DE69214228T2 - Bildprojektor mit optimierter Lichtausbeute - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Bildprojektoren, in denen zwei zueinander senkrecht stehende und komplementäre Polarisationen des Lichts bei der Bildung eines zu projizierenden Bilds moduliert werden.
• In Bildprojektoren, insbesondere für Videobilder, resultiert das auf einen Schirm projizierte Bild aus einer räumlichen Lichtmodulation. Das von einer Quelle erzeugte Licht wird bis zu einer Lichtmodulationseinheit geführt, die die Mittel enthält, die zur räumlichen Modulation des Lichts erforderlich sind. Es ist üblich, für die räumliche Modulation des Lichts einen matrixartig aufgebauten Flüssigkristall-Bildschirm zu verwenden (LCD - Liquid Crystal Display), der aus einem matrixartigen Netz von Elementarzellen mit Flüssigkristallen gebildet wird. Die Flüssigkristallzellen werden von einem Videosignal gesteuert und jede Zelle bildet einen Elementarpunkt des Bilds. Der LCD-Schirm bildet also ein elektro-optisches Diapositiv.
• Die einfachste Art, um ein Bild mit Hilfe eines LCD- Schirms zu formen, besteht darin, den LCD-Schirm mit einem linear polarisierten Licht zu beleuchten. Hierzu wird üblicherweise ein Polarisator zwischen die Lichtquelle und den LCD-Schirm eingefügt, um eine bestimmte Polarisationsrichtung für die Beleuchtung des LCD-Schirms auszuwählen. Weiter liegt hinter dem LCD-Schirm ein zweiter Polarisator (auch Polarisationsanalysator genannt), der die Winkelmodulation der vom LCD-Schirm erzeugten Polarisation in eine Intensitätsmodulation umwandelt. Der wesentliche Nachteil dieser Methode besteht darin, daß durch eine Auswahl einer bestimmten Polarisationsrichtung für die Beleuchtung des LCD- Schirms die Hälfte der Lichtenergie verlorengeht.
• Um den Wirkungsgrad der Beleuchtung des LCD-Schirms zu verbessern, ist es bekannt, das Licht räumlich in zwei polarisierte Strahlen zu trennen, deren Polarisationsrichtungen komplementär sind, um das ganze von der Quelle erzeugte Licht verwenden zu können. Hierzu können verschiedene Methoden verwendet werden:
• a - Gemäß einer ersten Methode (siehe europäische Patentanmeldung EP-A-0 372 905) beleuchtet jeder polarisierte Strahl einen anderen LCD-Schirm und die getrennt von den beiden LCD-Schirmen geformten Bilder werden überlagert. Der wesentliche Nachteil dieser Methode beruht auf der Tatsache, daß sie die Verwendung zweier LCD-Schirme je Primärfarbe erfordert, was zu einem teuren Bildprojektor führt.
• b - Eine andere Methode besteht darin, die Polarisationsrichtung eines der beiden polarisierten Strahlen um 90º zu drehen, so daß die Polarisationsrichtung in beiden Strahlen dieselbe wird. Dann werden die beiden Strahlen auf den LCD-Schirm gerichtet. Eine solche Struktur ist in der Druckschrift EP-A-0 376 395 oder in den Konferenzberichten der im Jahre 1990 von SID in Amsterdam organisierten Konferenz EURODISPLAY, Seite 90 beschrieben.
• In den beiden oben beschriebenen Methoden beruht der schlechte Lichtwirkungsgrad außerdem auf den Differenzen zwischen der Form des LCD-Schirms und der Querschnittsform des unpolarisierten Lichtstrahls, der die Lichtquelle erzeugt.
• Im Rahmen der Entwicklung des hochauflösenden Femse hens mit großem Bildschirm ist beispielsweise ein Bild eines Formats 16:9 vorgesehen (Verhältnis der Breite zur Höhe). Ein Bildprojektor, der diesen Abmessungen entspricht, verwendet einen räumlichen Modulationsschirm mit diesem Format. Geht man wie üblich davon aus, daß der unpolarisierte Licht strahl von der Quelle einen kreisförmigen Querschnitt hat, dann entspricht der Teil der Lichtenergie, der für die Beleuchtung des Rechtecks auf dem räumlichen Modulatorschirm verwendet wird, nur dem Verhältnis SR/SF zwischen der Fläche SR dieses Rechtecks und der Fläche SF des Querschnitts des unpolarisierten Lichtstrahls, also 0,54. Dies gilt für den gunstigsten Fall, d.h. wenn die Oberfläche SR des Modulatorschirms im Format 16:9 so groß wie möglich ist und gerade noch in der Fläche SF des Querschnitts des unpolarisierten Lichtstrahls eingeschrieben ist.
• Wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Lichtverluste aufgrund der Unterschiede zwischen der Form des räumlichen Modulatorschirms und der Form des Querschnitts des unpolarisierten Lichtstrahls in Bildprojektoren zu verringern, die die beiden zueinander senkrechten und komplementären Polarisationsrichtungen des Lichts verwenden. Die Erfindung ist sowohl auf Schwarzweiß-Bildprojektoren als auch auf Farbprojektoren anwendbar.
• Erfindungsgemäß ist ein Bildprojektor mit mindestens einem räumlich das Licht modulierenden Schirm und mindestens einem Lichtpolarisationsseparator, der von einem unpolansierten Lichtstrahl aus einer Quelle beleuchtet wird, wobei der Polarisationsseparator als Antwort zwei polarisierte Strahlen liefert, deren Lichtpolarisationsrichtungen zueinander orthogonal sind, worauf das Licht der beiden polansierten Strahlen vom räumlichen Modulationsschirm moduliert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter Mittel aufweist, um einerseits das Licht mindestens eines dieser beiden polarisierten Strahlen in mindestens zwei Teilstrahlen aufzuteilen, deren Querschnitte je zu dem des räumlichen Modulationsschirms homothetisch sind, und um andererseits auf dem räumlichen Modulationsschirm die Teilstrahlen zu überlagern.
• Eine solche Maßnahme bringt den Vorteil für beispielsweise einen räumlichen Modulationsschirm im Format 16:9, der von einem unpolarisierten Lichtstrahl mit Kreisquerschnitt beleuchtet wird, daß der Energieanteil des diesen räumlichen Modulatorschirm in Form eines polarisierten Lichts beleuchtenden Lichts auf 64% gebracht wird, d.h. um einen Faktor 1,2 im Vergleich zum Stand der Technik erhöht wurde.
• Ein anderer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß außerdem deutlich die gleichmäßige Beleuchtung des räumlichen Modulatorschirms verbessert wird, da für jeden polarisierten Strahl einerseits die beiden Teilstrahlen unterschiedlichen Bereichen des Querschnitts dieses polarisierten Strahls entsprechen und da andererseits die beiden Teilstrahlen je den ganzen räumlichen Modulationsschirm beleuchten
• Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Figur 1 zeigt schematisch eine erste vereinfachte Version eines erfindungsgemäßen Bildprojektors.
• Figur 2 zeigt die Wirkung der in Figur 1 gezeigten Sammellinsen.
• Figur 3 zeigt schematisch eine zweite bevorzugte Version des erfindungsgemäßen Bildprojektors.
• Figur 4 zeigt in Perspektive einige Elemente dieser zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
• Figur 5 zeigt das Schema eines Farbbild-Projektors. Figur 6 zeigt einen Farbbild-Projektor, in dem mehrere räumliche Lichtmodulationsschirme mit einer gemeinsamen Einheit aus Separator und Richtorgan, wie in Figur 3 und 4 gezeigt, zusammenwirken.
• Figur 1 zeigt teilweise und schematisch eine erste vereinfachte Form eines erfindungsgemäßen Bildprojektors 1.
