Проекционная система для проецирования цветного видеоизображения и относящаяся к ней преобразующая оптика

 

В проекционной системе для проецирования видеоизображения, построенного из точек изображения, на экран (54) с помощью по меньшей мере одного, направляющего пучок световых лучей, изменяемого по своей интенсивности источника (10;20;30) света и отклоняющего устройства (44,46), отклоняющего световой пучок для освещения точек изображения на экране (54), установлена по меньшей мере двухступенчатая преобразующая оптика (50) между отклоняющим устройством (44,46) и экраном (54), откорректированная по тангенсному условию без икажений. Преобразующая оптика включает по меньшей мере две оптические ступени, причем первая оптическая ступень создает плоскость промежуточного изображения, которая через следующую(ие) оптическую(ие) ступень(и) отображается на экране. 2 с.п. 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Изобретение относится к проекционной системе для проецирования построенного из точек изображения видеоизображения на экран с помощью по меньшей мере одного, направляющего световой пучок, изменяемого по своей интенсивности источника света и устройства, отклоняющего световой пучок для освещения точек изображения на экране. Кроме того, изобретение относится также к преобразующей оптике, пригодной, в частности, для применения в подобной проекционной системе.

Из уровня техники известны способы и устройства, с помощью которых создается видеоизображение непосредственно соответствующего размера. Наряду с обычными приемными телевизионными трубками имеются также дисплеи на жидких кристаллах, плазменные и ферромагнитные дисплеи. Недостатком этих устройств является техническое ограничение размера изображения. Таким образом, с помощью стандартной телевизионной электронно-лучевой трубки можно получить максимальное изображение размером 1 м по диагонали экрана, причем при настоящем уровне техники масса электронно-лучевой трубки составляет примерно 60 кг, а конструктивная ширина примерно 0,8 м. Однако эта величина является недостаточной, например, для нового телевизионного стандарта ТВЧ, при котором требуется минимальное изображение размером 1, 5м по диагонали для создания для пользователей угла, под которым рассматривается изображение, обычного в кинотеатре.

Также на дисплеях на жидких кристаллах, плазменных или ферромагнитных дисплеях можно получить лишь относительно небольшие изображения, причем дисплей на жидких кристаллах в настоящее время практически максимально ограничен размером почтовой открытки.

Кроме того, имеются также решения, при которых первичное телевизионное изображение переносится в увеличенном размере на проекционную плоскость методом проецирования. Для получения первичного телевизионного изображения применяются ЖКД-матрицы или в цветном телевидении применяются небольшие телевизионные электронно-лучевые трубки с большой интенсивностью света, причем на каждый цвет используется по трубке.

Основываясь на требуемой оптической длине передачи между первичным телевизионным изображением и проецированным в увеличенном размере изображением существует тесная связь между достигаемым размером изображения и расстоянием проектор-экран. Исходя из ограниченной мощности осветительной установки и затрат на оптическую систему, проектор должен находиться на небольшом расстоянии от экрана. Поэтому до настоящего времени не представляется возможным изменить в кинотеатре расстояние между проектором с помощью имеющейся мощности проектора.

Дополнительно к упомянутым устройствам для проекции телевизионного изображения имеются также устройства, использующие лазер в качестве источников света для получения цветного видеоизображения (см. например, Funkschau 1970, N 4, стр. 96 или выложенную заявку на Европейский патент EP-OS-0084434). При этом три различных по цвету лазерных луча модулируются соответственно интенсивности с помощью модуляторов света и через зеркальную систему соединяются в общий световой пучок, который растрируется механическим путем через зеркальную систему и проецируется на экран.

Известно и другое решение, при осуществлении которого разноцветные пучки световых лучей не соединяются в один общий пучок световых лучей, а независимо друг от друга с помощью линзовой системы направляются на зеркало, которое отражает световые лучи на экране. Зеркало шлифуется в виде небольших вогнутых зеркал и наряду с функцией отклонения выполняет задачу фокусирования отдельных различных по цвету световых пучков вместе в одном общем фокусе на экране (см. выложенную заявку ФРГ DE-OS-31 52 020).

Недостатком этой проекционной системы является> прежде всего, сложное зеркало, которое трудно изготовить и которое требует тщательной юстировки источников света и системы линз.

