DE19607510C2 - LCD-Projektor und Verfahren zum Teilen eines Lichtflusses - Google Patents
LCD-Projektor und Verfahren zum Teilen eines LichtflussesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen LCD-(Flüssigkristallanzeige)-
Projektor zum Projizieren eines Farbbildes auf einen Schirm
und ein Verfahren zum
Teilen eines mit einer Weißlichtquelle erzeugten regellos
polarisierten Lichtflusses in einem LCD-Projektor in verschiedene Lichtkomponenten
unterschiedlicher Wellenlänge und Polarisation.
Bisher hat ein Farb-LCD-Projektor eine Lichtquelle, die re
gellos polarisiertes weißes Licht abgibt. Der von der Licht
quelle abgegebene Lichtfluß wird mit mehreren dichroitischen
Spiegeln in drei Lichtflußkomponenten aufgeteilt, nämlich in
blaues, grünes und rotes Licht. Jede Lichtflußkomponente wird
durch ein LCD-Feld geleitet, das den Lichtfluß entsprechend
Bilddaten moduliert, die durch ein Videosignal bereitgestellt
werden. Die Lichtflußkomponenten werden dann wieder kombi
niert und auf einen Schirm projiziert. Eine Polarisations
platte ist zwischen der Lichtquelle und dem LCD-Feld angeord
net, um die Polarisationsrichtung des Lichtflusses, der auf
jedes LCD-Feld fällt, gleich zu machen. Durch Lichtverlust
an der Polarisationsplatte ist die auf den Schirm projizierte
Lichtmenge nur noch die Hälfte der von der Lichtquelle abge
gebenen Lichtmenge. Deshalb ist der Schirm im Vergleich zu
dem von der Lichtquelle abgegebenen Licht dunkel.
Um dieses Problem zu lösen, wurde ein LCD-Projektor vorge
schlagen, bei dem weitgehend das gesamte Licht der Licht
quelle auf den Schirm projiziert wird. Wie Fig. 1 zeigt,
fällt bei diesem Projektor der von der Lichtquelle 1 erzeugte
Lichtfluß auf einen polarisierenden Strahlenteiler. Eine P-
polarisierte Lichtkomponente fällt durch den polarisierenden
Strahlenteiler 2 auf ein LCD-Feld 3a. Ferner wird eine S-po
larisierte Lichtkomponente, die an dem polarisierenden Strah
lenteiler polarisiert wird, farblich mit dichroitischen Spie
geln 4a und 4b aufgeteilt und fällt dann auf ein rotes, ein
grünes und ein blaues LCD-Feld 3b, 3C und 3d. Die Licht
flüsse, die durch jedes LCD-Feld 3a, 3b, 3C und 3d fallen,
werden mit den durch das Videosignal bereitgestellten Bildda
ten moduliert und dann zu einem einzigen Lichtfluß mit
dichroitischen Spiegeln 5a, 5b und einem polarisierenden
Strahlenteiler 6 kombiniert. Dann wird der kombinierte Licht
fluß mit einem Projektionsobjektiv 7 auf einen Schirm 8 pro
jiziert.
Der polarisierende Strahlenteiler 2 muß eine Reflexionsei
genschaft für das S-polarisierte Licht haben, wie Fig. 2
zeigt, wo das gesamte sichtbare Licht vollständig reflektiert
wird. Dies ist nötig, wenn das durchgelassene und das reflek
tierte Licht weiß sein sollen.
Berücksichtigt man aber den Schichtaufbau bei dem polarisie
renden Strahlenteiler 2, so ist es schwierig, hier die in
Fig. 2 gezeigten idealen spektralen Reflexionseigenschaften
zu realisieren. Es ist daher möglich, daß der polarisierende
Strahlenteiler 2 nicht alles Licht innerhalb des gesamten
sichtbaren Bereichs vollständig reflektieren kann. Wenn die
S-polarisierte Lichtkomponente im sichtbaren Bereich durch
den polarisierenden Strahlenteiler 2 auf das Helligkeits-LCD-
Feld 3a fällt, so wird das P-polarisierte Licht als Lichtfluß
projiziert, bei dem helle und dunkle Bereiche umgekehrt sind.
Dadurch kann die Helligkeitsverteilung des projizierten Bil
des gestört sein.
Ferner kann der polarisierende Strahlenteiler 2 zwar ideale
spektrale Reflexionseigenschaften haben, hierzu ist jedoch
eine kostspielige und genaue Aufbau- und Herstellungstechnik
nötig, die die Herstellkosten des polarisierenden Strahlen
teilers erhöht. Daher erhöht sich dann auch der Preis für den
gesamten LCD-Projektor wesentlich.