• Der Projektor 1 enthält eine Lichtquelle 2, die einen Lichtstrahl FS ohne bestimmte Polarisationsrichtung erzeugt. Wie üblich handelt es sich bei dem Strahl FS um einen praktisch parallelen Lichtstrahl. Hierzu kann beispielsweise die Lichtquelle von einer nicht dargestellten Leuchte gebildet werden, die im Brennpunkt eines nicht dargestellten Parabolreflektors oder auch im Brennpunkt einer Sammellinse liegt. Im Beispiel hat der Lichtstrahl FS einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Kreis C des Radius r.
• Der Lichtstrahl FS verläuft entlang einer ersten Ausbreitungsachse x1 zu einem Polarisationsseparator SP. Der Polarisationsseparator SP kann einen üblichen Aufbau besitzen. Er kann beispielsweise von einer Ebene SP gebildet werden, die die Polarisationen trennt und von übereinanderliegenden dünnen Schichten aus dielektrischen Materialien gebildet wird, derart, daß verschiedene Brechungsindices gemäß einer üblichen Technik aufeinanderfolgen. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist die Trennebene SP für die Polarisationen in einem Polarisations-Trennwürfel CSP reah siert. Ein solcher Würfel ist handelsüblich
• Die Trennebene SP wird von der Fortpflanzungsachse xl durchquert, und die Senkrechte auf dieser Ebene SP bildet wie üblich mit der Achse x1 einen (nicht markierten) Winkel von 45º. Die Trennebene SP zerlegt den Strahl FS in zwei polarisierte Strahlen FP1 und FP2 mit praktisch gleicher Intensität, aber mit zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen.
• Der erste polarisierte Strahl FP1 durchquert den Würfel und verläuft hinter der Trennebene SP entlang der ersten Ausbreitungsachse x1. Das den ersten polarisierten Strahl FP1 bildende Licht hat eine Polarisationsrichtung P parallel zur Einfallsebene auf die Trennebene SP (die Einfallsebene ist die Ebene, die das Zentrum des ankommenden Strahls von FS enthält, d.h. die Achse x1, und die Senkrechte auf der Trennfläche SP).
• Der zweite polarisierte Strahl FP2 ist ein an der Trennebene SP reflektierter Strahl, der sich entlang einer zweiten Achse x2 ausbreitet, welche im wesentlichen einen Winkel von 90º mit der ersten Ausbreitungsachse x1 ein schließt. Der zweite polarisierte Strahl FP2 hat eine Polarisationsrichtung S senkrecht zur Einfallsebene, d.h. daß diese Polarisationsrichtung senkrecht zu der des ersten polarisierten Strahls FP1 liegt.
• Die beiden polarisierten Strahlen FP1 und FP2 sollen einen räumlichen Modulatorschirm beleuchten, der in diesem Beispiel von einem matrixartig aufgebauten LCD-Schirm 5 gebildet wird und wie üblich eine Vielzahl von Flüssigkristallzellen (nicht dargestellt) vom nematischen Spiraltyp bei 90º enthält, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die beiden polarisierten Strahlen FP1 und FP2 sollen durch den gleichen LCD-Schirm 5 moduliert werden. Hierzu liegt ein Polarisations-Drehelement RP im Verlauf eines der beiden polarisierten Strahlen, um die Polarisation des Lichts des gewählten Strahls um 90º zu drehen. In dem nicht beschränkenden, hier beschriebenen Beispiel liegt das Polarisations-Drehelement RP im Verlauf des zweiten polarisierten Strahls FP2 auf der zweiten Ausbreitungsachse x2 und hinter der Trennebene SP, um die Polarisationsrichtung dieses Strahls um 90º zu drehen und von der Richtung 5 in die Richtung P zu bringen. Daher tritt der zweite polarisierte Strahl aus dem Polarisations-Drehelement RP als ein Strahl FP2' aus, dessen Polarisationsrichtung vom Typ P ist, d.h. der des ersten polarisierten Strahls FP1 gleicht.
• So ergeben sich zwei polarisierte Strahlen FP1, FP2' mit Polarisationsrichtungen P gleichen Typs bezüglich der Trennebene SP. Diese beiden Strahlen verlaufen entlang von zwei zueinander senkrechten Achsen x1 und x2. Das Licht dieser beiden polarisierten Strahlen FP1, FP2' kann also durch den gleichen LCD-Schirm moduliert werden. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird vor dem Eintreffen auf dem LCD-Schirm 5 mindestens einer der polarisierten Strahlen FP1, FP2 Mitteln unterworfen, die ihn in mindestens zwei polarisierte Teilstrahlen trennen, deren Querschnitt je zur Form des LCD-Schirms 5 homothetisch ist.
• Hierzu gelangen in dem beschriebenen, die Erfindung nicht beschränkenden Beispiel die beiden polarisierten Strahlen FP1, FP2', die aus dem Trennwürfel CSP bzw. dem Polarisations-Drehelement RP austreten, je zu einer Linseneinheit EL1 bzw. EL2, die nachfolgend Separatorlinsen bezeichnet werden und aus Sammellinsen bestehen, die vorzugsweise identisch und aneinanderliegend sind. Jede Linseneinheit LE1, LE2 enthält mindestens zwei solche Linsen L1, L2 bzw. L3, L4, deren Form je zu der des matrixartigen LCD- Schirms 5 homothetisch ist.
• In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel, in dem das unpolarisierte Licht FS einen kreisförmigen Querschnitt C besitzt, wobei vorausgesetzt wird, daß ein Radius r dieses Querschnitts eine Länge von im wesentlichen der Hälfte einer Diagonale einer Seite des Polarisations-Trennwürfels CSP besitzt, treten die polarisierten Strahlen FP1 und FP2 aus dem Trennwürfel je mit einem quadratischen Querschnitt aus, der der größtmöglichen Oberfläche eines in den kreisförmigen Querschnitt des Strahls FS eingeschriebenen Quadrats entspricht.
• Unter der Voraussetzung, daß der räumliche Modulationsschirm 5 oder matrixartige LCD-Schirm 5 rechteckig ist mit einem Seitenverhältnis von 16:9, ist erfindungsgemäß jede Linse L1, L2, L3, L4 ebenfalls rechteckig mit einem Seitenverhältnis von 16:9.
• Im nicht beschränkend zu verstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält jede Linseneinheit EL1, EL2 nur zwei Separatorlinsen L1, L2 bzw. L3, L4, so daß jeder polarisierte Strahl FP1, FP2 praktisch ohne Energieverluste in zwei Teilstrahlen SF1, SF2 bzw. SF3, SF4 umgewandelt wird, die alle konvergent sind, aber deren Achsen paarweise zueinander parallel verlaufen. Die beiden Teilstrahlen SF1 und SF2, die aus dem ersten polarisierten Lichtstrahl FP1 stammen, haben zur ersten Achse xl parallele Achsen, und die Teilstrahlen SF3, SF4, die aus dem zweiten polarisierten Lichtstrahl FP2' stammen, haben zur zweiten Achse x2 parallele Achsen.
• Figur 2 zeigt das Prinzip der Wirkung der Separatorlinsen L1, L2 und L3, L4 auf die polarisierten Strahlen FP1 und FP2. In dieser Figur ist aus Gründen der Klarheit das Polarisations-Drehelement RP nicht dargestellt.
• Ausgehend vom unpolarisierten Lichtstrahl FS, der wie oben erwähnt einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, erzeugt der Polarisations-Trennwürfel CSP zwei polarisierte Strahlen FP1, FP2 je mit einem quadratischen Querschnitt, die sich entlang von zueinander senkrechten Richtungen ausbreiten und zueinander senkrecht stehende und komplementäre Polarisationsrichtungen besitzen.
• Jeder der polarisierten Strahlen FP1, FP2 verläuft durch zwei nebeneinanderliegende Linsen L1, L2 (für FP1) bzw. L3, L4 (für FP2), die einander identische Sammellinsen sind.
• Aus jeder Separatorlinse L1, L2, L3, L4 tritt ein polarisierter Teilstrahl SF1, SF2, SF3, SF4 aus, der konvergent ist und im Brennpunkt der Separatorlinse, die ihn erzeugt hat, ein Bild IS1, IS2, IS3, IS4 der nicht dargestellten Quelle erzeugt, die das Licht des unpolarisierten Strahls FS produziert hat.