На всех указанных системах для проекции с помощью лазеров отклонение осуществляется механическим путем. Возможность получения достаточно быстрого отклонения, а также создания необходимого количества строк с помощью обычных многогранных зеркал очень ограничена получаемым углом отклонения отклоняющего устройства. Вследствие этого не представляется возможным реализовать телевизор с незначительной габаритной шириной. Кроме того, исходя из геометрии, происходит искажение изображения по направлению к краю изображения, так называемое "тангенсное искажение", причина которого заключается в равномерном по времени угловом отклонении через многогранное зеркало, которое проявляется в виде неравномерного растрирования на экране.

Для уменьшения искажений изображения можно осуществлять отклонение по малому диапазону и расширять изображение через стекловолоконный пучок. Вследствие высокой плотности точек на видеоизображениях изготовление таких стекловолокон является проблематичным и очень сомнительно, может ли подобная оптика изготавливаться достаточно дешево также для коммерческого применения.

В печатной технике (см. например, "Der Lazer in der Druckindustrie автор Werner Hulsbusch, издательство Hulsbusch, 1990, стр. 252, 257, 261, 431, 443, 473, 485) известны различные возможности компенсации возникающего тангенсного искажения с помощью так называемой линеаризирующей f(Θ) оптики. Однако описанная в литературе оптика может применяться для видеопроекции не без оговорок, т.к. она имеет два существенных недостатка: 1. В печатной промышленности работают только с монохроматическим источником света, поэтому не должны учитываться световые искажения. Однако в видеопроекционной системе для цветных изображений, кроме корректировки геометрически-оптических искажений и создаваемого отклоняющим устройством искривления поля изображения, требуется еще также корректировка цветовых искажений.

2. Указанные оптические системы рассчитаны на выравнивание геометрических искажений изображения, вызванных механическим отклонением; однако с помощью этих оптических систем нельзя достичь увеличения угла отклонения. Также при использовании этой известной оптики для создания большого поля изображения получается очень большая габаритная ширина, которая, однако, крайне нежелательна и нереальна в области телевизионной техники.

Эти оптические системы, используемые в основном в печатной технике, могут компенсировать лишь обусловленные системой искажения отклоняющего устройства при применении монохроматического лазера. Однако влияния на величину изображения в связи с данным углом отклонения они не имеют, так что на необходимую оптическую длину передачи нельзя воздействовать.

Исходя из описанного уровня техники, в основе изобретения лежит задача создания проекционной системы для видеоизображения и соответствующей преобразующей оптики, с помощью которых можно получить значительно большее изображение при одновременно очень незначительной габаритной глубине.

Данная задача решается за счет того, что проекционная система для проецирования видеоизображения, построенного из точек изображения, на экран с помощью по меньшей мере одного, направляющего пучок световых лучей, изменяемого по своей интенсивности источника света и отклоняющего устройства, отклоняющего пучок световых лучей для освещения точек изображения на экране, согласно изобретению содержит расположенную между отклоняющим устройством и экраном одну по меньшей мере двухступенчатую оптику, откорректированную по тангенсному условию без искажений.

Предпочтительно, чтобы система содержала полевую линзу, расположенную между преобразующей оптикой и экраном. В качестве полевой линзы может использоваться линза Френеля.

В этом случае предпочтительно также, чтобы изображение отклоняющего устройства, полученное через преобразующую оптику, находилось в фокусе линзы Френеля или на расстоянии ± 20% величины фокусного расстояния линзы Френеля от ее фокуса.

Целесообразно выполнение, при котором линза Френеля имеет плоскую поверхность, обращенную к преобразующей оптике.

Отклоняющее устройство может быть расположено между главной плоскостью в пространстве предметов преобразующей оптики и первой вершиной линзы в пространстве предметов преобразующей оптики.

Указанная задача решается также с помощью преобразующей оптики, в частности предназначенной для применения в проекционной системе, которая согласно изобретению включает по меньшей мере две оптические ступени, причем первая оптическая ступень создает плоскость промежуточного изображения, которая через следующую оптическую ступень изображается на экране.

Предпочтительно, чтобы плоскость промежуточного изображения при параллельном падении света имела фокус в пространстве изображений первой оптической ступени.