In der US-A-5 115 305 und der Druckschrift "A polarization
transforming optics for a high-luminance LCD projector", in:
Proceedings of the SID, Vol. 32/4, 1991, Seiten 301-304, Shi
kama, S. et al. sind LCD-Projektoren beschrieben, die jeweils
mit einem Strahlenteiler arbeiten, der das aus der Lichtquel
le stammende Weißlicht in eine s- und eine p-polarisierte
Lichtkomponente aufspaltet. Dieser Strahlenteiler muß deshalb
über den gesamten Wellenlängenbereich ideale Reflexionseigen
schaften entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Charakteri
stik haben. Zum Stand der Technik wird ferner auf die JP-A-6-
222 321 und die US-A-5 321 448 verwiesen. In diesen Druck
schriften sind LCD-Projektoren beschrieben, bei denen nur die
Hälfte der von der jeweiligen Lichtquelle abgegebenen Licht
menge, nämlich entweder die s-polarisierte oder die p-
polarisierte Lichtkomponente zur Projektionsabbildung genutzt
wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen LCD-Projektor anzugeben,
der zum einen das gesamte von der Lichtquelle abgegebene
Licht ohne Verlust nutzt und zum anderen ohne einen polari
sierenden Strahlenteiler auskommt, der das von der Lichtquel
le abgegebene Weißlicht über den gesamten Wellenlängenbereich
in zwei unterschiedliche polarisierte Lichtkomponenten auf
spaltet, da an einen solchen Strahlenteiler hohe Anforderun
gen hinsichtlich seiner spektralen Reflexionseigenschaften zu
stellen sind und er deshalb vergleichsweise teuer ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa
tentanspruchs 1. Ferner ist ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 17 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildun
gen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein LCD-Projektor
vorgesehen, der einen mit einer weißen Lichtquelle regellos
polarisierten Lichtfluß abgibt und mehrere LCD-Felder zum Mo
dulieren von Lichtflüssen hat, die durch sie hindurchtreten.
Der LCD-Projektor hat auch vier Reflexionsvorrichtungen. Die
erste reflektiert einen ersten Teil des Lichtflusses mit ei
ner ersten Polarisation und einer Wellenlänge in einem ersten
vorbestimmten Bereich auf das erste LCD-Feld. Die zweite Re
flexionsvorrichtung reflektiert einen zweiten Teil des Licht
flusses, der nicht auf das erste LCD-Feld reflektiert wird,
auf das zweite LCD-Feld. Der zweite Teil des Lichtflusses hat
die erste Polarisation und eine Wellenlänge in einem zweiten
vorbestimmten Bereich. Die dritte Reflexionsvorrichtung re
flektiert einen dritten Teil des Lichtflusses, der nicht auf
das zweite LCD-Feld reflektiert wird, auf das dritte LCD-
Feld. Der dritte Teil des Lichtflusses hat die erste Polarisation
und eine Wellenlänge in einem dritten vorbestimmten
Bereich. Die vierte Reflexionsvorrichtung reflektiert einen
vierten Teil des Lichtflusses, der nicht auf das dritte LCD-
Feld reflektiert wird, auf das vierte LCD-Feld. Der vierte
Teil des Lichtflusses hat die zweite Polarisation.
Somit wird
der Lichtfluß in drei Lichtflüsse mit unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen geteilt. Ferner hat jeder der drei
Lichtflüsse dieselbe Polarisation. Durch Verwenden von vier
Reflexionsvorrichtungen mit den genannten Reflexionsspektren
können die Herstellkosten einer jeden Reflexionsvorrichtung
reduziert werden, und daher werden auch die Herstellkosten
des LCD-Projektors reduziert. Wahlweise enthält der LCD-Pro
jektor ferner drei Kombinationsvorrichtungen zum Kombinieren
der getrennten Lichtflüsse. Die erste Kombinationsvorrichtung
kombiniert den modulierten dritten Teil des Lichtflusses, der
durch das dritte LCD-Feld geleitet wird, mit dem modulierten
vierten Teil des Lichtflusses, der durch das vierte LCD-Feld
geleitet wird, zu einem ersten kombinierten Lichtfluß. Die
zweite Kombinationsvorrichtung kombiniert den modulierten
zweiten Teil des Lichtflusses, der durch das zweite LCD-Feld
geleitet wird, mit dem ersten kombinierten Lichtfluß zu einem
zweiten kombinierten Lichtfluß. Die dritte Kombinationsvor
richtung kombiniert den modulierten ersten Teil des Licht
flusses, der durch das erste LCD-Feld geleitet wird, mit dem
zweiten kombinierten Lichtfluß zu einem dritten kombinierten
Lichtfluß. Der LCD-Projektor enthält auch eine Vorrichtung
zum Projizieren des dritten kombinierten Lichtflusses auf ei
nen Schirm.
Nachdem die LCD-Felder die Lichtflüsse entsprechend Bilddaten
aus einem Videosignal moduliert haben, werden die modulierten
Lichtflüsse wieder zu einem einzigen Lichtfluß kombiniert und
dann auf den Schirm projiziert.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform enthält der vierte Re
flektor einen Spiegel zur Reflexion der vier Lichtflüsse auf
das vierte LCD-Feld.
Alternativ kann der LCD-Projektor auch einen weiteren Spiegel
zur Reflexion des modulierten vierten Teils des Lichtflusses
auf die erste Kombinationsvorrichtung enthalten, nachdem er
das vierte LCD-Feld durchlaufen hat.