• In diesem Beispiel sind die beiden Separatorlinsen L1, L2 bzw. L3, L4 für die beiden polarisierten Strahlen FP1, FP2 identisch, und die beiden Bilder IS1, IS2 bzw. IS3, IS4 der Quelle liegen in einer gemeinsamen Trennebene und fassen die ganze Lichtenergie dieser beiden Bilder zusammen, die ein gemeinsames Bild der Quelle enthielte, wenn sie üblicherweise von einer gemeinsamen Sammellinse (nicht dargestellt) gebildet würde, die die Gesamtheit eines polarisierten Strahls FP1 oder FP2 empfangen hätte.
• Natürlich divergiert jeder Teilstrahl SF1 bis SF4 nach der Erzeugung eines Bilds IS1 bis IS4 der Quelle und hat die Tendenz, einen zur Form der Separatorlinse L1 bis L4 homothetischen Querschnitt beizubehalten, in der der Teilstrahl erzeugt wurde.
• Bezieht man sich erneut auf Figur 1, so ist die Wirkung der Separatorlinsen L1 bis L4 ähnlich der anhand von Figur 2 erläuterten.
• Im Vergleich zum Beispiel von Figur 2 ist zu bemerken, daß in Figur 1 ein Spiegel M1, M2, M3, M4 im Verlauf jedes der Teilstrahlen SF1 bis SF4 liegt, um diese Teilstrahlen zu einem LCD-Schirm 5 zu lenken.
• Die Hauptseite des matrixartigen LCD-Schirms 5 ist auf eine Hauptachse xP zentriert, die in dem beschriebenen und nicht beschränkenden Beispiel in der gleichen Ebene liegt, die auch die Trennebene SP enthält. Die Hauptachse xP steht senkrecht auf der den matrixförmigen LCD-Schirm 5 enthaltenden Ebene. Die Spiegel M1 und M2 einerseits und die Spiegel M3 und M4 andererseits liegen symmetrisch bezüglich der Hauptachse xP und sind so ausgerichtet, daß sie die Teilstrahlen SF1 bis SF4 auf den LCD-Schirm 5 gemäß neuer Ausbreitungsachsen x3, x4, x5, x6 reflektieren, die sich im Zentrum 0 des LCD-Schirms 5 kreuzen.
• Hierzu sind die Spiegel M1 bis M4 einerseits so ausgerichtet, daß sie jeden ankommenden Teilstrahl SF1 bis SF4 auf den LCD-Schirm 5 lenken und andererseits die beiden Teilstrahlen, die von einem gemeinsamen polarisierten Strahl FP1 oder FP2 kommen, konvergieren lassen, wobei diese beiden Teilstrahlen parallel sind, wenn sie von den Separatorlinsen kommen.
• So liegen beispielsweise der erste Spiegel M1 und der zweite Spiegel M2 nebeneinander auf einer Seite der Hauptachse xP und haben die Aufgabe, den ersten und den zweiten Teilstrahl SF1, SF2 abzulenken und konvergieren zu lassen. In gleicher Weise liegen der dritte Spiegel M3 und der vierte Spiegel M4 nebeneinander auf der anderen Seite der Hauptachse xP und haben die Aufgabe, den dritten und den vierten Teilstrahl SF3, SF4 abzulenken und konvergieren zu lassen.
• Wie anhand von Figur 2 erläutert wurde, formen die Teilstrahlen SF1 bis SF4 je ein Bild IS1 bis IS4 der Quelle, was im Beispiel der Figur 1 nach Reflexion an den Spiegeln M1 bis M4 der Fall ist. Andererseits wird nach der Formung des Bilds der Quelle jeder Teilstrahl SF1 bis SF4 divergent und hat die Tendenz, eine homothetische Form zu der der Separatorlinse L1 bis L4 beizubehalten, von der er kommt. Dies ist in Figur 1 für den Teilstrahl SF2 angedeutet, der nach Reflexion am Spiegel M2 und nach Erzeugung des zweiten Bilds IS2 der Quelle divergiert und dabei eine homothetische rechteckige Form zu der der zweiten Separatorlinse und damit des LCD-Schirms 5 beibehält. Er bildet als ein Teilstrahl SF2' einen Beleuchtungsfleck auf dem LCD-Schirm 5.
• Gleiches gilt für die anderen Teilstrahlen, so daß die Leuchtflecken der vier Teilstrahlen SF1 bis SF4 sich auf der Fläche des LCD-Schirms 5 überlagern und dabei mit den Abmessungen dieses Schirms übereinstimmen.
• So ist es möglich, aus dem kreisförmigen Querschnitt des unpolarisierten Lichtstrahls FS einen ersten polarisierten Strahl FP1 mit quadratischem Querschnitt herauszuschneiden und den zweiten polarisierten Lichtstrahl FP2 mit ebenfalls quadratischem Querschnitt zu erhalten, so daß für die Bildung jedes dieser polarisierten Lichtstrahlen FP1, FP2 der Lichtenergieverlust den Wert von 36% nicht überschreitet.
• Dieser Lichtwirkungsgrad kann dann erhalten bleiben, da einerseits für jeden polarisierten Strahl FP1 und FP2 oder vielmehr FP2' der quadratische Querschnitt durch die Sammellinsen zerschnitten wird, die je einen Teilstrahl erzeugen, dessen Querschnitt zur Form des räumlichen Modulationsschirms oder LCD-Schirms 5 homothetisch ist. Außerdem überlagern sich die Beleuchtungsflecke der verschiedenen Teilstrahlen in Koinzidenz mit der Fläche des LCD-Schirms 5. Da das Format 16:9 ein Rechteck ist, dessen Breite nahezu zweimal der Höhe gleicht, findet die erfindungsgemäße Lösung eine besonders interessante Anwendung im Fall dieses Formats 16:9, denn es genügt, jeden polarisierten Strahl durch nur zwei rechteckige Separatorlinsen zu zerschneiden.
• Die Zahl von zwei rechteckigen Separatorlinsen, die den quadratischen Querschnitt eines polarisierten Strahls FP1, FP2 zerschneiden, schränkt die Erfindung jedoch nicht ein. Man könnte auch eine Matrix von N M Rechtecklinsen in Betracht ziehen. Dies hätte den Vorteil, daß die Beleuchtung des LCD-Schirms 5 noch gleichmäßiger würde.
• Selbst mit nur zwei Separatorlinsen für jeden polan- sierten Strahl verbessert man bereits deutlich die gleichmäßige Beleuchtung des LCD-Schirms 5. Im allgemeinen sind die Punkte in der Nähe des Zentrums des Querschnitts des Strahls FS heller als Punkte am Rand, und diese ungleichmäßige Verteilung ergibt sich auch im quadratischen Querschnitt eines polarisierten Strahls, beispielsweise des ersten Strahls FP1 am Ausgang des Polarisation-Trennwürfels CSP.
• Durch die beiden Separatorlinsen L1 und L2 werden zwei Punkte B1 und B2 in der Nähe des Strahlzentrums, die aber zwei unterschiedlichen Linsen L1, L2 entsprechen, auf dem LCD-Schirm 5 an zwei gegenüberliegende Ränder 10, 11 dieses Schirms projiziert, wo sie sich den Strahlen überlagern, die von der Peripherie des polarisierten Strahls kommen, wie z.B. von den Punkten C1 und C2 auf den beiden Separatorlinsen L1 und L2. Man erhält daher eine Überlagerung einer vom Zentrum kommenden Strahlung (die im allgemeinen stärker ist) mit einer vom Rand kommenden Strahlung (im allgemeinen schwächer), so daß sich eine verbesserte Beleuchtungshomogenität ergibt.
• Nach Durchlauf des LCD-Schirms 5 verlaufen die Teilstrahlen SF1 bis SF4 entlang einer mittleren Richtung 13 zu einer Projektionswand (in Figur 1 nicht gezeigt), auf der sie je das aus der Modulation durch den LCD-Schirm 5 resultierende Bild projizieren. Dies ergibt sich mit Hilfe von an sich bekannten und in Figur 1 nicht zu sehenden Mitteln wie z.B. einer Feldlinse, einem Analysator, einem Projektionsobjektiv.
• Es sei bemerkt, daß die in Figur 1 gezeigte Struktur einen Nachteil mit sich bringen kann, der bei bekannten Projektoren oft auftritt und darauf beruht, daß diese Struktur zu einem relativ großen Raumaufwand des Projektors aufgrund einer großen Entfernung D zwischen der Trennebene SP und dem LCD-Schirm 5 führen kann. Dieser Abstand muß groß sein, um zu verhindern, daß die Teilstrahlen SF1 bis SF4 unter einem zu großen Winkel zwischen den Teilstrahlen SF1, SF2, die aus dem ersten polarisierten Strahl FP1 stammen, oder zwischen den beiden Teilstrahlen SF3, SF4, die aus dem zweiten polarisierten Strahl FP2' stammen, zum LCD-Schirm verlaufen, wodurch ein Projektionsobjektiv mit einer sehr großen Öffnung erforderlich werden könnte.