Целесообразно также, чтобы вторая оптическая ступень имела фокусное расстояние, меньшее половины фокусного расстояния первой оптической ступени. Благодаря такому выполнению удается достичь большого снижения конструктивной глубины всей проекционной оптики по сравнению с величиной изображения на экране.

Фокусное расстояние второй оптической ступени может быть меньше 1/5 фокусного расстояния первой оптической ступени.

При выполнении преобразующей оптики с главной плоскостью в пространстве предметов и фокусом в пространстве предметов первой оптической ступени целесообразно, чтобы главная плоскость в пространстве предметов преобразующей оптики находилась вне первой вершины линзы.

Первая оптическая ступень и вторая оптическая ступень могут состоять из многолинзовых систем, благодаря чему могут особенно хорошо компенсироваться различные искажения изображения. Многолинзовые системы создают также больше степени свободы для выбора положения главных плоскостей.

При выполнении преобразующей системы с плоскостями промежуточных изображений между отдельными оптическими ступенями желательно, чтобы каждая плоскость промежуточного изображения находилась между последней вершиной линзы оптической ступени и первой вершиной линзы следующей оптической ступени. В этом случае плоскости промежуточного изображения находятся соответственно вне материала линзы. Этим достигается то, что дефекты материала линзы, например неоднородность, лишь незначительно отражаются на резкости изображения на экране.

С помощью изобретения можно достичь особенно большого отклонения (и тем самым размера изображения) видеоизображения, вследствие чего заметно уменьшается требуемая габаритная глубина. Оказалось, что также искажения цвета преобразующей оптики могут достаточно хорошо компенсироваться только при использовании двух оптических ступеней, так что изобретение также может применяться для проекции цветных изображений. Таким образом, на практическом примере выполнения можно реализовать предложенную в изобретении проекционную систему для цветных видеоизображений с габаритной глубиной лишь 60 см, с размером экрана по диагонали 2 м.

На фиг.1 изображена принципиальная схема примера выполнения предложенной проекционной системы; на фиг.2 принципиальная схема двухступенчатой преобразующей оптики; на фиг.3 принципиальная схема двухступенчатой преобразующей оптики с мнимой плоскостью промежуточного изображения; на фиг.4 принципиальная схема примера выполнения преобразующей оптики (изображение с помощью двух пучков лучей) согласно изобретению; на фиг.5 преобразующая оптика согласно примеру выполнения, изображенному на фиг.4, для более подробного пояснения конструкции линзовой системы; на фиг.6 конструктивный вариант выполнения проекционной системы согласно настоящему изобретению.

В примерах выполнения, представленных на фигурах, показаны системы для проекции цветного изображения, хотя изобретение в равной мере может применяться также для проекции одноцветного изображения.

В представленной схематически на фиг.1 проекционной системе для цветного телевизионного изображения цвет каждой точки изображения образуется тремя различными цветовыми компонентами, которые создаются соответствующими цветовыми сигналами в зависимости от желаемого цветового тона и желаемой яркости.

В проекционной системе для управления цветовым тоном и яркостью используются три источника 10, 20, 30 света, которые создают в основном параллельные пучки 12, 22, 32 световых лучей. Для этого пригодны, в частности, лазеры. Однако можно применять также другие источники света, например светоизлучающие диоды, в которых пучок световых лучей направляется параллельно с помощью оптики. При этом оптика может состоять, например, соответственно из одной оптической системы, в фокусе которой расположен соответствующий светоизлучающий диод, причем могут быть предусмотрены также диафрагмы для ограничения пучка лучей. Для управления интенсивностью источников света изменяется напряжение на светоизлучающих диодах. При этом особенно предпочтительными являются точечные светоизлучающие диоды.

В примере на фиг. 1 для источников 10, 20, 30 света предусмотрены лазеры на инертном газе. Так как их интенсивность для видеоизображения не может переключаться достаточно быстро, то используются источники 10, 20, 30 света с постоянной световой мощностью и изменение интенсивности света осуществляется с помощью дополнительных модуляторов 14, 24, 34, для которых пригодны, в частности, кристаллы DKDP, Отдельные световые пучки 12, 22, 32 сводятся вместе через дихроическое зеркало 16, 26, 36 в один общий световой пучок 40, который внутри цветовой проекционной системы объединяет все световые пучки в один единственный лучевой поток, который проходит через проекционную систему.