Bei dem LCD-Projektor gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat der erste Teil
des Lichtflusses, der mit der ersten Reflexionsvorrichtung
reflektiert wird, eine Wellenlänge, die kürzer als ein vorbe
stimmter Bereich ist. Ähnlich hat der zweite Teil des Licht
flusses, der mit der zweiten Reflexionsvorrichtung reflek
tiert wird, eine Wellenlänge, die kürzer als eine zweite vor
bestimmte Wellenlänge ist, wobei die zweite vorbestimmte Wel
lenlänge länger als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist.
Ferner hat der dritte Teil des an der dritten Reflexionsvor
richtung reflektierten Lichtflusses eine Wellenlänge, die
länger als die zweite vorbestimmte Wellenlänge ist.
In diesem Fall ist die erste vorbestimmte Wellenlänge an der
Blau-Grün-Grenze und die zweite vorbestimmte Wellenlänge an
der Grün-Rot-Grenze. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbei
spiel enthalten die erste, die zweite und die dritte Reflexi
onsvorrichtung jeweils einen polarisierenden Strahlenteil.
Jeder polarisierende Strahlenteiler reflektiert S-polarisier
ten Lichtfluß, bei dem der elektrische Vektor senkrecht zur
Einfallsebene des ersten polarisierenden Strahlenteilers
liegt, und läßt P-polarisierten Lichtfluß durch, bei dem der
elektrische Vektor parallel zur Einfallsebene des ersten po
larisierenden Strahlenteilers liegt.
Ferner enthält jede Kombinationsvorrichtung auch einen pola
risierenden Strahlenteiler, der ein ähnliches Reflexionsspek
trum wie ein polarisierender Strahlenteiler einer entspre
chenden Reflexionsvorrichtung hat. Daher verringert sich die
Zahl unterschiedlicher polarisierender Strahlenteiler, die
zur Herstellung des LCD-Projektors erforderlich sind.
Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist die erste Re
flexionsvorrichtung so angeordnet, daß der Einfallswinkel des
Lichtflusses gleich dem Brewster-Winkel ist. Ferner sind die
zweite, die dritte und die vierte Reflexionsvorrichtung par
allel zur ersten angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein LCD-Projek
tor vorgesehen, der eine Lichtquelle für einen Lichtfluß mit
regellos polarisiertem weißen Licht sowie drei polarisierende
Strahlenteiler enthält. Der erste Strahlenteiler hat ein Re
flexionsspektrum zur Reflexion des roten oder des blauen
Lichtes des Lichtflusses mit einer ersten Polarisation. Der
Rest des Lichtflusses wird durch den ersten polarisierenden
Strahlenteiler durchgelassen. Der zweite polarisierende
Strahlenteiler hat ein Reflexionsspektrum zur Reflexion eines
Teils des von dem ersten polarisierenden Strahlenteiler
durchgelassenen Lichtflusses mit grünem Licht und der ersten
Polarisation. Ein weiterer Restteil des Lichtflusses wird
durch den zweiten polarisierenden Strahlenteiler durchgelas
sen. Der dritte polarisierende Strahlenteiler hat ein Refle
xionsspektrum zur Reflexion eines Teils des von dem zweiten
polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses
mit dem roten oder dem blauen Licht und der ersten Polarisa
tion, der nicht an dem ersten polarisierenden Strahlenteiler
reflektiert wurde. Ein dritter Restteil des Lichtflusses wird
von dem dritten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassen.
Der LCD-Projektor enthält auch drei LCD-Felder, von denen je
des eine der reflektierten Lichtkomponenten moduliert, und
ein viertes LCD-Feld zur Modulation einer Lichtkomponente mit
einer zweiten Polarisation, die durch den dritten polarisier
ten Strahlenteiler durchgelassen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren
zum Trennen eines regellos polarisierten Lichtflusses einer
weißen Lichtquelle in einem LCD-Projektor in verschiedene
Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängenbereiche und
Polarisationen vorgesehen. Dieses Verfahren enthält die in dem Patentanspruch 17 angegebenen
Schritte:
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines konventionel
len LCD-Projektors,
Fig. 2 die graphische Darstellung der Reflexionseigen
schaft eines polarisierenden Strahlenteilers das
LCD-Projektors in Fig. 1,
Fig. 3 die schematische Darstellung eines ersten Aus
führungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4A, 4B und 4C graphische Darstellungen der Reflexionseigen
schaft eines polarisierenden Strahlenteilers des
in Fig. 3 gezeigten LCD-Projektors, und
Fig. 5 die schematische Darstellung eines zweiten Aus
führungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 3 zeigt den Aufbau des optischen Systems eines ersten
Ausführungsbeispiels eines LCD-Projektors 60 nach der Erfin
dung. Dieser enthält eine Lichtquelleneinheit 10, eine pola
risierende Strahlenteilergruppe 20, vier LCD-Felder 30, 31,
32 und 33, eine polarisierende Strahlenteilergruppe 40 und
ein Projektionsobjektiv 51.
Die Lichtquelleneinheit 10 enthält eine Lichtquelle 11, z. B.
eine Xenonlampe, die regellos polarisiertes weißes Licht er
zeugt, und einen konkaven Spiegel 12 zur Reflexion des mit
der Lichtquelle 11 erzeugten Lichtflusses in einer Richtung.
