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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Farbbildprojektionsanordnung mit Beleuchtungsmitteln,
Bildwiedergabemitteln mit einer Anzahl Bildwiedergabeplatten, die
je mit einem anderen Farblicht beleuchtet werden und die je eine
Anordnung von Pixeln haben, die in Reihen und Spalten vorgesehen
sind, und die je arbeiten zum Erzeugen eines Wiedergabeausgangssignals,
mit Mitteln zum Kombinieren der Wiedergabeausgangssignale der Anzahl
Wiedergabeplatten, mit einer Projektionslinse zum Projizieren der
kombinierten Ausgänge
auf einen Projektionsschirm zum Erzeugen eines Bildes, und mit elektrisch
optischen Ablenkmitteln, die zwischen zwei Moden umschaltbar sind,
in denen für jede
Platte die Lichtstrahlen von einer Reihe von Pixeln der Wiedergabeplatten
und durch die Ablenkmittel hindurchgehend, gegenüber einander verschoben werden
können
um das projizierte Bild in der Reihe von Pixeln auf dem Projektionsschirm
zu verlagern und wobei die elektrisch optischen Ablenkmittel ein doppelbrechendes
Element aufweisen, das hinter den Kombiniermitteln und den segmentierten
Polarisationsumschaltmitteln liegt, die vor dem doppelbrechenden
Element liegen.
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Eine derartige Anordnung kann für eine großflächige Wiedergabeanordnung
eines ausgestrahlten Videoprogramms, oder eines Bildsignals aus
einem Speichermedium, beispielsweise einer optischen Platte oder
einem Computermedium, verwendet werden. Die in einer derartigen
Anordnung verwendeten Bildwiedergabeplatten können Matrix-LCD-Platten sein, die
aus einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial
bestehen, das wie ein Sandwich zwischen zwei Substraten vorgesehen
ist, wobei ein Polarisator vorgeschaltet und ein Analysator nachgeschaltet
ist. Die Platten umfassen eine Vielzahl von Pixeln, d. h. einzelnen
Bildelementen, vorgesehen in Reihen und Spalten und durch ein System
von Reihenund Spaltenelektroden angesteuert, die von einem oder
den beiden Substraten getragen werden, über die den Pixeln Steuersignale
zugeführt
werden. Die Matrix-LCD-Platte kann von dem aktiven Typ sein, wobei
jedes einzelne Pixel mit einer Schaltanordnung, typischerweise einem
Dünnfilmtransistor (TFT)
oder einer Dünnfilmdiode
(TFD) versehen ist. Für
eine Farbprojektionswiedergabeanordnung kann dann die Anordnung,
wie bei bekannten LC-Projektionsanordnungen, drei Wiedergabeplatten
haben, die je mit Licht einer bestimmten Primärfarbe, Rot, Grün, Blau,
beleuchtet werden, was dadurch erhalten werden kann, dass das Ausgangssignal
einer Quelle weißen
Lichtes in die primären
Farbkomponenten zerlegt wird, wobei jede Platte ihre betreffende
primäre
Farbkomponente entsprechend der zugeführten Wiedergabeinformation,
beispielsweise einem Videosignal, moduliert und wobei die modulierten
Ausgangssignale kombiniert und auf den Schirm projiziert werden
zum Erzeugen eines Vollfarbbildes.
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Bei herkömmlichen Projektionsanordnungen sollte
die Anzahl Pixelreihen in den Bildwiedergabeplatten der Anzahl Bildzeilen
in dem gelieferten Videosignal entsprechen, damit gewährleistet
wird, dass alle Bildinformation bei der Erzeugung der betrachteten
Wiedergabe verwendet wird. In einem genormten Fernsehsignal besteht
jedes Frame aus zwei zeilenversprungenen Teilbildern, die sequentiell übertragen werden,
wobei jedes Teilbild die Hälfte
der gesamten Anzahl Wiedergabezeilen aufweist. Die Information für alle ungeradzahligen
Zeilen wird übertragen
und danach wird die Information für alle geradzahligen Zeilen übertragen.
In einer Matrix LC Wiedergabeplatte geben die Pixelreihen je die
Information einer Videozeile wieder und alle Pixelreihen, die ungeradzahligen
sowie die geradzahligen, werden ständig beleuchtet, so dass Licht
durch die Pixel in den geradzahligen Reihen geht in der Zeit, wo
die Information über
die ungeradzahligen Reihen verfügbar
ist und umgekehrt. Weil jedes Pixel der Platte zu jedem Zeitpunkt
Licht durchlässt,
wird alte Bildinformation mit der jüngsten Bildinformation verwoben,
was zu Wiedergabenartefakten in einem Bild mit schnell bewegenden
Teilen führt.
Es wurden verschiedene Wege untersucht um die Artefakte zu verringern.