Для создания изображения применяется отклоняющее устройство, через которое могут последовательно строиться точки видеотелеизображения. Общий световой пучок 40 можно отклонить теперь через отклоняющее устройство непосредственно на экран 54. Для достижения особой компактности всей телевизионной проекционной системы и правильного использования имеющейся площади на оптически нелинейно соединяемых между собой местах могут быть размещены также различные единицы проекционной системы, причем затем должен отклоняться общий пучок 40 лучей. Такое отклонение осуществляется, например, на фиг.1 с помощью зеркала 42, с помощью которого световой пучок 40 отклоняется на отклоняющее устройство.

Отклоняющее устройство в примере выполнения по фиг.1 состоит из зеркального барабана 44 и качающегося зеркала 46. Зеркальный барабан непрерывно вращается и световой пучок отклоняется от его многогранной поверхности построчно. Это направление отклонения через зеркальный барабан 44 обозначается в дальнейшем как направление X. Качающееся зеркало 46 качается по оси 48 взад и вперед и служит для растрирования изображения, причем его направление отклонения обозначается в дальнейшем как направление Y. Для качания и синхронизации предусмотрена известная из уровня техники электроника.

Общий световой пучок 40, растрированный по направлению X и Y, проходит после отклонения через преобразующую оптику 50, принцип действия которой представлен ниже. Для понимания примера выполнения по фиг.1 важно, чтобы угол отклонения и тем самым проецированное телевизионное изображение увеличивались преобразующей оптикой 50. При этом через преобразующую оптику, в которой местом отклоняющего устройства является входной зрачок в обычной оптической терминологии, отображается в выходной зрачок, присоединенный через преобразующую оптику к входному зрачку.

После преобразующей оптики 50 общий световой пучок 40 попадает на линзу 52 Френеля и затем на экран 54 электроннолучевой трубки, на котором он становится видимым для зрителя в направлении стрелки как элемент видеоизображения.

В принципе, можно было бы телеизображение направить непосредственно на экран 54, который, если он выполнен в виде матового стекла, рассеял бы свет по всем возможным направлениям. Но даже с матовым стеклом интенсивность света в направлении наблюдения сильно зависит от угла падающего светового пучка, так что при особенно больших телевизионных изображениях на краях изображения появляется меньшая интенсивность, чем в центре. Различную интенсивность можно равномерно регулировать путем изменения интенсивности света на источниках света 10, 20, 30, однако, имеется также более предпочтительный путь: полевая линза, представленная здесь в виде линзы 52 Френеля, направляет параллельно свет, выходящий из преобразующей оптики 50 под различными углами в направлении к наблюдателю. Согласно законам линзовой оптики, свет затем направляется параллельно главным образом в направлении стрелки, если фокус линзы 52 Френеля находится в выходном зрачке преобразующей оптики 50.

В примере выполнения согласно фиг.1 обнаружилось, что хорошие отклоняющие свойства имеются в том случае, если выходной зрачок преобразующей оптики находится на расстоянии ±20% фокусного расстояния линзы 52 Френеля от ее фокуса.

Линза Френеля имеет обычно на одной поверхности зональную структуру, которая моделирует отклоняющие свойства более толстой линзы по зонам. Для улучшения качества линзы Френеля можно также на противоположной поверхности нанести зональную структуру. Однако обнаружилось, что для примера выполнения согласно фиг. 1 вполне достаточна линза 52 Френеля, которая имеет зональную структуру только на одной поверхности, в то время как противоположная поверхность выполнена плоской. При этом зональная структура линзы 52 Френеля обращена к экрану 54, а плоская поверхность направлена в сторону преобразующей оптики 50, благодаря чему получается особенно плоская конструкция.