Die polarisierende Strahlenteilergruppe 20 trennt den von der
Lichtquelle 10 erzeugten Lichtfluß in separate Farblichtflüs
se. Sie enthält drei polarisierende Strahlenteiler 21, 22 und
23, die jeweils als kubisches Prisma ausgebildet sind.
Drei separate S-polarisierte Lichtflüsse werden über die drei
LCD-Felder 30, 31 und 32 geleitet. S-polarisierte Lichtflüsse
werden so polarisiert, daß der elektrische Vektor senkrecht
auf der Einfallsebene steht. Jedes LCD-Feld moduliert den je
weiligen Lichtfluß so, daß das gewünschte Bild aus einer Vi
deoquelle projiziert werden kann. Ein P-polarisierter Licht
fluß, der durch den polarisierenden Strahlenteiler 21 fällt,
wird auf ein Helligkeits-LCD-Feld 33 geleitet. P-polarisier
ter Lichtfluß ist so polarisiert, daß der elektrische Vektor
parallel zur Einfallsebene steht.
Nachdem die drei S-polarisierten Lichtflüsse und der P-pola
risierte Lichtfluß mit den LCD-Feldern 30, 31, 32 und 33 jeweils
moduliert sind, werden sie mit der polarisierenden
Strahlenteilergruppe 40 wieder zu einem einzigen Lichtfluß
kombiniert. Dieser fällt dann auf das Projektionsobjektiv 51,
welches das Farbbild auf einen Schirm 50 projiziert.
Die polarisierende Strahlenteilergruppe 20, die LCD-Felder 30
bis 34 und die polarisierende Strahlenteilergruppe 40 werden
im folgenden noch eingehender erläutert.
Wie vorstehend bemerkt, enthält die polarisierende Strahlen
teilergruppe 20 die polarisierenden Strahlenteiler 21 bis 23.
Der polarisierende Strahlenteiler 21 reflektiert die S-pola
risierten Lichtkomponenten, deren Wellenlänge kürzer als die
blau-grüne Wellenlänge λ1 ist. Diese Wellenlänge grenzt die
blaue Lichtkomponente von der grünen Lichtkomponente ab. Bei
dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist λ1 etwa 500 nm.
Der polarisierende Strahlenteiler 22 reflektiert die S-pola
risierten Lichtkomponenten, deren Wellenlänge kürzer als die
Rot-Grün-Wellenlänge λ2 ist. Diese grenzt die grüne von der
roten Lichtkomponente ab. Bei dem vorzugsweises Ausführungs
beispiel ist λ2 etwa 600 nm.
Der polarisierende Strahlenteiler 23 reflektiert das S-pola
risierte Licht, welches, von der Lichtquelle her gesehen,
nacheinander durch die polarisierenden Strahlenteiler 21 und
22 geleitet wird.
Die Reflexionsspektren der polarisierenden Strahlenteiler 21,
22, 23 sind in Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt. Wie Fig. 4A
zeigt, fällt der mit der Lichtquelle 10 erzeugte Lichtfluß
auf den polarisierenden Strahlenteiler 21, und das S-polari
sierte Licht hat eine Wellenlänge entsprechend blauem Licht
und wird reflektiert. Das S-polarisierte Licht entsprechend
dem grünen und dem roten Anteil sowie P-polarisiertes Licht
werden vom polarisierenden Strahlenteiler 21 jeweils durchge
lassen und fallen auf den polarisierenden Strahlenteiler 22.
Wie Fig. 4B zeigt, wird das dem grünen Licht entsprechende S
polarisierte Licht an dem polarisierenden Strahlenteiler 22
reflektiert. Das dem roten entsprechende S-polarisierte Licht
sowie das P-polarisierte Licht werden von dem polarisierenden
Strahlenteiler 22 jedoch durchgelassen und fallen auf den po
larisierenden Strahlenteiler 23.
Wie Fig. 4C zeigt, wird das dem roten entsprechende S-polari
sierte Licht an dem polarisierenden Strahlenteiler 23 reflek
tiert. Das P-polarisierte Licht wird jedoch durchgelassen und
fällt auf den Spiegel 24.
Ferner ändert sich die Durchlässigkeit für das P-polarisierte
Licht bei den polarisierenden Strahlenteilern 21, 22 und 23
nicht mit der Wellenlänge des P-polarisierten Lichts. Daher
kann das gesamte sichtbare Licht durchgelassen werden. Wenn
ferner der Einfallswinkel des Lichtflusses mit Bezug auf die
Polarisationsfläche dem Brewster-Winkel nahekommt, ist es
leichter, die polarisierende Trennfläche mit maximaler Pola
risations-Trenneigenschaft zu realisieren.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein kubisches Prisma
als polarisierender Strahlenteiler verwendet, und deshalb ist
der Brechungsindex des Mediums in der Umgebung des polarisie
renden Teilungsfilters weitgehend gleich, und der Brewster-
Winkel beträgt etwa 45°. Daher ist der LCD-Projektor so auf
gebaut, daß der Lichtfluß in die polarisierende Teilungsflä
che unter einem Winkel von 45° eintritt.
