8 um einen Winkel β geneigt.

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

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Strahlrohren ^, 6 bzw. 8 auf den Projektionsschirm 2 projiziert werden, und zwar unter der Voraussetzung, daß :O =5,5° Eine derartige Abweichung der Helligkeit kann korrigiert werden durch eine geeignete Korrektur eines Signals, das an jede der Kathodenstrahlröhren angelegt wird.

Tor der näheren Beschreibung dieser Korrektur wird zunächst die vierte Potenz des Kosinus des Kinkels in Verbindung mit den Pig. 5, 6 und 7 erläutert, um besser zu verstehen, wie die Eelligkeitskorrektur ausgeführt wird.

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

Die Bezugszeichen in den Pig. 5 und 6 sind folgendermaßen festgelegt:

w : halbe Länge des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre in Horizontalrichtung,

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

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

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m : Vergrößerung der Linsenanordnung 18,

mw : halbe Länge des Projektionsschirms in Horizontalrich tung,

Κ" : Streckenverhältnis des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre ,

Uw : halbe Länge des Bildschirms in Vertikalrichtung,

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

TJ : ein Winkel zwischen der optischen Achse 24 und dem Lichtstrahl u,

Nmw : halbe Länge des Pro jektionsschirms 2 in Vertikalrichtung.

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

E = Eo COS⁴G (1)

wobei Q der durch den Lichtstrahl und die optische Achse gemäß obiger Beschreibung definierte Winkel ist. Durch Anwendung der

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Gleichung (i) auf die optische Anordnung gemäß den Fig. 5 und 6 kann die Gleichung (1) in die folgenden Gleichungen (2) und (3) umgeschrieben werden:

E1 = E1O cos⁴-* (2)

E2 = E20 00Ξ⁴η (3)

wobei E10 und E20 die Helligkeit eines kleinen Bereichs auf dem Bildschirm 12 für die Lichtstrahlen λ bzw. u sind, während El und E2 die Helligkeit auf dem Projektionsschirm 2 für die Lichtstrahlen λ bzw. u sind.

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

Da die Beleuchtung des Bildschirms 12 der Kathodenstrahlröhre 6 durch Abtasten des Elektronenstrahls in horizontaler und vertikaler Richtung durchgeführt wird, wird vorzugsweise bei der Helligkeitskorrektur der tatsächliche Lichtstrahl in eine horizontale Komponente und eine vertikale Komponente gemäß Pig. 7 zerlegt.

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In Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der optischen Anordnung der Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei 1? die Mitte der Linsenanordnung 1b und 12' die Oberfläche des Bildschirms 12 kennzeichnen, auf der eine Skala mit X^f- und Y'-Achsen vorgesehen ist, wobei die optische Achse mit einer Z'-Achse übereinstimmt. Ein Lichtstrahl-30, der von einem vorgegebenen kleinen Bereich oder einem Punkt P auf dem Bildschirm 12' emittiert wird, verläuft durch die Linsenmitte F und wird auf den Projektionsschirm 2 in einem vorgegebenen kleinen Bereich oder in einem Punkt Q projiziert, um dort die Abbildung zu bilden. Der Projektionsschiria 2 ist ebenfalls mit Koordinaten X und Y versehen, wobei ihr Nullpunkt mit einer Mitte 0 auf dem Projektionsschirm 2 übereinstimmt. Vom Punkt Q erstreckt sich senkrecht zur X-Achse zum Punkt E eine Linie 32, und zwischen der Linsenmitte F und dem Punkt E verläuft eine Linie 34. Definiert man den Winkel p zwischen den Linien 30 und 24, den Winkel 0' zwischen den Linien 34 und 24 und den Winkel zwischen den Linien 30 und 34, so ergibt sich die folgende Beziehung zwischen der Helligkeit Ep am Punkt P und der Helligkeit Eg am Punkt Q:

Eq. = Ep cos⁴/C; (4)

da cos ρ s FO/FQ (5)

coscr= FÖ/FR (6)

cost= FR/FQ* , (7)

wird die folgende Beziehung erhalten:

cosp = coscT-cosT . (8)

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Datier ist es möglich, die Gleichung (4) folgendermaßen um zuschreiben:

Eq = Ep cos'C. COs^ (9)

Aus Gleichung (9) ergibt sich, daß die Gleichung (4) durch ein Produkt der X¹- und Y' -Axialkomponenten erhalten v/erden kann.