So können
beispielsweise während
jeder Bildperiode, wenn neue Information nur für die Hälfte der Pixelreihen geliefert
wird, die benachbarten Reihen mit derselben Information versehen
werden. Dies führt
aber zu einer Verringerung des Bildkontrastes und der Auflösung.
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Ein Flüssigkristall-Videoprojektor
ist in dem Artikel mit dem Titel: "A practical wobbling device using Ferro-Electric
Liquid Crystals for realising high resolution prjectors" von A. Yasuda u.
a. in: "Asia Display
1995", Seiten 79–82, wobei
das ungeradzahlige Teilbild eines Bildframes durch dieselben Pixelreihen wiedergegeben
wird, wie das geradzahlige Teilbild. Dazu umfasst der Projektor
eine sog. Wobbelanordnung, die als ein elektrooptisches Ablenkmittel
wirksam ist. Diese Anordnung besteht aus einem segmentierten Polarisationsschalter
und einer doppel brechenden Platte. Der Polarisationsschalter, der eine
ferroelektrische Flüssigkristallplatte
aufweist, ist antreibbar zum Drehen der Polarisationsebene des Lichtes
von der Wiedergabeplatte um neunzig Grad und die doppel bre chende
Platte ändert
die Fortpflanzungsrichtung der Lichtstrahlen, und zwar abhängig von
der Orientierung der Polarisationsebene. Die Segmente des Polarisationsschalters
werden derart nacheinander verarbeitet, dass die Polarisationsebene
des Lichtes von der Wiedergabeplatte, das durch jedes Segment hindurchgeht,
einer Gruppe von Pixelreihen entspricht, nacheinander geschaltet
wird. Das Betreiben der Wobbelanordnung wird zu dem zeilenversprungenen
Bildsignal synchronisiert, das zwei Teilbilder für jedes Bild umfasst und beispielsweise
25 oder 30 Frames in der Sekunde, die der Wiedergabeplatte geliefert
werden. Die Bildzeilen in der projizierten Wiedergabe, die dem zweiten
Teilbild entsprechen, werden zu den Gebieten zwischen den Pixelreihen
verschoben, wodurch verschachtelte Bilder erhalten werden, und wodurch
es scheint, als habe sich die Anzahl wiedergegebener horizontaler Zeilen
verdoppelt. Auf diese Weise kann zum Wiedergeben eines genormten
Fernsehsignals, NTSC oder PAL, eine Wiedergabeplatte benutzt werden,
die eine Anzahl Pixelreihen hat, welche die Hälfte einer herkömmlichen
Wiedergabeanordnung beträgt.
Anderseits kann ein Hochauflösungsbild
mit beispielsweise 1148 horizontalen Zeilen mit Hilfe einer Platte wiedergegeben
werden, die nur 574 Pixelreihen hat und ursprünglich bestimmt war zur Wiedergabe
eines genormten Fernsehsignals. Mit einer derartigen Projektionsanordnung
werden geradzahligen Zeilen nicht wiedergegeben, wenn nur die Information
der ungeradzahlig nummerierten Zeilen verfügbar ist, und umgekehrt. In
einer in diesem Artikel beschriebenen Farbprojektionsanordnung ist
das elektrooptische Ablenkmittel, das den Polarisationsschalter
und die doppel brechende Platte enthält, zwischen dem optischen
Kombiniermittel in Form eines dichroischen Prismas, und der Projektionslinse
vorgesehen, und zwar zum Kombinieren der Ausgangssignale aus den
drei LC-Platten zu einem einzigen Strahl.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung eine verbesserte Farbbildprojektionsanordnung
zu schaffen, wobei eine derartige Verschachtelungstechnik angewandt
wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung,
die in Anspruch 1 definiert ist, weist eine Bildprojektionsanordnung
der eingangs beschriebenen Art das Kennzeichnen auf, dass die segmentierten
Polarisationsumschaltmittel ein betreffendes segmentiertes Polarisationumsschaltelement
aufweisen, das zwischen jeder Wiedergabeplatte und dem Kombiniermittel
liegt. Mit einer derartigen Anordnung wird eine stark verbesserte
Leistung erhalten, dies im Vergleich mit der bekannten Anordnung,
wobei das Polarisationsmittel und das doppel brechende Element der
Ablenkmittel nebeneinander zwischen dem Kombiniermittel und der
Projektionslinse vorgesehen sind. Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass das Licht, das durch die Bildwiedergabeplatten
geht, gewissermaßen
divergiert und dass bei der bekannten Anordnung Licht, das von einer
Reihe von Pixeln in einer Platte ausgeliefert wird, durch die Divergenz
von Licht, das von der Platte ausgestrahlt wird und das nach dem
Durchgang durch die optischen Kombiniermittel gegangen ist, viele
der Segmente des Polarisationsumschaltmittels erreicht. Folglich
wird dieses Ausgangssignal von einer Reihe von Pixeln ein Gemisch
der beiden Polarisationstypen aufweisen, wenn es das doppel brechende
Element erreicht und einige werden verlagert, wenn es nicht erwartet
wird, dass sie verlagert werden, und umgekehrt, und zwar zu einem
wesentlichen Teil einer Teilbildperiode. Dies führt zu einem unscharfen projizierten
Bild mit einem allgemeinen Verlust an Auflösung und Kontrast. Mit betreffenden einzelnen
Polarisationsumschaltelementen, vorgesehen zwischen den Wiedergabeplatten
und den Kombiniermitteln, wodurch im Endeffekt die Polarisationsumschaltmittel
näher zu
den Platten verlagert werden, wird das Ausmaß dieses Problems reduziert und
Bilder mit einer wesentlich besseren Auflösung werden im Gegenteil dazu
erhalten.