Die LCD-Felder 30 bis 32 modulieren den jeweiligen Lichtfluß
mit Bilddaten aus einem Videosignal. Das LCD-Feld 30 modul
iert den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend dem blauen
Licht, der an dem polarisierenden Strahlenteiler 21 reflek
tiert wurde. Ähnlich moduliert das LCD-Feld 31 den S-polari
sierten Lichtfluß entsprechend dem grünen Licht, der an dem
polarisierenden Strahlenteiler 22 reflektiert wurde. Ferner
moduliert das LCD-Feld 32 den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend
dem roten Licht, das an dem polarisierenden Strah
lenteiler 23 reflektiert wurde. Das Helligkeits-LCD-Feld 33
moduliert das P-polarisierte Licht, das an dem Spiegel 24
reflektiert wird. Die LCD-Felder 30 bis 33 sind so angeord
net, daß sie zu dem Projektionsobjektiv 51 übereinstimmende
optische Weglänge haben. Die polarisierende Strahlenteiler
gruppe 41 hat einen ähnlichen Aufbau wie die polarisierende
Strahlenteilergruppe 20. Deshalb reflektiert der polarisie
rende Strahlenteiler 43 den S-polarisierten Lichtfluß ent
sprechend blauem Licht, der polarisierende Strahlenteiler 42
reflektiert den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend grünem
Licht und der polarisierende Strahlenteiler 43 reflektiert
den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend rotem Licht.
Der P-polarisierte Lichtfluß entsprechend der Helligkeit wird
mit dem Spiegel 40 reflektiert und durch die polarisierenden
Strahlenteiler 41, 42 und 43 geleitet, um mit den S-polari
sierten Lichtflüssen des blauen, grünen und roten Lichtes
kombiniert zu werden. Der kombinierte Lichtfluß wird mit dem
Projektionsobjektiv 51 auf den Schirm 50 projiziert.
Wie vorstehend beschrieben, wird in einem LCD-Projektor 60
beschriebener Art praktisch der gesamte Lichtfluß auf den
Schirm projiziert. Somit entsteht dort ein helles Bild. Fer
ner reicht die Helligkeit des Bildes aus, um ein sichtbares
Bild auf dem Schirm zu erzeugen, auch wenn der umgebende Raum
hell erleuchtet ist.
Die folgende Tabelle zeigt die Reflexionsspektren der polari
sierenden Strahlenteiler. W1, W2 und W3 sind die Wellenlän
genbereiche des S-polarisierten Lichtes, das an den polari
sierenden Strahlenteilern 21, 22 und 23 reflektiert wird.
Beim dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
wird die Kombination (1) verwendet. Es können jedoch auch die
Kombinationen (2) bis (4) angewendet werden.
Es ist möglich, den polarisierenden Strahlenteiler 22, der
den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend grünem Licht re
flektiert, der Lichtquelleneinheit 10 am nächsten anzuordnen.
In diesem Fall muß die Bandbreite des Reflexionsspektrums des
polarisierenden Strahlenteilers 22 nur den Lichtfluß mit ei
ner Wellenlänge zwischen der blaugrünen Wellenlänge λ1 und
der rot-grünen Wellenlänge λ2 reflektieren. Es ist jedoch
schwierig und kostspielig, dieses Reflexionsspektrum nach
Dünnfilmtechnologie zu realisieren. Deshalb ist in diesem
Ausführungsbeispiel der Strahlenteiler, welcher den Lichtfluß
entsprechend blauem Licht reflektiert oder der Strahlentei
ler, der den Lichtfluß entsprechend rotem Licht reflektiert,
d. h. ein polarisierender Strahlenteiler, der Licht außerhalb
des Bereichs zwischen λ1 und λ2 reflektiert, der Lichtquelle
neinheit 10 am nächsten angeordnet.
Der Grund besteht darin, daß die Reflexion des Lichtflusses
entsprechend dem blauem Licht nur für Wellenlängen nahe λ1
genau bemessen sein muß. Ähnlich erfordert die Reflexion des
Lichtflusses entsprechend dem roten Licht nur die genaue Be
messung des Reflexionsspektrums für Wellenlängen nahe λ2.
Ferner wird durch Anordnen des polarisierenden Strahlentei
lers 21 oder 23 zum Reflektieren des Lichtflusses entspre
chend blauem oder rotem Licht nahe der Lichtquelleneinheit
erreicht, daß der polarisierende Strahlenteiler 22 den ande
ren der beiden Lichtflüsse (d. h. grün und rot oder blau und
grün) teilen muß. Deshalb muß das Reflexionsspektrum des polarisierenden
Strahlenteilers 22 nur genau zur Filterung von
Licht bemessen sein, das entweder der Rot-Grün-Wellenlänge λ1
oder der Blau-Grün-Wellenlänge λ2, nicht aber beiden Wellen
längen λ1 und λ2 nahekommt.
Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem ersten Ausführungs
beispiel des LCD-Projektors die Reflexionsspektren eines je
den polarisierenden Strahlenteilers so bemessen, daß jeder
das gesamte Licht mit einer Wellenlänge reflektiert, die kür
zer als ein vorbestimmter Wert ist (d. h. λ1 oder λ2). Ein
solcher polarisierender Strahlenteiler kann in verfügbarer
Herstelltechnologie und Schichtaufbau leichter hergestellt
werden.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau des optischen Systems ei
nes LCD-Projektors 160 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
Hier wird ein flacher polarisierender Strahlenteiler anstelle
des kubischen Prismas des ersten Ausführungsbeispiels verwen
det.