В примере выполнения согласно фиг. 1 отклонение осуществляется электромеханическим путем через зеркальный барабан 44 и качающееся зеркало 46, что приводит к двум отрицательным свойствам: Во-первых, отклонение светового пучка 40 через зеркальный барабан 44 в направлении X происходит в другой точке, чем отклонение согласно изображению в направлении Y над качающимся зеркалом 46. Центр вращения для отклонения в направлении X находится на зеркальном барабане 44. При учете отклонения качающегося зеркала 46 мнимая точка для отклонения через преобразующую оптику 50 с помощью линзы Френеля находится в обозначенной на фиг. 1 точке P. Отклонение в направлении Y осуществляется путем отклонения качающегося зеркала 46 по оси 48, так что в системе это не единственная точка для развертки телевизионного изображения. В целом, не является критическим то, что расстояние от точки P до оси 48 очень мало по сравнению с расстоянием от точки P до экрана 54, в том случае, если проекция осуществляется без преобразующей оптики. Тем не менее, при установке преобразующей оптики 50 необходимо учитывать отклонение в различных точках, т.к. в этом случае существуют различные входные зрачки для развертки X и Y. Преобразующая оптика 50 должна быть поэтому выполнена таким образом, чтобы можно было не учитывать отклонение относительно положения входного зрачка.

Вторым свойством, которое должно учитываться в подобных проекционных телевизионных системах, является нелинейность в изображении вращающегося зеркала. В результате вращения или движения зеркала, которое вращается с постоянной угловой скоростью, отклонение X на экране 54 непостоянно, т.к. X связан с углом отклонения Θ оптической оси системы соотношением X = L·tanΘ, где L обозначает расстояние от точки отклонения P до экрана 54.

В следующих вариантах выполнения не должно учитываться прежде всего действие преобразующей оптики 50.

Для малого угла Θ tanΘ проходит приблизительно линейно. Изменение отклонения x выражается соотношением: Отсюда следует, что при Θ = 0° изменение x составляет лишь половину величины, чем при Θ = 45°
Этот простой числовой пример ясно показывает величину ожидаемого эффекта. Недостатки могут быть устранены путем выбора очень большого расстояния L между диапазоном отклонения и экраном 54 при неизменной величине изображения, при этом углы отклонения Θ очень малы, т.е. остаются в приближенном линейном диапазоне, однако для практического выполнения устанавливаются границы, чтобы предложенная в изобретении проекционная система могла оставаться внутри приемлемого пространственного диапазона и могла применяться в квартирах.

Для решения этой проблемы применяется преобразующая оптика 50, в значительной степени компенсирующая описанные искажения изображения.

В проекционной системе по фиг.1 угол отклонения q соответствует углу падения во входной зрачок преобразующей техники, так что угол падения обозначается в дальнейшем также q
Известны оптические системы, преобразующие угол падения q со стороны входа светового пучка в угол qʹ стороны выхода, причем Θʹ обозначает угол вылета светового пучка, выходящего из выходного зрачка к оптической оси. Для получения изображения объекта без искажений должно соблюдаться соотношение:
tanΘʹ = K·tanΘ,
где K является постоянной линзовой системы. Это соотношение называется "тангенсное условие".

При промежуточном включении преобразующей оптики 50, выполняющей тангенсное условие, для отклонения X светового пучка 40 между отклоняющим устройством и экраном 54 существует соотношение:
X = L·tanΘʹ.
Введением тангенсного условия получают:
X = L·K·tanΘ.
Отсюда следуют, что для заданного максимального отклонения X диапазон отклонения (угол Θ может уменьшаться, если K > 1. В результате этого уменьшается тангенсное искажение, т.к. q → 0 тангенс угла Θ может устанавливаться приблизительно равным углу q
Из наблюдения следует также, что искажение, вызванное тангенсной ошибкой, исчезает лишь в том случае, если величина стремится к бесконечности. Поэтому в преобразующей оптике 50, если она соответствует тангенсному условию, должна выбираться относительно большая величина для K, по меньшей мере 2 или больше. Предпочтителен значительно более высокий коэффициент K. В примере выполнения согласно фиг. 1 для преобразующей оптики 50 применялась величина для K, равная примерно 5.

Для того чтобы искажения изображения были незначительными, преобразующая оптика 50 корректируется по вышеуказанному тангенсному условию без искажений. Исполнение такой оптической системы осуществляется в основном обычным для специалиста способом с помощью вычислительных программ.

