-
Gebiet der Erfindung
-
Das Gebiet der Erfindung liegt im Bereich polarisations- und farbselektiver Strahlenteilerschichten. Insbesondere betrifft es parallele polarisationskodierte Stereo-Bildanzeigesysteme, die mit solchen Strahlenteilerschichten sechs Bildstrahlen in eine gemeinsame optische Achse addieren. Während bisherige Systeme ein ”dual-engine”-Anordnung anwenden, verwendet das vorliegende 3-paarige Additions-Verfahren eine ”triple-engine”-Anordnung.
-
Diskussion des Stands der Technik
-
Polarisationskodierte 6-Kanal-Stereobildanzeigen, bei denen alle sechs Kanäle in einer optischen Ausgangsachse ausstrahlen, weisen im Stand der Technik zwei Farb-Additions-Systeme und ein Polarisations-Additions-System auf. Da jedes Stereo-Halbbild mit einer eigenen Bilderzeugungs- und Farbadditionsstufe aufgebaut ist, spricht man auch von der Verdopplung der Bildgebereinheit (englisch: ”dual-engine”). Zuerst werden die drei Farben jedes Halbbildes mit je einem der Farb-Additions-Systeme gebündelt und anschließend mit dem Polarisations-Additions-System in eine gemeinsame Achse addiert (
). Dieses Verfahren wird bei allen Typen von räumlichen Lichtmodulatoren eingesetzt (z. B. Baur et al.,
US5028121 ; Gibbon et al.,
US20030020809 für reflexive Flüssigkristallanzeigen; Bausenwein et al.,
US20050141076 für Micro-Elektro-Mechanisches-System MOEMS-Anzeigen; Jung, Jin Ho,
KR1020100021106 für transmissive Flüssigkristall-Anzeigen).
-
Überblick über die Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet dagegen für jede der drei Farben eine eigene Additions-Einheit ( ). In Analogie zur Verdopplung der Additions-Einheiten kann man daher von einer Verdreifachung sprechen (”triple-engine”). Die sechs Lichtstrahlen werden zunächst von den sechs räumlichen Lichtmodulatoren M1, M2, M3, M4, M5, M6 zu sechs Bildstrahlen moduliert. Je zwei Bildstrahlen liegen in einer S-polarisierten und in einer P-polarisierten Form einer Farbe vor und werden mit je einem der drei Polarisations-Additions-Systeme (PAD1, PAD2, PAD3) zu drei verschiedenfarbigen Bildstrahlen-Paaren vereint, wobei jedes Bildstrahlen-Paar zwei Bildstrahlen mit gleicher Farbe und komplementärer Polarisation enthält.
-
Der Gewinn dieses neuen 3-paarigen Additionsverfahrens wird bei der Anwendung des Verfahrens in Stereo-Bildanzeigen sichtbar (
–
).
zeigt eine polarisationskodierte 6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit sechs transmissiven Flüssigkristallanzeigen als räumlichen Lichtmodulatoren. Die drei Polarisations-Additions-Systeme können hier einfache Polarisationsstrahlenteiler sein, die entweder nach dem Brewster-Prinzip arbeiten oder noch einfacher als Drahtgitter-polarisatoren ausgeführt sind. Als Farb-Additions-System wird hier ein vom Stand der Technik als Standardbauteil bekannter Farbteilerwürfel (englisch: ”color-cube”) verwendet, der mit zwei sich kreuzenden dichroitischen Schichten in Langpass- und Kurzpass-Ausführung realisiert ist. Der Langpass reflektiert nur die blauen kurzen Wellenlängen und lässt die längerwelligen grünen und roten Lichtstrahlen transmittieren. Der Kurzpass reflektiert nur die roten (grösseren) Wellenlängen und lässt die kürzerwelligen grünen und blauen Lichtstrahlen transmittieren. Allerdings weist dieses Farb-Kreuz verschiedene Transmissions-Reflexions-Charakteristiken für S-polarisiertes und P-polarisiertes Licht auf (Kwok et.al,
US6561652 ). Die Reflexions-Kennlinie der Langpass-Schicht, welche blaues Licht reflektiert, liegt für P-polarisiertes Licht bei deutlich kürzeren Wellenlängen als für S-polarisiertes. Dies bewirkt, dass vom blauen Bildstrahlen-Paar in der gemeinsamen An-Achse nur das kürzerwellige blaue P-Licht enthalten ist, während das längerwellige blaue P-Licht bereits in den gegenüberliegenden Quadranten transmittiert. Das blaue S-Licht dagegen reflektiert nahezu vollständig an der Langpass-Schicht. Diese unerwünschte Sensitivität des Langpasses führt auch bei der Transmission des grünen Bildstrahlen-Paares zu einer Ungleichbehandlung von S- und P-Licht. Während grünes P-Licht nahezu vollständig die Langpass-Schicht transmittieren kann, wird ein großer Teil des kürzerwelligen grünen S-Lichts reflektiert und erreicht nicht die gemeinsame An-Achse.