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Vorzugsweise werden die Polarisationsumschaltelemente
nahe bei der Ausgangsseite der betreffenden Wiedergabeplatten vorgesehen.
Je näher jedes
Polarisationsumschaltelement bei der Wiedergabeplatte liegt, umso
mehr die Bildqualität
verbessert wird. In einer speziellen bevorzugten Ausführungsform
wird jede Wiedergabeplatte und das betreffende Polarisationsumschaltelement
zusammen angebracht zum Bilden einer einzigen Einheit, beispielsweise
durch Verklebung, das auch zum Vereinfachen der Anordnung und des
Zusammenbaus der Elemente der Anordnung dient.
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Jedes Polarisationsumschaltelement
umfasst vorzugsweise eine segmentierte Flüssigkristallanordnung. Während die
vorliegende Erfindung eine Anzahl Polarisationsumschaltelemente
statt eines gemeinsamen Polarisationsumschaltelementes, wie bei
der bekannten Schaltungsanordnung, erfordert, trägt dies nicht übermäßig bei
zu der Komplexität oder
zu dem Preis der Anordnung. Es wird dennoch ein einziges gemeinsames
doppel brechendes Element benutzt, das, im Falle des Elementes,
das eine Quarzkristallplatte trägt,
wie bei der bekannten Anordnung, das teurere Element der Ablenkeinheit
ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Farbprojektionsanordnung nach
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische schaubildliche Ansicht der Elemente eines Teils eines
Farbkanals in der Projektionsanordnung,
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3 typische
Treiberwellenformen zum betreiben eines elektrooptischen Ablenkmittels,
verwendet in der Projektionsanordnung, und
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4 eine
schematische Darstellung der Wiedergabezeilenstruktur des Bildes,
an dem Projektionsschirm.
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Es dürfte einleuchten, dass die
Figuren nur schematisch und nicht maßstabgerecht gezeichnet sind.
In den Figuren werden für
die gleichen oder für ähnliche
Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In 1 umfasst
die Anordnung eine Beleuchtungseinheit 10, die einen Weißlicht-Ausgangsprojektionsstrahl 11 liefert.
Die Beleuchtungseinheit 10 ist eine herkömmliche
Form mit beispielsweise einer Lichtquelle, wie einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe,
einem Reflektor, der auf einer Seite der Lichtquelle vorgesehen
ist und mit einer Kondenserlinse, die auf der gegenüber liegenden
Seite vorgesehen ist, durch die hindurch ein kollimierter Ausgangsstrahl
erhalten wird. Die Einheit kann ebenfalls Integratorplatten enthalten
zum Erzeugen eines Strahles mit einer im Wesentlichen einheitlichen
Intensität
und einem geeigneten Querschnitt, von denen Beispiele in US-A-5098184
und US-A-5184248 gegen sind.
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Der Projektionsstrahl ist in Primärfarbanteile aufgeteilt,
die mit Hilfe einer Lichtspaltanordnung betreffenden Transmissionsbildwiedergabeplatten 33R, 33B und 33G zugeführt werden,
die deren betreffenden verschiedenen Farbanteile modulieren. Die Lichtspaltanordnung
umfasst einen farbselektiven Reflektor 20, beispielsweise
einen dichroischen Spiegel, der den blauen Farbanteil bB des
eintreffenden Weißlichtstrahles
reflektiert und den Rest des Strahles durchlässt. Ein zweiter farbselektiver
Reflektor 21, wieder beispielsweise mit einem dichroischen
Spiegel, reflektiert den grünen
Farbanteil bG und lässt den restlichen roten Farbanteil
bR zu einem Reflektor 22 durch,
der den roten Strahlanteil in einer Richtung zu der Wiedergabeplatte 33R hin
reflektiert. Der Reflektor 22 kann ein neutraler Reflektor
sein, der für
rotes Licht optimiert worden ist. Der blaue Strahlanteil bB wird durch einen neutralen oder einen für Blau selektiven
Reflektor 23 reflektiert. Zusammen bilden die Elemente 20, 21, 22 und 23 Mittel
zum Spalten des eintreffenden Projektions strahles in die drei Primärfarbanteile
und zum Richten dieser Anteile zu betreffenden Bildwiedergabeplatten.