• Aufgrund der Konvergenzwirkung der Separatorlinsen L1 bis L4 eignet sich die Erfindung besonders gut für einen Aufbau, der in Figur 3 gezeigt ist und eine Verringerung des Abstands D erlaubt, ohne daß auf ein Projektionsobjektiv mit kleiner Öffnung verzichtet werden müßte.
• Im Vergleich zu Figur 1 zeigt Figur 3 den Aufbau von oben, wie dies in Figur 1 durch einen Pfeil 15 angedeutet ist.
• Figur 3 zeigt schematisch den Projektor 1 von oben, so daß einer der beiden Teilstrahlen jedes von jedem polarisierten Strahl FP1 und FP2 kommenden Paares SF1, SF2 bzw. SF3, SF4 verdeckt ist. Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ähnelt der gemäß Figur 1 bis zu der Stelle, wo die Teilstrahlen auf die Spiegel M1 bis M4 treffen.
• Der unpolarisierte Lichtstrahl FS verläuft entlang der ersten Achse x1 zum Polarisations-Trennwürfel CSP. Ein Teil dieses Lichts wird durch die Trennfläche SP übertragen und bildet den ersten polarisierten Strahl FP1 mit der Polarisationsrichtung P und einer Ausbreitungsrichtung zur ersten Linseneinheit EL1 (von der nur die erste Separatorlinse L1 sichtbar ist, während die zweite Separatorlinse L2 sich unter der ersten Linse befindet).
• Ein anderer Teil des von Strahl FS kommenden Lichts wird an der Trennebene reflektiert und bildet den zweiten polarisierten Strahl FP2 mit der Polarisationsrichtung 5, die senkrecht und komplementär zur Polarisationsrichtung P liegt. Der zweite Strahl FP2 verläuft entlang der zweiten Achse x2 zum Polarisations-Drehelement RP, nach dessen Durchlauf sich der zweite polarisierte Strahl FP2, mit der gleichen Polarisationsrichtung P wie der erste Strahl FPL ergibt. Der zweite polarisierte Strahl FP2' verläuft dann zur zweiten Linseneinheit EL2, von der nur die erste Separatorlinse L1 sichtbar ist, da die zweite Linse L2 von dieser verdeckt ist.
• Wie im vorhergehenden Beispiel durchquert jeder polarisierte Stahl FP1 und FP2' eine Linseneinheit EL1, EL2, die zu mindestens zwei konvergenten Teilstrahlen SF1, SF2, was den ersten polarisierten Strahl FP1 angeht, und zu mindestens zwei konvergenten Teilstrahlen SF3, SF4 führt, was den zweiten polarisierten Strahl FP2' angeht.
• Um die Klarheit der Figur 3 zu verbessern, bilden die beiden Teilstrahlen, die aus einem gemeinsamen polarisierten Strahl FP1 bzw. FP2 kommen und übereinanderliegen, eine gemeinsame Gruppe von Teilstrahlen G1SF für die beiden Teilstrahlen SF1, SF2 aus dem ersten polarisierten Strahl FP1 und GS2SF für die beiden aus dem zweiten polarisierten Strahl FP2' kommenden Teilstrahlen SF3, SF4. Daher fallen die Teilstrahlen einer Gruppe in gleichen Grenzen zusammen (die Grenzen der ersten Gruppe GLSF von Teilstrahlen wurden nur teilweise dargestellt).
• Die beiden Gruppen G1SF, G2SF von Teilstrahlen verlaufen je zu zwei Spiegeln M1, M2 bzw. M3, M4 (der zweite und der vierte Spiegel M2, M4 sind in der Figur verdeckt) entlang der ersten bzw. zweiten Achse x1, x2, die zueinander senkrecht verlaufen.
• Wie im vorhergehenden Beispiel ist der LCD-Schirm 5 auf die Hauptachse xP zentriert, die die Trennebene SP enthält.
• Ein Unterschied zur in Figur 1 gezeigten Struktur besteht darin, daß hier die Teilstrahlen SF1 bis SF4 nicht unmittelbar in Richtung auf den LCD-Schirm 5 reflektiert werden, sondern in Richtung auf die Hauptachse xP entlang einer achten und einer neunten Achse x8, x9, die die Hauptachse zwischen dem LCD-Schirm 5 und dem Trennwürfel CSP schneiden, und zwar möglichst nahe bei diesem Würfel.
• Ehe sie die Hauptachse xP erreichen, werden die Gruppen G1SF, G2SF von Teilstrahlen je ein zweites Mal von Spiegeln M'1, M'2 für die erste Gruppe von Teilstrahlen und M'3, M'4 für die zweite Gruppe von Teilstrahlen reflektiert, die sich in der Nähe der Hauptachse xP befinden. Diese zweiten Reflexionen haben die Aufgabe, die Gruppen G1SF und G2SF von Teilstrahlen zum LCD-Schirm 5 zu lenken, so daß die zentralen Achsen der verschiedenen Teilstrahlen SF1, SF2 und SF3, SF4 die Hauptachse xP im wesentlichen im Zentrum 0 des LCD-Schirms 5 schneiden.
• Für die Teilstrahlen SF1, SF2 der ersten Gruppe G1SF wird der erste Teilstrahl SF1 zum LCD-Schirm über einen fünften Spiegel M'1 gemäß einer zehnten Achse x10 abgelenkt, durch die dieser Teilstrahl in Figur 3 angedeutet ist. Aufgrund der gleichen Wirkungen wie im vorhergehenden Beispiel erzeugt der erste Teilstrahl SF1 das erste Bild der Quelle IS1, aber im vorliegenden Beispiel wird dieses Bild sehr nahe bei der Hauptachse xP nach der zweiten Reflexion erzeugt. Der zweite Teilstrahl SF2, der in Figur 3 in einer Ebene unter dem ersten Teilstrahl nach der Reflexion am zweiten Spiegel M2 verläuft, verläuft entlang einer Achse, die als mit der achten Achse x8 zusammenfallend erscheint, in Richtung zur Hauptachse xP, und trifft einen sechsten Spiegel M'2 (der in Figur 3 nicht sichtbar ist, da er sich unter dem fünften Spiegel M'1 befindet und von diesem verdeckt wird). Dieser Spiegel lenkt ihn wieder in Richtung auf den LCD-Schirm 5 gemäß einer Achse ab, die als mit der zehnten Achse xlo zusammenfallend erscheint. Dieser zweite Teilstrahl SF2 bildet nach dieser zweiten Reflexion das zweite Bild der Quelle IS2, das in der Figur durch das darüberliegende Bild der ersten Quelle IS1 verdeckt ist.
• Was nun die zweite Gruppe G2SF angeht, die vom dritten und vierten Teilstrahl gebildet wird, so wird der dritte Teilstrahl SF3 (der der einzige ist, dessen Strahlgrenzen in unterbrochenen Linien angedeutet sind) erneut von einem siebten Spiegel M'3 in Richtung auf den LCD-Schirm 5 gemäß einer elften Achse x11 abgelenkt. Nach seiner zweiten Reflexion erzeugt er das dritte Bild der Quelle IS3 in der Nähe der Hauptachse xP und der Bilder IS1, IS2. Der vierte Teilstrahl SF4 verläuft in einer tiefer liegenden Ebene als die Zeichenebene der Figur 3 und wird nach einer zweiten Reflexion an einen achten Spiegel M'4 (der durch den siebten Spiegel M'3 verdeckt ist) zum LCD-Schirm 5 gemäß einer Achse gelenkt, die als mit der elften Achse x11 zusammenfallend erscheint. Dieser vierte Teilstrahl SF4 erzeugt das vierte Bild IS4 der Quelle, das in Figur 3 durch das dritte Bild IS3 verdeckt ist.
• Unter diesen Bedingungen ergeben sich die vier Bilder IS1 bis IS4 zu beiden Seiten der Hauptachse xP und in deren Nähe, so daß auch für einen geringen Abstand D zwischen dem Trennwürfel CSP und dem LCD-Schirm 5 ein geringer Winkel a2 zwischen dem beiden Achsen x10 und x11 erzielt wird, entlang denen die Teilstrahlen SF1 und SF3 zum LCD-Schirm 5 verlaufen.
• Die Leuchtflecken der vier Teilstrahlen überlagern sich auf dem LCD-Schirm 5 genauso wie im vorhergehenden Beispiel. Zu diesem Zweck kann es nützlich sein, im Verlauf jedes Teilstrahls SF1 bis SF4 und in der die Bilder IS1 bis IS4 der Quelle enthaltenden Ebene oder in einer sehr nahen Ebene eine sogenannte Relaislinse LR anzuordnen. Jede Relaislinse hat die Aufgabe, eine optische Konjunktion zwischen einer Separatorlinse L1 bis L4 und dem LCD-Schirm 5 herzustellen. Die vier Leuchtflecken (die von je einem der Teilstrahlen SF1 bis SF4 erzeugt werden) liegen dann im wesentlichen in Koinzidenz mit den Abmessungen des LCD- Schirms 5. Es sei bemerkt, daß die Relaislinsen LR mit der gleichen Funktion auch im Beispiel gemäß Figur 1 verwendet werden können.