-
Der S-Farbraum besitzt also gegenüber dem P-Farbraum zusätzlich ein längerwelliges Blau. Der P-Farbraum besitzt gegenüber dem S-Farbraum zusätzlich ein kürzerwelliges Grün. Diese verschiedenen Farbräume können durch ein geeignetes Farbkorrekturverfahren angeglichen werden. Ähnliche Korrekturen sind z. B. bei farbkodierten Stereo-Bildanzeigen mit Multipassfiltern beschrieben (dynacolor infitec+; www.barco.com).
-
Die unerwünschten polarisationsabhängigen Farbverschiebungen liegen vor allem in dem großen Einstrahlwinkel von 45 Grad auf die dichroitische Farbteilerschicht begründet. Die unerwünschten Effekte werden mit kleineren Winkeln drastisch reduziert (Kwok et al.,
US6561652 ); sie sind bei einem Einstrahlwinkel von 16 Grad praktisch nicht mehr vorhanden. Kwok beschreibt ein solches verbessertes Farb-Additons-System mit zwei nicht gekreuzten dichroitischen Schichten (und zwei totalinternen Reflexionsflächen). Wo sinnvoll, werden auch von uns bevorzugt kleinere Einstrahlwinkel auf die dichroitischen Farbteilerschichten für das 3-paarige Additions-Verfahren verwendet (
–
). Das Verfahren entfaltet seine volle Stärke erst durch Farb-Additions-Systeme, die geringe oder keine Diskriminationseffekte für verschieden linear polarisiertes Licht haben. Wie
,
zeigen, kann anstelle eines einfachen Polarisations-Strahlenteilers auch der vom Stand der Technik bekannte Kreuzpolarisator (Mayer & Bausenwein,
US7929208 ) sehr gewinnbringend für die drei benötigten Polarisations-Additions-Systeme eingesetzt werden.
-
Durch das 3-paarige Additionsverfahren können polarisationskodierte 3-farbige 6-Kanal-Stereo-Bildanzeigen mit nur einem polarisationsunempfindlichen Farbadditionssystem hergestellt werden, wodurch kompaktere, effizientere und kostengünstigere Lösungen hoher Qualität möglich werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Additions-Schema für 6-Kanal-Stereo-Bildanzeigen nach dem Stand der Technik
-
3-paariges Additions-Schema für 6-Kanal-Stereo-Bildanzeigen
-
6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit 3-paarigem Additions-Schema und transmissiven Bildmodulatoren
-
6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit 3-paarigem Additions-Schema und reflektiven MOEMS-Bildmodulatoren
-
6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit 3-paarigem Additions-Schema und reflektiven Flüssigkristall-Bildmodulatoren
-
6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit 3-paarigem Additions-Schema und reflektiven MOEMS-Bildmodulatoren mit drei Eingangsstrahlen und 6 Wellenlängen-Plättchen
-
Bezugszeichenliste
-
Für die Abbildungen wurde eine gemeinsame Nomenklatur gewählt. Aus Gründen der Anschaulichkeit und leichteren Lesbarkeit wurden einsichtige Buchstabenbezeichner anstelle reiner Bezifferung gewählt.