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Der blaue Strahlanteil bB wird
von dem Reflektor 23 in Richtung der Bildwiedergabeplatte 33B reflektiert.
Diese Platte wird auf bekannte An und Weise betrieben zum Modulieren
des Lichtes entsprechend der gelieferten Wiedergabeinformation, so
dass der blaue Anteil des zu projizierenden Bildes auf dieser Platte
erscheint. Der mit der blauen Information modulierte Strahlanteil
erreicht eine Projektionslinseneinheit 28 über einen
farbselektiven Reflektor 24, beispielsweise einen dichroischen
Spiegel, der den blauen Strahlanteil durchlässt und den grünen Strahlanteil
reflektiert, und einen weiteren farbselektiven Reflektor 25,
beispielsweise einen dichroischen Spiegel, der den blauen Strahlanteil
derart reflektiert, dass dieser sich parallel zu der optischen Achse
der Projektionslinseneinheit erstreckt. Der grüne Strahlanteil bG trifft
auf die zweite Bildwiedergabeplatte 33G, an der er mit
dem grünen
Farbanteil des Bildes moduliert wird und wird danach von den farbselektiven
Reflektoren 24 und 25 in Richtung der Projektionslinseneinheit 28 reflektiert.
Der rote Strahlanteil bR durchquert eine
dritte Bildwiedergabeplatte 33R, wo er mit dem roten Farbanteil
moduliert wird und erreicht die Projektionslinseneinheit über den
farbselektiven Reflektor 25.
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Zusammen bilden die Elemente 24 und 25 optische
Kombiniermittel, welche die einzelnen modulierten Strahlen (R, G
und B) aus den Bildwiedergabeplatten 33 zu einem einzigen
Strahl für
die Linseneinheit 28 neu kombinieren. Der blaue, rote und grüne Strahlanteil
werden bei einer Eingangsöffnung der
Linseneinheit überlagert
und durch die Einheit 28 wird an dem Projektionsschirm 32 ein
Farbbild erzeugt.
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Die optischen Weglängen zwischen
dem Ausgang der Beleuchtungseinheit 10 und jeder Wiedergabeplatte 33R, 33G und 33B sind
vorzugsweise einander gleich so dass der Querschnitt des roten, blauen
und grünen
Strahlanteils an der Stelle deren Wiedergabeplatte derselbe ist.
Auch die optischen Weglängen
zwischen den Wiedergabeplatten 33R, 33G und 33B und
der Eingangsöffnung
der Projektionslinseneinheit 28 sind im Wesentlichen einander gleich,
so dass die verschieden gefärbten
Wiedergabeausgangssignale auf befriedigende Weise am Projektionsschirm überlagert
werden. Die Linsen 29, 30 und 31, die
vor den Wiedergabeplatten 33B, 33G bzw. 33R vorgesehen
sind, sind Feldlinsen, die gewährleisten,
dass alles Licht, das von der Ausgangsöffnung der Beleuchtungseinheit
herrührt,
in der Eingangspupille der Projektionslinseneinheit konzentriert
wird.
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Jede Bildwiedergabeplatte 33 umfasst
eine räumliche
Licht modulierende Flüssigkristall-Wiedergabeplatte,
vorzugsweise eine verdrillte nematische flüssigkristalline aktive Matrixplatte
von dem TFT- oder Dünnfihndioden-Typ.
Die Platte ist von einer herkömmlichen
Form mit einer Matrixanordnung von m Reihen und n Spalten mit Pixeln
(d. h. Wiedergabeelementen). Die Wirkung der drei Wiedergabeplatten 33 ist
synchronisiert. Die Platten 33 werden entsprechend der
roten, grünen
und blauen Information eines zugeführten Videosignals betrieben,
wobei die Reihen von Pixeln in jeder Platte 33 auf herkömmliche
Art und Weise eine nach der anderen von der ersten Reihe, der Reihe
1, bis zur letzten Reihe, der Reihe m, derart betrieben werden,
dass alle Reihen in einer Teilbildperiode T, entsprechend der Teilbildperiode
des zugeführten
Videosignals, betrieben werden. Das Videosignal ist von einem verschachtelten
Typ, wobei ungeradzahlige und geradzahlige Videozeile in ungeradzahligen
bzw. geradzahligen Teilbildperioden präsentiert werden. In zwei aufeinander folgenden
Teilbildperioden, einer ungeradzahligen und einer geradzahligen,
werden folglich die Reihen mit Pixeln adressiert zum Wiedergeben
ungeradzahliger und geradzahliger Zeilen, wobei jede Reihe mit Pixeln
zunächst
eine ungeradzahlige Zeile wiedergibt und danach eine geradzahlige
Zeile wiedergibt. Wenn nun vorausgesetzt wird, dass die Anzahl Pixelreihen,
m, der Anzahl ungeradzahliger, oder der Anzahl geradzahliger, Zeilen
in dem Videosignal entspricht, dürfte
es einleuchten, dass die m ungeradzahligen Zeilen und die m geradzahligen
Zeilen des Videosignals von den m Pixelreihen über zwei Teilbildbildperioden,
d. h. eine Bildperiode, wiedergegeben werden.