Der LCD-Projektor 160 ist ähnlich dem LCD-Projektor 60 aufge
baut, weshalb gleichartige Teile übereinstimmende Bezugszei
chen haben.
Das regellos polarisierte weiße Licht der Lichtquelleneinheit
10 wird farblich mit der polarisierenden Strahlenteilergruppe
120 in drei separate S-polarisierte Lichtflüsse geteilt
(entsprechend den Wellenlängen im blauen, grünen und roten
Bereich), und in einen P-polarisierten Lichtfluß entsprechend
der Helligkeit. Die drei S-polarisierten Lichtflüsse werden
mit der Bildinformation moduliert, wozu die LCD-Felder 30 bis
32 dienen. Der P-polarisierte Lichtfluß wird an dem Spiegel
124 reflektiert und dann mit dem LCD-Feld 33 moduliert. Die
modulierten Lichtflüsse werden dann wieder zu einem einzigen
Lichtfluß in der polarisierenden Strahlenteilergruppe 140
kombiniert und mit dem Projektionsobjektiv 51 auf den Schirm
50 projiziert.
Im folgenden werden die Strahlenteilergruppen 120 und 140
eingehender beschrieben.
Die polarisierende Strahlenteilergruppe 120 enthält die pola
risierenden Strahlenteiler 121, 122 und 123. Der polarisie
rende Strahlenteiler 121 hat ein derartiges Reflexionsspek
trum, daß er S-polarisierten Lichtfluß mit einer Wellenlänge
kürzer als die blau-grüne Wellenlänge λ1 reflektiert. Der üb
rige S-polarisierte Lichtfluß und der P-polarisierte Licht
fluß werden von dem Strahlenteiler 121 durchgelassen.
Ähnlich hat der polarisierende Strahlenteiler 122 ein derar
tiges Reflexionsspektrum, daß der S-polarisierte Lichtfluß
mit einer Wellenlänge kleiner als die rot-grüne Wellenlänge λ2
reflektiert wird. Der übrige S-polarisierte Lichtfluß und
P-polarisierte Lichtfluß werden von dem polarisierenden
Strahlenteiler 122 durchgelassen.
Der polarisierende Strahlenteiler 123 hat ein derartiges Re
flexionsspektrum, daß der übrige S-polarisierte Lichtfluß re
flektiert wird, während der P-polarisierte Lichtfluß zum
Spiegel 124 durchgelassen wird. Bei Verwendung des flachen
polarisierenden Strahlenteilers ist das Verhältnis der Refle
xionsfähigkeit der Medien beiderseits der polarisierenden
Fläche etwa 1 : 1,4 bis 1 : 2,0, da das Medium vor der polarisie
renden Fläche Luft ist. Daher liegt der Brewster-Winkel im
Bereich von 55° bis 63°. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird deshalb der Einfallswinkel des Lichtflusses bei jedem
polarisierenden Strahlenteiler 121, 122 und 123 auf 60° ein
gestellt.
Die von den LCD-Feldern 30 bis 33 kommenden Lichtflüsse wer
den mit der polarisierenden Strahlenteilergruppe 140 kombi
niert. Diese enthält die polarisierenden Strahlenteiler 141,
142 und 143. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Re
flexionsspektren der polarisierenden Strahlenteiler 141, 142
und 143 ähnlich denjenigen der Strahlenteiler 121, 122 und
123.
Wie oben beschrieben können das S-polarisierte und das P-po
larisierte Licht genau getrennt werden, und es wird eine Stö
rung des zu projizierenden Bildes vermieden, indem polarisie
rende Strahlenteiler mit den beschriebenen Reflexionsspektren
verwendet werden, die leicht herstellbar sind. Ferner ist nur
ein Spiegel zur Reflexion des P-polarisierten Lichtes erfor
derlich, da sich die optischen Achsen auf der Lichtquellen
seite und der Projektionsoptikseite kreuzen. Deshalb redu
ziert sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Zahl der
für den LCD-Projektor erforderlichen Teile.
Die Erfindung ermöglicht ein effektives Projizieren des
Lichtflusses auf den Schirm, so daß ein sehr gut sichtbares
Bild entsteht. Da das optische System aus polarisierenden
Strahlenteilern mit stabilen Reflexionsspektren besteht, ist
die Möglichkeit der Störung des Bildes durch unvollständige
Polarisationstrennung nur gering, und die Kosten des gesamten
optischen Systems werden klein gehalten.