На фиг.2 показана линзовая система, состоящая из двух двояковыпуклых линз 80 и 82, которая представляет принцип формирования изображения для введения преобразующей оптики 50, откорректированной без искажений по тангенсному условию. Для наглядного пояснения принципа в фокусе в пространстве предметов установлен входной зрачок 68. Обе двояковыпуклые линзы 80 и 82 имеют между собой расстояние, при котором фокус в пространстве предметов двояковыпуклой линзы 82 совпадает с фокусом в пространстве изображений двояковыпуклой линзы 80. Световой пучок 64, проходящий вдоль оптической оси, фокусируется в фокусе в пространстве изображений линзы 80 и, так как этот фокус совпадает с фокусом в пространстве изображений другой двояковыпуклой линзы 82, проходит дальше в виде параллельного луча 64' Если фокусное расстояние второй двояковыпуклой линзы 82 меньше, чем фокусное расстояние двояковыпуклой линзы 80, то ширина луча B' выходящего светового пучка 64' становится уже или меньше, чем ширина луча B падающего светового пучка 64, а именно, на фактор F₂/F₁ причем F₁ обозначает фокусное расстояние первой двояковыпуклой линзы 80 и F₂ обозначает фокусное расстояние второй двояковыпуклой линзы 82.

Подобные условия относятся к падающему под углом q световому пучку 66, который также фокусируется в фокальной плоскости, и выходит из второй двояковыпуклой линзы 82 также в виде параллельного светового пучка 66' На фиг.2 ясно видно, что постоянная для тангенсного условия в этом примере также представлена через соотношение фокусных расстояний:
K F₁/F₂
В представленной линзовой системе световой пучок, падающий в входной зрачок 68, фокусируется в плоскости промежуточного изображения (ППИ), причем угол q светового пучка с математической точки зрения, преобразуется с помощью первой двояковыпуклой линзы 80 на расстоянии (от оптической оси) в плоскости промежуточного изображения (ППИ). Через вторую двояковыпуклую линзу 82 расстояние снова преобразуется в угол qʹ
На фиг. 2 представлены принципиальные физические данные при двухступенчатом изображении. Из них нельзя еще получить никаких данных по моно- и полихроматическим искажениям изображения. Однако, если двояковыпуклые линзы 80 и 82 заменяются двумя оптическими многолинзовыми ступенями, искажения изображения могут быть выровнены обычным способом. При установке преобразующей оптики согласно фиг.1 обнаружилось, что принцип формирования изображения хорошо подходит для компенсации моно- и полихроматических искажений изображения.

На фиг. 3 показан другой вариант выполнения системы, имеющий свойства, как у системы согласно фиг. 2. Двояковыпуклая линза 82 заменена здесь в отличие от фиг. 2 на двояковогнутую линзу 83, фокус которой в пространстве изображений совпадает с фокусом в пространстве изображений двояковыпуклой линзы 80. Далее обнаруживаются подобные соотношения, как на фиг.2, причем плоскость промежуточного изображения (ППИ) находится вне обеих линз 80, 83 и в плоскости промежуточного изображения имеется только мнимое изображение.

Как видно по ходу луча 66, 66' угол выхода светового пучка относительно оптической оси также увеличивается по сравнению с углом входа. Если в этом упрощенном примере линзы 80, 83 также заменяются оптическими ступенями, то моно- или полихроматические искажения изображения могут компенсироваться внутри отдельных ступеней или интегрально по всей оптике.

На фиг. 4 показана линзовая система с входным зрачком 104 и выходным зрачком 106, которая функционирует по принципам, рассмотренным в описании к фиг. 2. Линзовая система состоит из двух оптических ступеней 90 и 92 с плоскостью 94 промежуточного изображения. При этом первая оптическая ступень 90 имеет фокус 96 и фокус 98 в пространстве изображений и вторая оптическая ступень 92 имеет фокус 100 в пространстве предметов и фокус 102 в пространстве изображений (фиг.4). В представленном примере выполнения первая оптическая ступень 90 имеет фокусное расстояние 42,88 мм и вторая оптическая ступень 92 имеет фокусное расстояние 8,42 мм.