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In einer herkömmlichen Projektionsanordnung,
wobei Matrixwiedergabeplatten verwendet werden, soll die Anzahl
Pixelreihen in jeder Wiedergabeplatte der gesamten Anzahl Bildzeilen
aus den beiden Teilbildern in dem von der Anordnung empfangenen
Videosignal entsprechen oder dieser Anzahl nahe liegen. Es gibt
aber Probleme bei der Herstellung derartiger Platten und beim Erzielen
eines angemessenen Aperturverhältnisses,
insbesondere wenn die Platten zur Wiedergabe eines Hochauflösungs-Videosignals
verwendet werden sollen. Zum Überwinden
dieser Probleme umfasst die Anordnung nach 1 optische Ablenkmittel, die Polarisationsumschaltmittel
und ein doppelbrechendes Element aufweisen. Das doppelbrechende
Element, durch 40 in 1 bezeichnet,
liegt hinter den optischen Kombiniermitteln und ist bei dieser Ausführungsform
zwischen den optischen Kombiniermitteln 24, 25 und
der Projektionslinseneinheit 28 vorgesehen. Die Polarisationsumschaltmittel
bestehen aus drei einzelnen segmentierten Polarisationsumschaltele menten 42R, 42B und 42G,
für jede
Wiedergabeplatte ein Element, vorgesehen in der Nähe der Ausgangsseite
deren betreffenden Wiedergabeplatte 33 und optisch vor
den optischen Kombiniermitteln 24, 25.
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Die Wirkungsweise der optischen Ablenkmittel
wird nachstehend beschrieben, und zwar anhand eines Farbkanals der
Anordnung, wobei es einleuchten dürfte, dass die Wirkungsweise
in den zwei anderen Kanälen
entsprechend ist. Ein Farbkanal, und zwar der rote Kanal, der Anordnung
ist detailliert schematisch schaubildlich in 2 dargestellt. Die Beleuchtungseinheit 10 und
die Elemente der optischen Spaltmittel, die mit diesem Farbkanal
assoziiert sind, sind der Einfachheit halber fortgelassen. Die Richtung
des Projektionslichtes ist von links nach rechts. Die Pixel der
Platte 33R, vorgesehen in Reihen und Spalten, sind durch
die Rechteckblöcke 45 angegeben,
welche die offenen Aperturen darstellen, getrennt durch undurchsichtige
Linien. Nur eine geringe Anzahl Pixel sind der Einfachheit halber
dargestellt. Der Platte 33R ist ein Polarisator 44 vorgeschaltet
und ein Analysator 43 folgt ihr. Das assoziierte Polarisationsumschaltelement 42R der
optischen Ablenkmittel ist zwischen dem Analysator 43 und dem
selektiven reflektiven Element 25 vorgesehen, während das
doppelbrechende Element 40, das den drei Farbkanälen gemeinsam
ist, hinter dem Element 25 und vor der Projektionslinseneinheit 28 vorgesehen
ist, dies alles hier schematisch dargestellt. Das Polarisationsumschaltelement 42R,
ermöglicht,
je nach dem zugeführten
elektrischen Steuersignal, dass Licht ohne Änderung an der Polarisationsebene hindurchgeht,
oder die Polarisationsebene des Lichtes, das hindurchgeht, um neunzig
Grad dreht. Das doppelbrechende Element 40 erzeugt ggf.,
abhängig von
der Polarisation des hindurchgehenden Lichtes eine vertikale Positionsverschiebung.
Jedes Segment des Polarisationsumschaltelementes ist mit dem Lichtausgang
von einer betreffenden Gruppe benachbarter Pixelreihen assoziiert.
Das Segmentieren des Polarisationsumschaltelementes ist notwendig,
wenn man das Abtasten der Wiedergabeplatte bedenkt, was bedeutet,
dass jeden Augenblick bestimmte Pixekeihen Information von einem
geradzahligen Teilbild wiedergeben, während die anderen Information
von einem ungeradzahligen Teilbild wiedergeben. Das Polarisationsumschaltelement 42R wird
durch eine Platte gebildet, die eine Schicht 34 aus elektrooptischem
Material aufweist, wie einem ferroelektrischen oder einem verdrillten
nematischen Flüssigkristall-Material,
das wie bei einem Sandwich zwischen einer gemeinsamen transparenten
Elektrode 37 und einer segmentierten transparenten Elektrode 38 vorgesehen
ist, die je auf einem transparenten Substrat 35 bzw. 36 vorgesehen sind.