- FAD1
- erstes Farb-Additions-System
- FAD2
- zweites Farb-Additions-System
- PAD1
- erstes Polarisations-Additions-System
- PAD2
- zweites Polarisations-Additions-System
- PAD3
- drittes Polarisations-Additions-System
- PBX
- Kreuzpolarisator
- TPA
- Drei-Prismen-Anordnung (trichroic prism assembly)
- D1, D2
- dichroitische Schichten in Langpass- und Kurzpass-Ausführung
- T1, T2
- erste und zweite Fläche mit totaler interner Reflexion im TPA
- L1–L6
- sechs Lichtstrahlen
- M1–6
- sechs räumliche Lichtmodulatoren
- R, G, B
- Lichtstrahlen mit spektralen Anteilen in rot, grün und blau
- s, p
- Indizes für S- und P-polarisiertes Licht
- 1/4
- Viertelwellenlängen-Verzögerungs-Plättchen
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
Additions-Schema nach dem Stand der Technik für 6-Kanal-Stereo-Bildanzeigen. Je drei der von sechs räumlichen Lichtmodulatoren M1–6 erzeugten Bildstrahlen werden von je einem Farb-Additions-System (FAD1, FAD2) zu zwei Bildstrahlen-Triplets vereint. Jedes der beiden Bildstrahlen-Triplets enthält ein komplettes Halbbild mit allen drei Grundfarben in einer der beiden Polarisationen. Die beiden komplementär polarisierten Bildstrahlen-Triplets werden von einem Polarisations-Additions-System (PAD1) vereint.
-
zeigt ein 3-paariges Additions-Schema für 6-Kanal-Bildanzeigen nach unserer Erfindung. Je zwei der von den sechs räumlichen Lichtmodulatoren M1–6 erzeugten Bildstrahlen (Rp, RS, Gp, Gs, Bp, Bs) werden von je einem Polarisations-Additions-System (PAD1, PAD2, PAD3) zu insgesamt drei Bildstrahlen-Paaren (RpRs, GpGs, BpBs) vereint. Jedes der drei Bildstrahlen-Paare enthält nur eine der drei Grundfarben in beiden komplementären Polarisationen. Die drei Bildstrahlen-Paare werden von einem Farb-Additions-System (FAD1) vereint.
-
zeigt die Bildgebereinheit einer polarisationskodierten 3-farbigen 6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit transmissiven Flüssigkristallanzeigen als räumliche Lichtmodulatoren, welche nach dem 3-paarigen Additions-Schema aufgebaut ist. Die von den sechs räumlichen Lichtmodulatoren M1–6 modulierten Bildstrahlen (Rs, Rp, Gs, Gp, Ba, Bp) werden von drei Polarisations-Additions-Systemen (PAD1, PAD2, PAD3) zu drei Bildstrahlen-Paaren Rot S-, P-polarisiert (RsRp), Grün S-, P-polarisiert (GsGp) und Blau S-, P-polarisiert (BsBp) vereint. Ein Farb-Additions-System (FAD1, beispielhaft ist ein Farbteilerwürfel gezeigt) wird zur Strahlenvereinigung der drei Bildstrahlen-Paare verwendet.
-
zeigt die Bildgebereinheit einer polarisationskodierten 3-farbigen 6-Kanal-Stereo-Bildanzeige, in der reflexive arbeitende Mikro-Opto-Elektro-Mechanische-Systeme (MOEMS) als räumliche Lichtmodulatoren eingesetzt sind. Auch diese Anzeige ist nach einem 3-paarigen Additions-Schema aufgebaut. Die drei Polarisations-Additions-Systeme (PAD1–3) des Schemas werden durch drei Kreuzpolarisatoren (PBX) realisiert. Das Farb-Additions-System (FAD1) ist eine aus dem Stand der Technik bekannte trichroische-Prismen-Anordnung (TPA). Die Einstrahlung eines Lichtstrahls (RGB), der die drei Grundfarben enthält, ist zur Veranschaulichung des Strahlengangs beispielhaft von unten kommend in der unten gezeigten Seitenansicht gezeigt. Das Farb-Additions-System (TPA) verfügt über zwei dichroitische Schichten (D1, D2) und zwei Flächen mit totaler interner Reflexion (T1, T2) und wird sowohl zur Strahlen-Teilung als auch zur Strahlen-Vereinigung verwendet. Die drei in die Grundfarben geteilten Lichtstrahlen strahlen jeweils auf einen Kreuzpolarisator, der den jeweiligen arbstrahl in zwei Strahlen mit komplementärer Polarisation (P, S) teilt. Die von den sechs Lichtmodulatoren M1–M6 räumlich modulierten An-Strahlen (Rs, Rp, Gs, Gp, Bs, Bp) werden von den drei als Polarisations-Additions-Systemen (PAD1–3) wirkenden Kreuzpolarisatoren (PBX) und vom Farb-Additions-System (FAD1) zu einem gemeinsamen Bildstrahl aller Kanäle (RsRpGsGpBsBp) addiert.