• In dem nicht beschränkend zu verstehenden hier beschriebenen Beispiel liegt eine Feldlinse LCH auf der optischen Hauptachse xP in der Nähe des LCD-Schirms 5, und zwar möglichst nahe beim Schnittpunkt der Ausbreitungsachsen xlo, xli der Teilstrahlen SF1 bis SF4. Die Feldlinse LCH hat die Aufgabe, Bilder IS'1, IS'2, IS'3, IS'4 der Quelle in der Ebene der Eingangspupille eines Objektivs oder eines Projektionssystems LP zu erzeugen. Dieses Projektionssystem befindet sich auf der optischen Hauptachse xP auf der bezüglich der Feldlinse LCH entgegengesetzten Seite des LCD-Schirms 5. Die Vergrößerung dieser optischen Konjunktion ist so gewählt, daß IS'1 bis IS'4 vollständig in die Öffnung des Projektionsobjektivs LP hineinfallen.
• Die nicht dargestellten Flüssigkristallzellen des LCD-Schirms 5 werden in bekannter Weise (nicht dargestellt) gesteuert, beispielsweise durch ein Videosignal. Diese Steuerung der Zellen beruht auf einer winkelmäßigen Modulation der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen, die diese Zellen durchqueren, d.h. der Teustrahlen SF1 bis SF4, die aus den beiden polarisierten Strahlen FP1, FP2' gebildet werden. Diese winkelmäßige Modulation wird in eine Intensitätsmodulation in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Polarisationsanalysators A umgewandelt, dessen Aufgabe es ist, eine bestimmte Polarisationsrichtung auszuwählen (der Analysator arbeitet in diesem Fall wie ein Polarisator).
• Betrachtet man also den LCD-Schirm 5 durch den Analysator A, dann sieht man das Videobild, das auf eine Projektionswand EP mit Hilfe des Projektionsobjektivs LP geworfen werden kann.
• In den dargestellten Beispielen liegt das Polarisa tions-Drehelement RP im Verlauf des zweiten polarisierten Strahls FP2, um den beiden polarisierten Strahlen die gleiche Polarisationsrichtung zu verleihen. Natürlich kann dieses Ergebnis auch erreicht werden, indem die Polarisationsrichtung des ersten polarisierten Strahls FP1 gedreht wird. In diesem Fall gibt es kein Polarisations-Drehelement im Verlauf des zweiten Stahls FP2, der seine Polarisationsrichtung S beibehält (die als senkrecht zur Zeichenebene dargestellt ist). Dagegen muß ein Polarisations-Drehelement in den Verlauf des ersten polarisierten Strahls FP1 eingefügt werden, um dessen Polarisationsrichtung um 90º zu drehen und seine Polarisation vom Typ P in den Typ S umzuwandeln.
• Es sei bemerkt, daß die Drehung der Polarisationsrichtung um 90º in üblicher Weise mit Hilfe eines Drehorgans erreicht werden kann, das von einem Kristallplättchen gebildet wird, einem sogenannten Halbwellenplättchen. Ein solches Plättchen hat jedoch den Nachteil, daß es chromatisch ist, d.h. nur für eine wellenlänge richtig arbeitet oder für ein relativ enges Frequenzband um diese Wellenlänge herum. Für Anwendungen auf Farbbilder, die weiter unten erwähnt werden, ist es aber auch interessant, wenn das Polarisations-Drehelement RP aus einer Flüssigkristallzelle vom nematischen Typ mit 90º-Spirale gebildet wird, die in einem Wellenleitermodus arbeitet. Eine solche Zelle erfüllt die gewünschte Aufgabe und ist preiswerter und weniger chromatisch. Natürlich muß eine solche Zelle bezüglich der Ausbreitungs- und Polarisationsrichtungen der beiden polarisierten Strahlen FP1, FP2 richtig ausgerichtet sein.
• Figur 4 zeigt in Perspektive den Projektor 1 in der bereits anhand der Figur 3 erläuterten Version, um die Überlagerung der Beleuchtungen auf dem LCD-Schirm 5 zu erläutern. Für ein besseres Verständnis der Figur 4 wurde die Darstellung des Projektors auf den LCD-Schirm 5 und die Spiegel M1, M2 und M'1, M'2 beschränkt, die zur Orientierung der beiden Teilstrahlen SF1, SF2 dienen, die aus dem ersten polarisierten Stahl FP1 erzeugt worden sind.
• Der LCD-Schirm 5 ist auf die Hauptachse xP zentriert, und die nicht dargestellten Spiegel M3, M4 und M'3, M'4, die für die aus dem zweiten polarisierten Strahl FP2 abgeleiteten Teilstrahlen bestimmt sind, sind gegenüber und symmetrisch angeordnet
• Der erste Teilstrahl SF1 wird ein erstes Mal am ersten Spiegel Ml in Richtung auf den fünften Spiegel M'1 umgelenkt, der in der Nähe der Hauptachse xP sitzt. Ein zweites Mal wird dieser Strahl vom fünften Spiegel M'1 abgelenkt, der ihn zum LCD-Schirm 5 reflektiert. Nach dieser zweiten Reflexion erzeugt er das Bild IS1 der Quelle und wird dann divergent und bildet einen nicht dargestellten Beleuchtungsfleck, der auf die Oberfläche des LCD-Schirms 5 projiziert wird.
• Der zweite Teilstrahl SF2 verläuft gemäß einer ähnlichen Bahn. Er wird ein erstes Mal am zweiten Spiegel M2 zum sechsten Spiegel M'2 hin reflektiert und dann ein zweites Mal an diesem Spiegel reflektiert und zum LCD-Schirm 5 gelenkt. Nach dieser zweiten Reflexion formt der zweite Teilstrahl SF2 das zweite Bild IS2 der Quelle und divergiert dann, wobei der Querschnitt des Strahls eine homothetische Form zu der des LCD-Schirms beibehält. Der Querschnitt des zweiten Teilstrahls SF2 wird in der Figur durch strichpunktierte Linien angedeutet.
• Der dritte und der vierte Teilstrahl SF3, SF4 formen das dritte und das vierte Bild IS3, IS4 der Quelle, worauf diese Teilstrahlen divergieren und einen homothetischen Querschnitt zur Fläche des LCD-Schirms 5 beibehalten, so daß sich ihr Licht auf dem Schirm überlagert. In Figur 4 ist der Querschnitt des dritten Teilstrahls SF3 in durchgezogenen Strichen ab dem dritten Bild IS3 der Quelle dargestellt.
• Die vier Bilder der Quelle sind also symmetrisch um die Hauptachse xP in einer gemeinsamen Ebene verteilt, die durch ein Quadrat 19 angedeutet ist. Die ideale Lage ergibt sich, wenn die vier Bilder der Quelle sehr nahe bei der Hauptachse xP erzeugt werden, z.B. so, daß sie sich beinahe berühren.
• Die Beispiele der Figuren 1 und 3 beziehen sich auf einen Projektor mit einem einzigen räumlichen LCD-Schirm, der entweder mit farbigem oder monochromatischem Licht arbeitet und damit ein Farbbild oder ein einfarbiges Bild erzeugt. Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind aber auch auf einen Farbbildprojektor anwendbar, der mehrere modulierende LCD-Schirme besitzt.
• Zahlreiche Hauptfunktionen können im Projektor 1 z.B. aus Figur 3 unterstrichen werden, von denen manche in einem Farbprojektor vervielfacht werden müssen. Zu diesen Hauptfunktionen gehören die Trennung der orthogonalen Polarisa tionen P, 5 in zwei polarisierte Strahlen FP1, FP2 oder FP2', dann die Teilung der polarisierten Lichtstrahlen FP1, FP2 oder FP2' in Teustrahlen SF1 bis SF4 und schließlich die Orientierung dieser Teilstrahlen auf den LCD-Schirm 5, so daß die Bilder IS1 bis IS4 der Quelle in der Nähe der optischen Hauptachse xP geformt werden.
• Um die nachfolgende Beschreibung zu erleichtern, sind die verschiedenen Funktionen in einer Gruppe zusammengefaßt, die Separator-Richteinheit ESE (siehe Figur 3) genannt wird und in der die Teilstrahlen SF1 bis SF4 ein Bild IS1 bis IS4 der Quelle in der Nähe der Hauptachse xP formen (siehe das Beispiel der Figuren 3 und 4). Um die nachfolgenden Figuren zu vereinfachen, sind einerseits die vier Bilder IS1 bis IS4 der Quelle durch eine Gruppe GS von Bildern der Quelle dargestellt, die durch ein Rechteck in unterbrochenen Linien symbolisch angedeutet ist, und andererseits werden die verschiedenen Teilstrahlen, die zu diesen Bildern der Quelle führen, durch einen einzigen Pfeil in doppelten Linien GP dargestellt und als Hauptgruppe von Teilstrahlen bezeichnet.