Die Elektrode 38 ist in eine Anzahl Streifenelektroden
aufgeteilt, die sich parallel zu der Pixelreihenrichtung der Platte 33R erstrecken,
welche die betreffenden Segmente definieren. Wenn das Licht von
jeder Pixelreihe der Wiedergabeplatte einzeln abgelenkt werden sollte,
wäre eine
komplexe Elektrodenstruktur und eine Vielzahl von Steuerschaltungen
erforderlich. Deswegen wird bevorzugt, dass die Elektrode 38 in eine
geringe Anzahl Streifenelektroden 38a–38d aufgeteilt wird,
die je mit einer betreffenden Gruppe benachbarter Pixelreihen der
Platte 33 ausgerichtet sind, so dass die Platte 42R eine
geringere Anzahl horizontaler Segmente aufweist, die je zum Ablenken der
gesamten Anzahl Pixelreihen dienen. Bei der Ausführungsform nach 2 ist das Umschaltelement 42R der
Einfachheit halber derart dargestellt, als habe es vier horizontale
Segmente, a bis d, aber die Anzahl in der Praxis verwendeter Segmente
ist vorzugsweise größer, beispielsweise
bis zu zehn oder mehr. Die Segmentelektroden 38 könnten stattdessen
auf dem Substrat 35 vorgesehen sein.
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3 zeigt
die Steuerspannungswellenform und die relativen Zeitgebungen für die vier
Segmente a, b, c und d des Polarisationsumschalters in dem Fall,
dass T. N. Flüssigkristall
verwendet wird. TF ist eine Teilbildperiode,
d. h. eine halbe Video-Bildperiode. Die Segmentsteuerspannungen
VS für
die aufeinander folgenden Segmente a, b, c und d werden je um ein
Viertel der Teilbildperiode gegenüber dem vorhergehenden Segment
verschoben. Die Steuerspannungen bestehen aus kurzen Rechteckimpulsen,
die bipolar sind zum Eliminieren von DC-Spannungen und werden zu
dem wiederzugebenden Videosignal synchronisiert. Dadurch, dass diese
Spannungen den Streifenelektroden 38a– 38d zugeführt werden,
wird jede dieser Elektroden innerhalb jeder Bildzeit, aktiv während eines
ersten Zeitintervalls und inaktiv während eines zweiten Zeitintervalls.
Dieses erste und zweite Zeitintervall entspricht je der Teilbildperiode
und sie werden über
ein Viertel Teilbildzeit für die
aufeinander folgenden Segmente des Polarisationsschalters verschoben.
Das Ergebnis des Vorgangs des Polarisationsumschalters zusammen
mit dem doppelbrechenden Element ist, dass das Licht von den Pixelreihen,
die zu einem bestimmten Umschaltelement, a, b, c oder d, gehören, durch
ein derartiges Segment zwischen zwei Positionen umgeschaltet wird,
wie dies durch die Linien A und A' in 2 angegeben
ist, wobei eine dieser Positionen mit den geradzahligen Bildzeilen
des wiedergegebenen Bildes assoziiert ist und die andere Position
mit den ungeradzahligen Bildzeilen assoziiert ist. Wenn ein ferroelektrisches
LC-Material verwendet wird, kann das Polarisationsumschaltelement auf
eine Art und weise angetrieben werden, wie in der oben genannten
Veröffentlichung
in "Asia Display
1995" beschrieben
worden ist.
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Das doppelbrechende Element 40 umfasst
in dieser Ausführungsform
eine Quarzkristallplatte. Auf alternative Weise aber kann es wenigstens
eine doppelbrechende orientierte Polymerschicht enthalten. Beispiele
derartiger doppelbrechender Elemente sind in US Patentanmeldung
Reihe Nr. 08/627534 (PHN 15.747) beschrieben worden. In einem einfachen
Beispiel umfasst das Element ein Paar dünner, transparenter Platten
aus isotropem Material, beispielsweise Glas, das einen keilförmigen Raum
mit einem kleinen Winkel zwischen denselben definiert, der mit einem
doppelbrechenden Polymermaterial gefüllt ist, das derart ausgerichtet
ist, dass die optische Achse des Materials überall dieselbe ist. Diese spezielle
Form des Elementes schafft eine Winkelverschiebung zwischen den
zwei verschieden polarisierten Strahlen von dem Polarisationsumschalter und
das Element ist in einem geeigneten Abstand von der Wiedergabeplatte
vorgesehen um die erforderliche Querverschiebung zu erhalten. In
anderen beschriebenen Formen des Elementes ist der Winkel der Strahlen
nicht geändert.