Claims (17)
1. LCD-Projektor mit einer Weißlichtquelle zur Abgabe eines regellos polari
sierten Lichtflusses, mit mehreren LCD-Feldern zur Modulation durch sie
hindurch tretender Lichtflüsse, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung
(21), die einen ersten Teil des Lichtflusses in einem ersten vorbestimmten
Wellenlängenbereich mit einer ersten Polarisation auf ein erstes LCD-Feld
(30) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt,
eine zweite Vorrichtung (22), die von dem von der ersten Vorrichtung (21) durchgelassenen Lichtfluß einen zweiten Teil in einem zweiten vorbestimm ten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein zweites LCD- Feld (31) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt,
eine dritte Vorrichtung (23), die von dem von der zweiten Vorrichtung (22) durchgelassenen Lichtfluß einen dritten Teil in einem dritten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt, und
eine vierte Vorrichtung (24), die den gesamten von der dritten Vorrichtung (23) durchgelassenen Lichtfluß, der eine zweite Polarisation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert.
eine zweite Vorrichtung (22), die von dem von der ersten Vorrichtung (21) durchgelassenen Lichtfluß einen zweiten Teil in einem zweiten vorbestimm ten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein zweites LCD- Feld (31) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt,
eine dritte Vorrichtung (23), die von dem von der zweiten Vorrichtung (22) durchgelassenen Lichtfluß einen dritten Teil in einem dritten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt, und
eine vierte Vorrichtung (24), die den gesamten von der dritten Vorrichtung (23) durchgelassenen Lichtfluß, der eine zweite Polarisation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert.
2. LCD-Projektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine erste Kombinationsvorrichtung (43) zur Kombination des modulier ten dritten Teils des Lichtflusses aus dem dritten LCD- Feld (32) mit dem modulierten vierten Teil des Lichtflus ses aus dem vierten LCD-Feld (33) zu einem ersten kombi nierten Lichtfluß,
eine zweite Kombinationsvorrichtung (42) zur Kombination des modu lierten zweiten Teils des Lichtflusses aus dem zweiten LCD-Feld (31) mit dem ersten kombinierten Lichtfluß zu einem zweiten kombinierten Lichtfluß,
eine dritte Kombinationsvorrichtung (41) zur Kombination des modu lierten ersten Teils des Lichtflusses aus dem ersten LCD- Feld (30) mit dem zweiten kombinierten Lichtfluß zu einem dritten kombinierten Lichtfluß, und
eine Vorrichtung (51) zur Projektion des dritten kombi nierten Lichtflusses auf einen Schirm (50).
eine erste Kombinationsvorrichtung (43) zur Kombination des modulier ten dritten Teils des Lichtflusses aus dem dritten LCD- Feld (32) mit dem modulierten vierten Teil des Lichtflus ses aus dem vierten LCD-Feld (33) zu einem ersten kombi nierten Lichtfluß,
eine zweite Kombinationsvorrichtung (42) zur Kombination des modu lierten zweiten Teils des Lichtflusses aus dem zweiten LCD-Feld (31) mit dem ersten kombinierten Lichtfluß zu einem zweiten kombinierten Lichtfluß,
eine dritte Kombinationsvorrichtung (41) zur Kombination des modu lierten ersten Teils des Lichtflusses aus dem ersten LCD- Feld (30) mit dem zweiten kombinierten Lichtfluß zu einem dritten kombinierten Lichtfluß, und
eine Vorrichtung (51) zur Projektion des dritten kombi nierten Lichtflusses auf einen Schirm (50).
3. LCD-Projektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die vierte Vorrichtung (24) ein Spiegel zur
Reflexion des vierten Lichtflusses auf das vierte LCD-
Feld (33) ist.
4. LCD-Projektor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen
weiteren Spiegel (44) zur Reflexion des modulierten vier
ten Teils des Lichtflusses aus dem vierten LCD-Feld (33)
auf die erste Kombinationsvorrichtung (43).
5. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste, an der ersten Vorrichtung (21) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine erste vorbestimmte Wellenlänge hat,
daß der zweite, an der zweiten Vorrichtung (22) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine zweite vorbestimmte Wellenlänge hat, wobei die zweite vorbestimmte Wellenlänge länger als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist, und daß der dritte, an der dritten Vorrichtung (23) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge länger als die zweite vor bestimmte Wellenlänge hat.
daß der erste, an der ersten Vorrichtung (21) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine erste vorbestimmte Wellenlänge hat,
daß der zweite, an der zweiten Vorrichtung (22) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine zweite vorbestimmte Wellenlänge hat, wobei die zweite vorbestimmte Wellenlänge länger als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist, und daß der dritte, an der dritten Vorrichtung (23) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge länger als die zweite vor bestimmte Wellenlänge hat.
6. LCD-Projektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Blau-Grün-
Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite vorbestimmte
Wellenlänge eine Grün-Rot-Grenzwellenlänge ist.
7. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Vorrichtung (21) ein erster pola risierender Strahlenteiler, die zweite Vorrich tung (22) ein zweiter polarisierender Strahlenteiler und
die dritte Vorrichtung (23) ein dritter polari sierender Strahlenteiler ist, daß jeder polarisierende Strahlenteiler (21, 22, 23) Lichtfluß reflektiert, der so polarisiert ist, daß sein elektrischer Vektor senkrecht auf der Einfallsebene des ersten polarisierenden Strah lenteilers (21) steht und Lichtfluß durchläßt, der so po larisiert ist, daß sein elektrischer Vektor parallel zu der Einfallsebene steht.
daß die erste Vorrichtung (21) ein erster pola risierender Strahlenteiler, die zweite Vorrich tung (22) ein zweiter polarisierender Strahlenteiler und
die dritte Vorrichtung (23) ein dritter polari sierender Strahlenteiler ist, daß jeder polarisierende Strahlenteiler (21, 22, 23) Lichtfluß reflektiert, der so polarisiert ist, daß sein elektrischer Vektor senkrecht auf der Einfallsebene des ersten polarisierenden Strah lenteilers (21) steht und Lichtfluß durchläßt, der so po larisiert ist, daß sein elektrischer Vektor parallel zu der Einfallsebene steht.