• Eine andere wichtige Funktion ist die der vom LCD- Schirm 5 eingenommenen Funktion der Modulation. Der LCD- Schirm 5 und die Feldlinse LCH sind in einer weiteren Einheit EM zusammengefaßt, die Modulationseinheit heißt. Die Teilstrahlen SF1 bis SF4, die durch den LCD-Schirm verlau- fen, treten aus diesem unter Bildung der modulierten Teilstrahlen FM1, FM2, FM3, FM4 aus, die durch die Achsen angedeutet sind, entlang denen sie sich ausbreiten (aus Gründen der Klarheit sind nur in Figur 3 die Grenzen des dritten modulierten Teilstrahls FM3 dargestellt). Diese modulierten Teilstrahlen sollen ein gemeinsames Bild formen und werden nachfolgend als Gruppe von modulierten Strahlen GM bezeichnet.
• Schließlich wird eine Separator-Richteinheit ESE gefolgt von einer Modulatoreinheit EM, wie in Figur 1 gezeigt, als einfarbige Vorrichtung DM bezeichnet.
• Figur 5 zeigt schematisch eine Anwendung der Erfindung auf einen Farbbildprojektor 30, in dem die Farbe aus der Kombination mehrerer Primärfarben wie z.B. rot, grün, blau resultiert.
• Der Projektor 30 enthält drei einfarbige Vorrichtun gen DMr, DMv, DMb, die zur Verarbeitung eines roten, grünen und blauen Lichts bestimmt sind. Diese einfarbige Vorrichtung ähnelt der, die anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert wurde, und enthält eine Ausbreitungsachse x1, auf der ein Strahl eines unpolarisierten einf arbigen Lichts Fr, Fv, Fb verläuft, wobei die Spektren dieser Strahlen der Farbe der entsprechenden einfarbigen Vorrichtung entsprechen.
• Jeder dieser einfarbigen unpolarisierten Strahlen kann von einer besonderen Lichtquelle oder, wie in Figur 5 gezeigt, von einer gemeinsamen Lichtquelle weißen Lichts 2a stammen. In diesem letztgenannten Fall wird der weiße Lichtstrahl FLB in drei einfarbige Strahlen Fr, Fv, Fb unterschiedlicher Farben mit Hilfe von wellenlängenselektiven Elementen, insbesondere dichroitischen Filtern, also mit Hilfe eines dichroitischen Würfels CSC bekannter Bauart aufge teilt: ein wellenlängenselektiver Spiegel MSr reflektiert eine rote Komponente, die den einfarbigen Strahl Fr bildet und der nach Reflexion an einem ebenen Spiegel MP&sub1; zur einfarbigen Vorrichtung DMr gelangt. Ein weiterer wellenlängenselektiver Spiegel MSb reflektiert eine blaue Komponente, die den einfarbigen Strahl Fb bildet, der zu einer einfarbigen Vorrichtung DMb nach Reflexion an einem ebenen Spiegel MP&sub2; gelangt. Die grüne Komponente, die den Strahl Fv bildet, wird direkt zur einfarbigen Vorrichtung DMv übertragen.
• Auf jede einfarbige Vorrichtung folgt ein Analysator Ar, Av, Ab und ein Projektionsobjektiv LPr, LPv, LPb, so daß die drei Bilder unterschiedlicher Farben, die in den Gruppen GMr, GMb und GMv von modulierten Strahlen enthalten sind, auf der Projektionswand EP überlagert werden.
• Figur 6 zeigt schematisch einen Farbprojektor 40, der nur eine Separator-Richteinheit ESE für mehrere zur Behandlung von unterschiedlichen Farben bestimmte Modulationseinheiten verwendet.
• Die Lichtquelle 2a erzeugt einen unpolarisierten Strahl FLB weißen Lichts, der sich entlang einer Achse x1 ausbreitet. Der Strahl FLB weißen Lichts gelangt an eine Separator-Richteinheit ESE, die beispielsweise der aus Figur 3 ähnelt, genauso wie dort (siehe Figur 3) der Strahl der Quelle FS zur Einheit gelangt.
• Die Separator-Richteinheit ESE liefert eine Hauptgruppe GP von Teilstrahlen (polarisiertes Licht) mit Polansationsrichtungen P gleichen Typs wie im Fall der polarisierten Strahlen FP1, FP2. Die in der Gruppe GP enthaltenen Teilstrahlen bilden die Gruppe GS von Bildern der Quelle (mit den vier nicht dargestellten Bildern IS1 bis IS4) zu beiden Seiten einer optischen Achse AO, die der optischen Hauptachse xP in Figur 3 entspricht. Ähnlich wie in Figur 3 kann eine Relaislinse jedem Bild IS1 bis IS4 der Quelle zugeordnet werden, was dazu führt, daß in der Ebene dieser Bilder der Quelle eine Matrix oder Gruppe von Relaislinsen angeordnet wird, die in Figur 6 durch eine einzige Linse GLR symbolisch angedeutet ist.
• Die Bilder IS1, IS2, IS3, IS4 der Quelle, die in der Gruppe GS enthalten sind, werden mit weißem Licht geformt. Die Hauptgruppe GP von Teilstrahlen (in weißem Licht) ver läuft zu einem ersten wellenlängenselektiven Spiegel ml, der nur für blaues Licht empfindlich ist. Dieser Spiegel reflektiert die blaue Komponente Fib der Hauptgruppe GP von Teilstrahlen, d.h. die blaue Komponente jedes der Teilstrahlen SF1 bis SF4 (nicht dargestellt), und überträgt die grüne und rote Komponente F1v, F1r dieser Teilstrahlen ohne Reflexion. So verläuft nur die blaue Komponente in Richtung zu einem zweiten Spiegel m2, während die rote und die grüne Komponente zu einem dritten wellenlängenselektiven Spiegel m3 gelangen. Die blaue Komponente F1b wird vom zweiten Spiegel m2 zum LCD-Schirm Sb gelenkt, der für die Modulation des blauen Bilds zuständig ist. Der zweite Spiegel m2 wird nur durch das einfarbige Licht, beispielsweise blaues Licht, beleuchtet, braucht deshalb nicht selektiv zu sein. Am dritten Spiegel m3, der nur für grünes Licht reflektierend wirkt, wird die grüne Komponente F1 zu einem LCD-Schirm 5v abgelenkt, der dem grünen Bild zugeordnet ist. Die rote Komponente F1r wird vom dritten Spiegel m3 zu einem LCD-Schirm 5r durchgelassen, der dem roten Bild zugeordnet ist. So gelangen die drei Komponenten je durch einen ihnen zugeord neten LCD-Schirm 5r, 5b, 5v und bilden dann je eine Gruppe von modulierten Strahlen GMr, GMb und GMv. Die der blauen Farbe zugeordnete modulierte Gruppe GMb durchläuft nacheinander einen vierten selektiven Spiegel m4, der nur grünes Licht reflektiert, und einen fünften selektiven Spiegel m5, der nur rotes Licht reflektiert, um schließlich zum Projektionsobjektiv LP zu gelangen.
• Die modulierte Gruppe GMv, die dem grünen Bild zugeordnet ist, wird vom selektiven Spiegel m4 reflektiert, durchquert dann den fünften selektiven Spiegel m5 und kommt am Projektionsobjektiv LP an.
• Schließlich wird die Gruppe GMR bezüglich des roten Bilds vom sechsten selektiven oder nicht-selektiven Spiegel m6 reflektiert und dann erneut vom selektiven Spiegel m5 in Richtung zum Projektionsobjektiv LP angelenkt.
• Ein Analysator kann jedem LCD-Schirm 5 zugeordnet sein, oder ein gemeinsamer Analysator A kann, wie in Figur 6 gezeigt, beispielsweise zwischen den fünften selektiven Spiegel m5 und das Projektionsobjektiv LP eingefügt werden. Die modulierten Gruppe GMb, GMr, GMv verlaufen dann zur nicht dargestellten Projektionswand, auf der die drei Bilder unterschiedlicher Farben, die in je einer der modulierten Gruppen enthalten sind, überlagert werden.
• Die Feldlinsen sind in Figur 6 nicht gezeigt, aber die Anordnung in Figur 6 ist mit der Verwendung solcher Linsen vereinbar.
• Ein Vorteil dieser Anordnung besteht insbesondere darin, daß gleiche Abstände zwischen den Bildern IS1 bis IS4 der Quelle und den LCD-Schirmen 5v, 5r, 5b sowie zwischen den LCD-Schirmen und dem Projektionsobjektiv LP vorliegen. Natürlich kann jede Permutation der Farben in Betracht gezogen werden.