При этом входной зрачок 104 удален на расстояние 5 мм от фокуса 96 в пространстве предметов первой оптической ступени 90. Вследствие этого воспроизводятся в основном соотношения примера по фиг.2. Плоскость промежуточного изображения 94 находится в фокусе 98 в пространстве изображений первой оптической ступени 90: ее расстояние от фокуса 100 в пространстве предметов второй оптической ступени 92 составляет только 0,08 мм. Также выходной зрачок 106 находится вблизи фокуса 102 в пространстве изображений второй оптической ступени 92.

На фиг. 4 также представлен ход двух световых пучков 64 и 66 через двухступенчатую систему. Как уже показано на фиг.2, световые пучки 64, 66 фокусируются в плоскости промежуточного изображения 94 с помощью первой оптической ступени 90, причем в зависимости от угла падения светового пучка 66 образуется соответствующая точка изображения проходящего светового пучка в плоскости 94 промежуточного изображения. Эта сфокусированная в плоскости 94 промежуточного изображения точка изображения преобразуется затем через вторую оптическую ступень 92 в проекционной плоскости, причем угол отражения больше угла падения.

Плоскость 94 промежуточного изображения (ППИ) находится в этом примере между вершинами линз первой оптической ступени 90 и второй оптической ступени 92. Если бы обе оптические ступени 90 и 92 были бы выполнены таким образом, чтобы фокусное расстояние в пространстве изображений первой оптической ступени 90 находилось внутри тела (материала) линзы одной из обеих ступеней, то невозможно было бы обеспечить резкое изображения в плоскости промежуточного изображения (ППИ) из-за неоднородности в материале линзы или пыли на поверхности линзы. Благодаря тому, что плоскость промежуточного изображения (ППИ) размещена в воздушном пространстве между обеими оптическими ступенями 90 и 92, устраняются такие искаженные изображения, которые через вторую ступень 92 переходят также на изображение на экран 54 (фиг. 1).

Из фиг. 4 следует также, как уже рассматривалось на примере фиг. 2, что выходящий приблизительно параллельный пучок 108 лучей имеет значительно меньшую ширину луча, чем падающий луч 66, следовательно, уже, чем последний. Так как фокусное расстояние первой ступени составляет 42,88 мм и второй ступени 8,42 мм, тем самым величина константы К в тангенсном условии больше чем 5, можно уменьшить с помощью этой преобразующей оптики для одинаковых углов Θ расстояние до экрана примерно в 5 раз при одновременном увеличении ширины луча светового пучка, появляющегося на экране, по сравнению с поступающим на преобразование световым пучком в 5 раз.

Линзовая система по фиг. 4 еще раз представлена на фиг. 5 более подробно, причем указаны также главная плоскость H₁ в пространстве предметов и главная плоскость в пространстве изображений первой оптической ступени 90, а также представлены главная плоскость H₂ в пространстве предметов и главная плоскость в пространстве изображений второй оптической ступени 92. Буквой H обозначена главная плоскость в пространстве предметов всей преобразующей оптики 50.

При этом положение главной плоскости H в масштабе не указывается, более того, в практическом исполнении преобразующей оптики согласно фиг.6 главная плоскость H удалена от главной плоскости H₁ первой оптической ступени на несколько метров.

Входной зрачок 104 расположен не очень далеко от фокуса 96 в пространстве предметов первой ступени, а именно между ним и главной плоскостью Н всей преобразующей оптики 50, при этом их соотношения подобны соотношениям по фиг. 2. Расстояние между фокусом 98 в пространстве изображений первой оптической ступени 90 и фокусом 100 в пространстве предметов второй оптической ступени 92 для осуществления принципа, представленного на фиг. 2, мало и составляет 1 мм.

На фиг.5 отдельные поверхности линз снабжены ссылочными позициями от 111 до 138. Физические размеры преобразующей оптики 50 согласно фиг.5 указаны в таблице. D обозначает в таблице расстояние между обеими соответственно указанными плоскостями (измерено по оптической оси), N обозначает показатель преломления и выведенное из среднего показателя преломления и средней дисперсии число Аббе. Если в таблице указан индекс преломления 1, то имеется в виду промежуточное пространство между линзами.