Der vom Bildschirm 12' am äußersten Rand der X'-Achse emittierte Lichtstrahl bildet die Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 am äußersten Rand gegenüber dem zuvor erwähnten Rand auf der X-Achse gemäß Pig. 5, während der vom Bildschirm 12' am äußersten Rand der Y'-Achse emittierte Lichtstrahl die Abbildung auf dem Projektionsschirm 2 am äußersten Rand gegenüber dem zuvor erwähnten Rs.nd der Y-Achse gemäß Pig. 6 bildet.

Wie sich aus den Linsenformeln ergibt, können cos£ und cos η folgendermaßen ausgedrückt werden:

²f²

ξ= (m+1)f/ ^(mw)² + (m+i)²f² (10)

= (m+1)f/ y (Nniw)² + (m+i)²f² (11)

wobei f die Brennweite der Linsenanordnung ist.

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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Helligkeit auf dem Projektionsschirm dadurch gleichmäßig wird, indem die Amplitude der horizontalen und vertikalen Abtastsignale korrigiert wird, und zwar durch Multiplizieren mit dem Wert 1/cos⁴C bzw. i

In Pig. 8 wird ein korrigiertes Impulsdiagramm für das horizontale Helligkeitssignal dargestellt, das der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird, wobei das Bezugszeichen T die horizontale Abtastzeit kennzeichnet und wobei die Beziehung zwischen der Zeit t und der Intensität der Helligkeit I₁ folgendermaßen ausgedrückt v/erden kann:

I₁ = Io/cos⁴u) (t- |) · (12)

wobei Io die minimale Helligkeit ist, die auf der X-Achse auftritt, und wobei CO die folgende Phase ist:

ω= I cos"¹(m+1)f/ y (m+1)²f²+m²w² (13)

In Fig. 9 ist ein korrigiertes Impulsdiagramm für ein vertikales Helligkeitssignal dargestellt, das der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird, wobei das Bezugszeichen T' die vertikale Abtastzeit kennzeichnet und wobei die Beziehung zwischen der Zeit t und der Intensität der Helligkeit I₂ folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

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I₂ = Io ·/cos⁴to '(*- ψ-) (H)

wobei Ιο¹ die minimale Helligkeit ist, die auf der Y'-Achse auftritt, und wobei LG' die folgende Phase ist:

= |t cos"¹ (m+1)f/ y(m+1)²f² + N²m²w² (15)

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

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

Ein sägezahnförmiges, vertikales Ablenksignal 62 gemäß Pig. 11a wird dem Eingangskontakt 60 des Korrekturschaltkreises 42 für die vertikale Helligkeit und dem Impulsformer 50 über den Pufferkreis 48 zugeführt. Der Impulsformer 50 weist

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eine Diode 64, einen mit dieser verbundenen Heaktanztransformator 66 sowie einen Kondensator 68 auf, der über die Primärwicklung des Transformators 66 geschaltet ist. Venn die erste Halbperiode, die der oberen Hälfte des Sägezahns 62 entspriciit, durch die Diode 64 zum Reaktanztransformator 66 fließt, wird das Signal integriert und· in einem Abschnitt zwischen den Bezugszeiclien G- und H gemäß Fig. 11b in eine paraboloidformige Impulsform 70 umgewandelt.

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

An einem Eingang 72 liegt ein horizontales Ablenksignal 74 gemäß Fig. 11c, das zunächst in einen Sägezahn 76 gemäß Fig. 11d durch den Integrator 54 und danach in eine quasiparaboloidförmige Impulsform 78 gemäß Fig. 11e durch den

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Resonanzkreis 56 umgewandelt wird, um Resonanz mit einer horizontalen Ablenkfrequenz zu erzielen.