8. LCD-Projektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Kombinationsvorrichtung (43) ein vierter,
dem dritten (23) gleichartiger polarisierender Strahlen
teiler ist, daß die zweite Kombinationsvorrichtung (42)
ein fünfter, dem zweiten (22) gleichartiger polarisieren
der Strahlenteiler ist, und daß die dritte Kombinations
vorrichtung (41) ein sechster, dem ersten (21) gleichar
tiger polarisierender Strahlenteiler ist.
9. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Vorrichtung (21) so angeordnet
ist, daß der Einfallswinkel des Lichtflusses gleich dem
Brewster-Winkel ist, und daß die zweite, die dritte und
die vierte Vorrichtung (22, 23, 24) parallel
zur ersten Vorrichtung (21) angeordnet sind.
10. LCD-Projektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung durch ein erster
polarisierender Strahlenteiler (121) mit einem Refle
xionsspektrum für rotes oder blaues Licht mit der er
sten Polarisation und zum Durchlassen des übrigen Teils
des Lichtflusses ist,
daß die zweite Vorrichtung ein zweiter polarisierender Strahlenteiler (122) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem er sten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses mit grünem Licht und der ersten Polarisation sowie zum Durchlassen des übrigen Lichtflusses ist,
und daß die dritte Vorrichtung ein dritter polarisierender Strahlenteiler (123) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem zweiten polarisierenden Strahlenteiler (122) durchgelas senen Lichtflusses mit rotem oder blauem Licht und der ersten Polarisation, der an dem ersten polarisierenden Strahlenteiler (121) nicht reflektiert wurde, sowie zum Durchlassen eines dritten übrigen Teils des Lichtflusses ist.
daß die zweite Vorrichtung ein zweiter polarisierender Strahlenteiler (122) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem er sten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses mit grünem Licht und der ersten Polarisation sowie zum Durchlassen des übrigen Lichtflusses ist,
und daß die dritte Vorrichtung ein dritter polarisierender Strahlenteiler (123) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem zweiten polarisierenden Strahlenteiler (122) durchgelas senen Lichtflusses mit rotem oder blauem Licht und der ersten Polarisation, der an dem ersten polarisierenden Strahlenteiler (121) nicht reflektiert wurde, sowie zum Durchlassen eines dritten übrigen Teils des Lichtflusses ist.
11. LCD-Projektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste polarisierende Strahlenteiler (121) ein Re
flexionsspektrum derart hat, daß Licht der ersten Polari
sation und einer Wellenlänge kleiner als eine erste vor
bestimmte Wellenlänge reflektiert wird.
12. LCD-Projektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite polarisierende Strahlenteiler (122) ein
derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er
sten Polarisation und einer Wellenlänge kleiner als eine
zweite vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird, die
größer als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist.
13. LCD-Projektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Blau-Grün-
Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite Wellenlänge eine
Grün-Rot-Grenzwellenlänge ist.
14. LCD-Projektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste polarisierende Strahlenteiler (121) ein
derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er
sten Polarisation und einer Wellenlänge größer als die
erste vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird.
15. LCD-Projektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite polarisierende Strahlenteiler (122) ein
derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er
sten Polarisation und einer Wellenlänge größer als die
zweite vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird, und daß
die zweite Wellenlänge größer als die erste Wellenlänge
ist.
16. LCD-Projektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Grün-Rot-
Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite Wellenlänge eine
Blau-Grün-Grenzwellenlänge ist.
17. Verfahren zum Teilen eines mit einer Weißlichtquelle er
zeugten regellos polarisierten Lichtflusses in einem LCD-
Projektor in verschiedene Lichtkomponenten unterschiedli
cher Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Schritt ein erster Teil des Lichtflusses in einem ersten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit einer ersten Polarisation auf ein erstes LCD-Feld (30) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem zweiten Schritt von dem in dem ersten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein zweiter Teil in einem zwei ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein zweites LCD-Feld (31) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem dritten Schritt von dem in dem zweiten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein dritter Teil in einem drit ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird, und
in einem vierten Schritt der gesamte in dem dritten Schritt durchgelassene Lichtfluß, der eine zweite Polari sation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert wird.
in einem ersten Schritt ein erster Teil des Lichtflusses in einem ersten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit einer ersten Polarisation auf ein erstes LCD-Feld (30) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem zweiten Schritt von dem in dem ersten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein zweiter Teil in einem zwei ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein zweites LCD-Feld (31) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem dritten Schritt von dem in dem zweiten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein dritter Teil in einem drit ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird, und
in einem vierten Schritt der gesamte in dem dritten Schritt durchgelassene Lichtfluß, der eine zweite Polari sation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert wird.
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