-
zeigt eine polarisationskodierte 6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit sechs reflexiven Flüssigkristallanzeigen (LCoS) als räumlichen Lichtmodulatoren, das mit dem erfindungsgemäßen 3-paarigen Additions-Schema arbeitet. Im Gegensatz zu erfolgt die Einstrahlung durch drei Lichtstrahlen R, G, B nicht über das Farb-Addier-System (FAD1), sondern direkt in die Polarisationssysteme (PAD1–3), welche in dieser beispielhaften Verkörperung aus 2 Kreuzpolarisatoren (PBX) in der geschlossenen Ausführung (PAD2, PAD3) und einem Kreuzpolarisator in der offenen Ausführung (PAD1) bestehen. Die 6 LCoS-Modulatoren M1–M6 drehen die Polarisation der An-Strahlen. Die Bildstrahlen werden von den Polarisations-Additions-Systemen (PAD1–3) addiert und verlassen als Bildstrahlen-Paare die Kreuzpolarisatoren im dem Einstrahlquadranten gegenüberliegenden Quadranten. Das aus den Farbteilerschichten D1 und D2 bestehende Farb-Additions-System (FAD1) wird nur zur Strahlenvereinigung verwendet. Da im Gegensatz zur Anordnung in keine Totalreflexionsflächen im Farb-Addier-System vorkommen, sind die Lauflängen der Bildstrahlen vom Modulator bis zum Projektionsobjektiv (nicht gezeigt) deutlich kürzer als in der in gezeigten Anzeige mit einem TPA als Farb-Additions-System.
-
zeigt eine polarisationskodierte 6-Kanal-Stereo-Bildanzeige mit sechs reflexiv arbeitenden Mikro-Opto-Elektro-Mechanische-Systeme (MOEMS) als räumlichen Lichtmodulatoren, welche mit dem erfindungsgemäßen 3-paarigen Additions-Schema arbeitet. Die ist entsprechend zu lesen. Die MOEMS-Modulatoren modulieren die Bildstrahlen über Strahlenlenkung und nicht über Polarisationsdrehung. Eine Arbeitsweise, die dennoch der in gezeigten mit LCoS Modulatoren entspricht, kann erreicht werden, wenn sechs Viertelwellenlängen-Verzögerungs-Plättchen (sog. Lambda-Viertel-Plättchen) eingesetzt werden. Das von den Polarisations-Additions-Systemen (PAD1–3) gespaltene linear polarisierte S- bzw. P- Licht wird dadurch vor der Bildmodulation in links- und recht-zirkular polarisiertes Licht konvertiert. Durch die Reflexion am Bildmodulator ändert sich die Drehrichtung des zirkular polarisierten Lichts. Nach der zweiten Passage durch das Viertelwellenlängen-Verzögerungs-Plättchen wird jeder der sechs Bildstrahlen in die jeweils komplementäre lineare Polarisation überführt, weshalb die drei vereinigten Bildstrahlen-Paare das Polarisations-Additions-System, das hier beispielhaft durch eine einfache Polarisationsstrahlenteilerschicht ausgeführt ist, auf der der Einstrahlung gegenüberliegenden Seite verlassen. Wie in wird das aus D1 und D2 aufgebaute Farb-Additions-System (FAD1) nur zur Strahlenvereinigung verwendet.
-
Während die Erfindung im vorliegenden Text anhand detaillierter Verkörperungen dargestellt und beschrieben wurde, sollen diese Verkörperungen als Illustration und nicht als Limitierung der Erfindung verstanden werden; Veränderung in Form und Detail können durch den Fachmann abgeleitet werden ohne dabei das Gebiet der Erfindung zu verlassen, das durch die folgenden Ansprüche definiert ist:
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5028121 [0002]
- US 20030020809 [0002]
- US 20050141076 [0002]
- KR 1020100021106 [0002]
- US 6561652 [0004, 0006]
- US 7929208 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