Claims (18)

1. Bildprojektor mit mindestens einem räumlich das Licht modulierenden Schirm (5) und mindestens einem Lichtpolarisationsseparator (SP, CSP), der von einem unpolarisierten Lichtstrahl (FS) aus einer Quelle (2) beleuchtet wird, wobei der Polarisationsseparator (SP, CSP) am Ausgang als Antwort zwei polarisierte Strahlen (FP1, FP2 und FP2') liefert, deren Lichtpolarisationsrichtungen zueinander orthogonal sind, worauf das Licht der beiden polarisierten Strahlen vom räumlichen Modulationsschirm moduliert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter Mittel aufweist, um einerseits das Licht mindestens eines dieser beiden polarisierten Strahlen (FP1, FP2) in mindestens zwei Teilstrahlen (SF1, SF2 und SF3, SF4) aufzuteilen, deren Querschnitte je zu dem des räumlichen Modulationsschirms homothetisch sind, und um andererseits auf dem räumlichen Modulationsschirm (5) die Leuchtflecken aller Teilstrahlen zu überlagern.

2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Modulationsschirm (5) rechteckförmig ist.

3. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Modulationsschirm (5) das Format 16:9 besitzt.

4. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der räumliche Modulationsschirm ein Flüssigkristallschirm ist.

5. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unmodulierte Lichtstrahl (FS) kreisförmigen Querschnitt besitzt.

6. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linseneinheit (EL1, EL2), die aus mindestens zwei Sammellinsen (L1, L2) besteht, welche Separatorlinsen genannt werden, im Verlauf mindestens eines der polarisierten Strahlen (FP1, FP2 und FP2') liegt.

7. Projektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Separatorlinse (L1, L2) eine Oberfläche hat, deren Form mit der des räumlichen Modulationsschirms (5) homothetisch ist.

8. Projektor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Separatorlinse (L1, L2) rechteckig ist.

9. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 6 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Linseneinheit (REL1, EL2) die Separatorlinsen so nebeneinander liegen, daß jede Linseneinheit (EL1, EL2) eine Form besitzt, die zur Form des Querschnitts des polarisierten Strahls (FP1, FP2) homothetisch ist, in dessen Verlauf sie sich befindet.

10. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 6 oder 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Linsenein heit (EL1, EL2) den ganzen polarisierten Strahl (FP1, FP2') auffängt, in dessen Verlauf sie liegt.

11. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator (SP; CSP) den beiden polarisierten Strahlen (FP1, FP2) eine quadratischen Querschnitt verleiht.

12. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter ein die Polarisations richtung drehendes Element (RP) aufweist, das im Verlauf des einen der beiden polarisierten Strahlen (FP1, FP2) liegt.

13. Projektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Polarisationsrichtung drehende Element (RP) eine Flüssigkristallzelle vom nematischen Typ mit 90º-Spirale ist.

14. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator eine Polarisations-Trennebene (SP) senkrecht zur Ebene des räumlichen Modulationsschirms (5) aufweist.

i5. Projektor nach Anspruch 14, bei dem der räumliche Modulationsschirm (5) auf eine Hauptachse (xP) zentriert ist, die senkrecht zu diesem Schirm verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß Reflexionsmittel (M1 bis M4, M'1l bis M'4) vorgesehen sind, um die Teilstrahlen (SF1 bis SF4) mindestens zweimal zu reflektieren, nämlich ein erstes Mal in Richtung zur optischen Achse (xP) und ein zweites Mal in Richtung zum räumlichen Modulationsschirm (5), so daß jeder Teilstrahl das Bild (IS1 bis IS4) der Quelle nach der zweiten Reflexion bildet und auf den räumlichen Modulationsschirm (5) einen Leuchtfleck projiziert, dessen Abmessungen mit denen des räumlichen Modulationsschirms komzidieren.

16. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Elementen, die einerseits zur Trennung des unpolarisierten Lichtstrahls (FS) in zwei polarisierte Strahlen (FP1, FP2, FP2') und dann andererseits zur Umwandlung mindestens eines der beiden polarisierten Strahlen in mindestens zwei Teilstrahlen (FS1 bis F54) dienen, welche je ein Bild (IS1 bis IS4) der Quelle formen, eine Gruppe darstellt, die Separator-Richteinheit (ESE) genannt wird und mit einem räumlichen Modulationsschirm (5) zusammenwirkt, um einfarbige Bilder zu realisieren.

17. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis i5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsseparator (SP), das die Polarisation drehende Element (RP) und die Einheit oder Einheiten (EL1, EL2) von Separatorlinsen eine Separator-Richteinheit (ESE) bilden, in der der Polarisationsseparator (SP) von einem unpolarisierten weißen Licht bestrahlt wird, wobei die Separator-Richteinheit (ESE) mehrere Bilder (IS1 bis IS4) der Quelle erzeugt, und daß die Separator-Richteinheit (ESE) mit mindestens zwei räumlichen Modulationsschirmen (5v, 5r, 5b) über eine Vorrichtung zum Trennen der Farben des Lichts (ml bis m6) zusammenwirken und jeder räumliche Mcdulationsschirm Licht einer anderen Farbe moduliert.

18. Bildprojektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Separator-Richteinheit (ESE) aufweist, die mit mindestens drei räumlichen Modulationsschirmen (5b, 5v, 5r) sowie einem gemeinsamen Projektionsobjektiv (LP) mit Hilfe von mindestens sechs Spiegeln (m1 bis m6) zusammenwirken, von denen mindestens vier wellenlängenselektive Spiegel sind, wobei jeder räumliche Modulationsschirm (5b, 5v, 5r) Licht einer anderen Farbe moduliert.