На фиг.6 показана проекционная система 140, сконструированная по принципу примера выполнения согласно фиг.1 с описанной преобразующей оптикой 50. Наряду с уже описанными компонентами в проекционной системе 140 предусмотрены также устройства 142 и 144, не представленные отдельно, содержащие электронику, необходимую для создания видеоизображения. Проекционная система 140 имеет изображение по диагонали 200 см, причем высота h прибора до середины экрана составляет 1,5 м и ширина прибора составляет только 60 см. Эта незначительная ширина прибора по сравнению с величиной изображения может быть объяснена используемой преобразующей оптикой 50, а также зеркалом, которое также увеличивает расстояние луча от экрана до отклоняющего устройства. При этом преобразующая оптика укорачивает длину между отклоняющим устройством и экраном (как описано ранее) в 5 раз. Это значит, что в примере по фиг. 6 без применения предложенной в изобретении преобразующей оптики 50 должна быть предусмотрена оптическая длина пути более чем 5 м для получения большого изображения.

Наряду с вышеуказанными размерами необходимо иметь в виду, что проекционная система 140 дополнительно к уменьшению длины обеспечивается также еще лучшей фокусировкой, как это представлено, например, на фиг.2, что является дополнительным преимуществом, которое недостижимо известными системами.

Для дальнейшего улучшения могут подключаться также несколько таких преобразующих оптических систем 50 друг за другом, причем соответственно две ступени с одним коэффициентом относительно их фокусных расстояний способствуют тангенсному соотношению. Однако также является возможным обеспечить одну единственную преобразующую оптику 50 более чем двумя ступенями, причем число использованных ступеней не должно быть четным.

Формула изобретения

1. Проекционная система для проецирования видеоизображения, построенного из точек изображения, на экран с помощью по меньшей мере одного, направляющего пучок световых лучей, изменяемого по своей интенсивности источника света и отклоняющего устройства, отклоняющего пучок световых лучей для освещения точек изображения на экране, отличающаяся тем, что между отклоняющим устройством и экраном расположена одна по меньшей мере двухступенчатая преобразующая оптика, откорректированная по тангенсному условию без искажений.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что между преобразующей оптикой и экраном расположена полевая линза.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что полевая линза является линзой Френеля.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что изображение отклоняющего устройства, полученное через преобразующую оптику, находится в фокусе линзы Френеля или на расстоянии ± 20% величины фокусного расстояния линзы Френеля от ее фокуса.

5. Система по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что линза Френеля имеет плоскую поверхность, обращенную к преобразующей оптике.

6. Система по одному из пп.1 5 с главной плоскостью в пространстве предметов, относящейся к преобразующей оптике, отличающаяся тем, что отклоняющее устройство расположено между главной плоскостью в пространстве предметов преобразующей оптики и первой вершиной линзы в пространстве предметов преобразующей оптики.

7. Преобразующая оптика, в частности, для применения в проекционной системе по одному из пп.1 6, отличающаяся тем, что она включает по меньшей мере две оптические ступени, причем первая оптическая ступень создает плоскость промежуточного изображения, которая через следующую оптическую ступень изображается на экране.

8. Оптика по п.7, отличающаяся тем, что плоскость промежуточного изображения при параллельном падении света имеет фокус в пространстве изображений первой оптической ступени.

9. Оптика по п.7 или 8, отличающаяся тем, что вторая оптическая ступень имеет фокусное расстояние, которое меньше половины фокусного расстояния первой оптической ступени.

10. Оптика по п. 9, отличающаяся тем, что фокусное расстояние второй оптической ступени меньше 1/5 фокусного расстояния первой оптической ступени.

11. Оптика по одному из пп.7 10 с главной плоскостью в пространстве предметов и фокусом в пространстве предметов первой оптической ступени, отличающаяся тем, что главная плоскость в пространстве предметов преобразующей оптики находится вне первой вершины линзы.

12. Оптика по одному из пп.7 11, отличающаяся тем, что первая оптическая ступень и вторая оптическая ступень состоят из многолинзовых систем.

13. Оптика по одному из пп.7 12 с плоскостями промежуточных изображений между отдельными оптическими ступенями, отличающаяся тем, что каждая плоскость промежуточного изображения находится между последней вершиной линзы оптической ступени и первой вершиной линзы следующей оптической ступени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7