Es wird damit eine Querverschiebung erhalten, die konstant ist und
unabhängig
von der axialen Lage des Elementes. In einem Beispiel dieser Form
des Elementes wird ein zentrales Substrat aus einem transparenten
isotropen Material verwendet, dessen einander gegenüber liegende
Seiten mit keilförmig
orientierten Polymerschichten oder mit anisotropen, sägezahnförmig orientierten
Polymerschichten bedeckt sind.
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Mit einem Element von dem transversalen Verschiebungstyp
entspricht die transversale Verschiebung zwischen den zwei verschieden
polarisierten Strahlen von dem Polarisationsumschalter 42R, geliefert
von dem Element, dem halben Mittenabstand zwischen den Pixelreihen
der Wiedergabeplatte. Mit dem Element von dem Winkelverschiebungstyp
wird eine erforderliche laterale Verlagerung von Pixelreihen erhalten,
und zwar durch eine geeignete Positionierung des Elementes 40 gegenüber der Wiedergabeplatte.
Die laterale Verschiebung ist das Produkt aus dem Ablenkwinkel und
dem effektiven optischen Abstand zwischen dem Element 40 und der
Wiedergabeplatte 33.
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Dadurch, dass das Element 40 in
dem Weg des Projektionslichtes vorgesehen ist, werden dann, für eine der
Polarisationsrichtungen, die durch den Polarisationsumschalter 42R bestimmt
wird, die Pixelreihenbilder, gebildet durch die Projektionslinse
an dem Projektionsschirm gegenüber
den Bildern derselben Pixelreihen für die andere Polari sationsrichtung
verlagert. Gesehen in der Rückwärtsrichtung von
der Projektionslinse zu der Wiedergabeplatte verursachen die Ablenkmittel
bei einem geeigneten Umschalten eine deutliche laterale Verlagerung
in der vertikalen, Spaltenrichtung der Pixel. Das Ausmaß einer
derartigen Verlagerung wird selektiert, und zwar durch eine geeignete
Wahl der Verschiebung, erhalten durch das doppelbrechende Element 40,
so dass es etwa der halbe Mittenabstand zwischen den Pixelreihen
beträgt.
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4 zeigt
schematisch einen typischen Teil der Art der projizierten Wiedergabebildstruktur,
erzeugt aus einigen Pixelreihen, die zu einem einzigen Polarisationsumschaltsegment
gehören,
wie dies am Projektionsschirm zu sehen ist. In dieser Figur stellen die
gezogenen Linien die Positionen der projizierten Pixelreihen R1,
R2 und R3 während
einer ersten Halbzeit dar (d. h. während einer Teilbildperiode)
und die punktierten Linien stellen die Positionen derselben projizierten
Pixelreihen während
der zweiten Halbzeit, hier durch R1', R2' bzw.
R3' bezeichnet,
dar. Wenn aber eine Standard-Wiedergabeplatte verwendet wird, kann
das Reihenbild, beispielsweise für
eine ungeradzahlige Zeile, nicht zwischen zwei benachbarten Reihenbildern
für geradzahlige
Zeilen untergebracht werden und es kann Überlappung auftreten, was ein
nicht einwandfreies Zeilensprungverfahren verursacht. Dies führt zu einer
schlechten Wiedergabequalität,
nicht an letzter Stelle, weil die vertikale Auflösung stark beeinträchtigt wird.
Vorzugsweise wird dazu eine Anordnung von Linsenelementen vorgesehen,
und zwar grenzend an die Eingangs- oder Ausgangsseite der Wiedergabeplatte 33R,
wie in der Britischen Patentanmeldung Nr. 9605056.2 (PHB 34.053)
beschrieben worden ist, wobei der Vorgang das Reduzieren der scheinbaren
Höhe des
Bildes der Pixelreihen ist, wobei in der projizierten Bildwiedergabe
Wiedergabezeilen erzeugt werden. Die Höhenreduktion ist relativ zu
der Mitte des Mittenabstandes der Wiedergabezeilen (Pixelreihenbilder)
in der projizierten Wiedergabe. Der Spalt zwischen benachbarten
Wiedergabezeilen in einem Teilbild wird auf entsprechende Weise
vergrößert, so
dass die ungeradzahligen Wiedergabezeilen die Spalte zwischen den
geradzahligen Wiedergabezeilen füllen, und
zwar ohne eine wesentliche Überlappung,
wodurch einwandfrei gegliederte zeilenversprungene Pixelreihenbilder
erzeugt werden. Wenn in der Nähe der
Ausgangsseite der Platte 33 vorgesehen, würde die
Linsenanordnung vorzugsweise dem Polarisationsumschaltelement 42R vorhergehen.
Eine derartige Linsenelementanordnung ist bei 60 in 2 schematisch dargestellt,
wobei sie dem Analysator 43 vorhergeht, aber sie könnte ebenfalls
hinter dem Analysator vorgesehen sein.