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

Es sei festgestellt, daß die beschriebene Linsenanordnung, die aus einer Linse besteht, in den meisten Fällen durch eine Linsenanordnung mit einer Vielzahl von Linsen ersetzt werden kann. Bei einer derartigen Linsenanordnung wird das Verhältnis der peripheren Lichtintensität zur Lichtintensität in der Mitte der projizierten Abbildung, der sogenannte Apertur-Wirkungsgrad, wesentlich schärfer als bei einzelnen Linsen, so daß die peripheren Abbildungen auf dem Projektionsschirm 2 dunkler werden. Jedoch kann eine derartige Änderung der Lichtintensität, d.h. der Helligkeit, in ähnlicher Weise leicht korrigiert werden. Gemäß Gleichung (9) kann die Korrek-• tür für die vertikale Helligkeitsänderung und für die hori-

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zontale Helligkeitsänderung getrennt ausgeführt v/erden. Zur Korrektur der horizontalen Helligkeitsänderung auf dem Projektionsschirm 2 ist zunächst der Bildschirm der Kathodenstrahlröhre so angeordnet, daß er einen gleichförmigen Lichtstrahl in horizontaler Abtastrichtung entlang der X'-Achse erzeugt. Danach wird das Reziproke der Verteilungskurve dem Korrekturschaltkreis für die horizontale Helligkeit zugeführt, wodurch die Abbildung entlang der X-Achse korrigiert wird, um eine gleichmäßige Helligkeit wiederzugeben. Ersichtlich wird die vertikale Helligkeitsänderung in ähnlicher Weise korrigiert.

In den Fällen, in denen es schwierig ist, die Verteilungskurve zu erhalten, wird die Korrektur durch Messung lediglich der Helligkeit an den gegenüberliegenden Rändern des Projektionsschirms ausgeführt, wo die Lichtstrahlen \ und u gemäß den Fig. 5 und 6 hinprojiziert werden. Diese Randhelligkeiten werden verglichen mit den Gleichungen (10) bzw. (11), um ihre Verhältnisse R und R¹ zu erhalten. Diese Verhältnisse werden dann dem ersten und dem zweiten Verstärker 48 bzw. 54 gemäß !ig. 10 zugeführt, um die Amplitude der parabolförmigen Impulsformen gemäß den I¹Xg. 11b und 11e zu vergrößern.

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

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

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

Bei der oben beschriebenen optischen Anordnung weist der erfindungsgemäße Projektionsschirm 2 gemäß Fig. 12 eine Linsenschicht 80 und eine Diffuserplatte 82 auf. Die Linsenschicht 80 ist beispielsweise aus einer Platte aus Vinylchlorid mit einer Dicke von 0,3 nun aufgebaut und weist eine

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Oberfläche mit Linsenfurcheη auf, deren Linsenneigung 0,254 mm, deren Krümmungsradius 0,134 mm und deren Refraktionsindex 1,58 beträgt.

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

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

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

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

:;enn die Diffuserplatte 62 über der Lins ens chicht 80 oder umgekehrt liegt, so ist irr. Rahmen der Erfindung herausgefunden worden, daß die Seite der Linsenschicht 80 mit den Linsenfurchen sowie die mattierte Fläche der Diffuserplatte 82 vorzugsweise der Richtung zugewandt sein sollen, aus der der Lichtstrahl kommt, d.h. in Richtung auf die Kathodenstrahlröhren (vgl. 3?ig. 15a und 15b), um den Lichtstrahl wirkungsvoll zu streuen.