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Die Polarisationsumschaltelemente 42B und 42G der
anderen zwei, d. h. Blau und Grün,
Farbkanäle
funktionieren auf gleiche Weise, so dass zusammen mit dem doppelbrechenden
Element 40 optische zeilenversprungene Pixelreihenbilder
von den Wiedergabeplatten 33B und 33G, die Wiedergabezeilen
bilden, auf gleiche Weise an dem Projektionsschirm 32 erzeugt
werden.
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Durch die Anordnung der Bauelemente
der optischen Ablenkmittel wird eine bessere Leistung in der projizierten
Wiedergabe erhalten. Das von einer LC-Wiedergabeplatte 33 herrührende Licht-neigt
dazu, gestreut zu werden, typischerweise mit einem Kegelwinkel von
etwa ±10°. Wenn die
Polarisationsumschaltelemente 40 nahe genug bei den Wiedergabeplatten 33 vorgesehen
werden, wird gewährleistet, dass
das ganze Licht von jeder beliebigen Reihe mit Pixeln in einer Platte
nicht mehr als durch zwei benachbarte Segmente des assoziierten
Polarisationsumschaltelementes hindurchgeht. Für viele der Pixelreihen wird
das dort austretende Licht gerade durch ein einziges Segment hindurch
gehen. Für
den Rest der Pixelreihen, insbesondere für diejenigen in der Nähe der Grenzen
zwischen benachbarten Segmenten wird Licht durch zwei Segmente hindurch
gehen. Dies kann aber marginal günstig
sein. Wenn ein Polarisationsumschaltelement hinter den Kombiniermitteln
angeordnet wäre,
dann würde
das Licht von einer Pixelreihe durch viele Segmente hindurch gehen
und auf diese Weise würde
etwas Licht gedreht werden und etwas Licht bliebe dann ungeändert, und zwar
zu einem wesentlichen Teil der Teilbildperiode, was zu einem Leistungsverlust
führen
würde.
Auch wenn ein doppelbrechendes Element der An, die eine Winkelverschiebung
zu dem Licht erzeugt, wenn die Polarisationsebene gedreht wird,
verwendet wird, wird die Position des doppelbrechenden Elementes durch
den Ablenkwinkel für
jeden gegebenen Reihenraum in der LC-Wiedergabeplatte bestimmt.
Deswegen wird es bevorzugt, dass das Polarisationsumschaltelement
und das doppelbrechende Element einzeln angeordnet sind und nicht
nahe beieinander wie eine Einheit, so dass jedes Element sich in
einer optimalen Lage befinden kann. Das Polarisationsumschaltelement 42 wird
sehr nahe bei der Ausgangsseite der betreffenden Wiedergabeplatte 33 angeordnet,
und zwar zum Optimieren der Leistungsverbesserung. Dazu wird das
Polarisationsumschaltelement 42 vorzugsweise zusammen mit
der assoziierten Wiedergabeplatte 33 angeordnet, die den
Analysator 43 aufweist, zum Bilden einer einzigen integrierten Einheit
beispielsweise durch Verklebung mit Klebstoff.
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Zusammenfassend ist eine Farbbildprojektionsanordnung
beschrieben, die eine Anzahl Bildwiedergabeplatten aufweist, die
je mit Licht einer anderen Farbe arbeiten, deren Ausgangssignale
durch Kombiniermittel kombiniert und über eine Linse auf einen Schirm
projiziert werden, und elektrooptische Ablenkmittel, die ein doppelbrechendes
Element aufweisen, das hinter den Kombiniermitteln und vor den Polarisationsmitteln
vorgesehen ist um die Ausgänge von
den Reihen von Pixeln der Platten in dem ungeradzahligen oder in
dem geradzahligen Teilbild einigermaßen zu verlagern zum Erzeugen
eines zeilenversprungenen Bildes am Schirm zu schaffen, und wobei
eine wesentlich bessere Leistung dadurch erreicht wird, dass ein
betreffendes einzelnes Polarisationsumschaltelement zwischen jeder
Wiedergabeplatte und den Kombiniermitteln vorgesehen wird, vorzugsweise
sehr nahe bei der Ausgangsseite der Wiedergabeplatte.
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Es dürfte einleuchten, dass mehrere
Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsform möglich sind.
So können
die LC-Wiedergabeplatten 33 ferroelektrisches LC-Material,
polymeres verteiltes LC-Material oder andere LC-Materialtypen enthalten.
Es wird angestrebt, dass das Licht modulierende Wiedergabeplatten,
die andere elektrooptische Materialtypen verwenden, verwendet werden können. Auch
die Elemente der den Strahl spaltenden Mittel und der Kombiniermittel
und deren Anordnung können
von der bestimmten beschriebenen Anordnung abweichen, wie dies dem
Fachmann einleuchten dürfte.
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Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung
dürften
dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen
können
andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Bildprojektionswiedergabeanordnung
und der zusammensetzenden Teile davon bereits bekannt und statt
der oder zusätzlich
zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.