Mit einem derartigen Projektionsschirm wird der Bereich für den Lichtstrahl, der in horizontale Richtung gestreut wird, hauptsächlich durch die Linsenschicht 80 bestimmt, während der Bereich für den Lichtstrahl, der in vertikaler Richtung gestreut wird, durch die Schicht der Diffuserplatte 82 bestimmt wird. Da der Betrachtungswinkel eines Fernsehzuschauers beispielsweise zwischen 50 in horizontaler Richtung und * 15° in. vertikaler Richtung von der Mitte des Schirms variieren kann, ist der erfindungsgemäße Projektionsschirm 2 so angeordnet, daß der Lichtstrahl in horizontaler Richtung in einen großen Y/inkel und in vertikaler Richtung

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

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

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

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Leerseite

Claims

Patent an Sprüche

a) einen Projektionsschirm (2),

b) drei Kathodenstrahlröhren (4, 6, 8) mit jeweils einem Bildschirm (10, 12, 14) zum Erzeugen und Projizieren von Farbbildern auf dem Projektionsschirm (2) durch drei die Primärfarben enthaltenden Lichtstrahlen, die die Bildinformation wiedergeben, wobei die drei Kathodenstrahlröhren (4, 6, 8) mit ihren Bildschirmen (10, 12, 14) in einer ersten Imaginärebene parallel zum Projektionsschirm (2) und untereinander auf einer gedachten Linie parallel zur horizontalen Abtastrichtung des Lichtstrahls ausgerichtet sind, und durch

c) drei optische Linsenanordnungen (16, 18, 20) jeweils vor dem Bildschirm (10, 12 bzw. 14) und zwischen dem Projektionsschirm (2) und der zugehörigen Kathodenstrahlröhre (4, 6 bzw. 8) zum Projizieren des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm (2), wobei die entsprechenden Hauptebenen der Linsenanordnungen (16, 18, 20) in einer zweiten Imagi-

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ORIGINAL INSPECTED

närebene parallel zum Projektionsschirm (2) sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pro jektionsschirm (2) einen Diffuser (80, 82) aufweist zur Streuung des projezierten Lichtstrahls in einen großen Bereich parallel zu der gedachten Linie und in einen schmalen Bereich senkrecht zur gedachten Linie.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffuser (80, 82)

a) eine Diffuserplatte (32), von der mindestens eine Oberfläche mattiert ist, um einen einfallenden Lichtstrahl in alle Richtungen zu streuen, und

b) eine über der Diffuserplatte (82) angeordnete, als Linse wirkende Platte (80) aufweist, um die Streuung des Lichtstrahls in Horizontalrichtung zu verengen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mattierte Oberfläche der Diffuserplatte (52) und die Linsenoberflache der Platte (80) dem Bildschirm (10, 12, 14) zugewandt sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit jeder der drei Katho-

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denstrahlrÖhren (4, 6, 8) verbundene Helligkeitssteuerung zur Steuerung der Intensität des auf dem Bildschirm. (10, 12, 14) erzeugten Lichtstrahls- so daß die vertikale und horizontale Helligkeitsverteilung eine große Helligkeit an den gegenüberliegenden Bändern und eine geringe Helligkeit in der lutte des Bildschirms (10, 12, 14) aufweist, so daß die auf dem Projektionsschirm (2) wahrgenommene Abbildung eine gleichförmige Helligkeit aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Helligkeitssteuerung die Intensität des Lichtstrahls derart steuert, daß die horizontale und die vertikale Helligk^itsverteilung auf dem Bildschirm (10, 12, 14) proportional zu l/cos'*ff bzw. l/cos X ist, -wobei der viert C ein Winkel ist zwischen der durch die Mitte des Bildschirms (Ί0, 12, 14) senkrecht verlaufenden optischen Achse (24) und einer Linie (34), die die Projektion einer Linie (30) ist, die sich zwischen einem beliebigen Punkt (P) auf dem Bildschirm (12') und der !,litte (F) der Linsenanordnung auf einer die optische Achse einschließenden imaginären Horizontalfläche erstreckt, und wobei T ein Winkel ist zwischen der optischen Achse und einer Linie-, die die Projektion einer Linie ist, die sich zwischen einem beliebigen Punkt auf dem Bildschirm (10, 12, 14) und der Mitte der Linsenanordnung auf einer die optische Achse" einschließenden gedachten Vertikalfläche erstreckt.

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