DE10256711A1

DE10256711A1 - Projektionsanzeigesystem

Info

Publication number: DE10256711A1
Application number: DE10256711A
Authority: DE
Inventors: Sze-Ke Wang
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2003-08-21
Also published as: JP2003185965A; TW494270B; US20030107715A1; JP3848246B2; US6702447B2

Abstract

Es wird ein Projektionsanzeigesystem offenbart, das Geisterbilder verringern kann. Das Projektionsanzeigesystem verfügt über ein Beleuchtungssystem und ein Bilderzeugungssystem. Das Projektionsanzeigesystem verfügt über eine Lichtquelle zum Emittieren mindestens eines Lichtstrahls sowie eine Feldlinse mit einer ersten Fläche und einer von dieser abgewandten zweiten Fläche, wobei die erste Fläche über mindestens ein Reflexionsgebiet verfügt. Das Bildsystem nutzt die Feldlinse und ein benachbart zur zweiten Fläche derselben angebrachtes Lichtventil zum Reflektieren des durch die Lichtquelle emittierten Lichtstrahls. Der am Lichtventil zum Grenzflächen-Reflexionsgebiet reflektierte Lichtstrahl wird durch das Reflexionsgebiet weiter zu einem Bereich außerhalb des Lichtventils reflektiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Projektionsanzeigesystem, spezieller ein Projektionsanzeigesystem, das Geisterbilder verringern kann.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Die schnelle Entwicklung elektronischer Techniken hat dafür gesorgt, dass Projektionsanzeigevorrichtungen sowohl in Büros als auch Haushalten stärker verbreitet werden. Eine Projektionsanzeigevorrichtung projiziert Bilder auf ein Display, wobei einige Bildverschmierungen erzeugt werden, wie Geisterbilder. Geisterbilder beeinträchtigen die Qualität der projizierten Bilder, und sie bilden demgemäß einen zu beachtenden Punkt beim Konzipieren einer Projektionsanzeigevorrichtung.

Es ist auf die Fig. 1 Bezug zu nehmen, die ein Projektionsanzeigesystem 10 gemäß dem Stand der Technik zeigt. Dieses Projektionsanzeigesystem 10 verfügt über ein Beleuchtungssystem 110 und ein Bilderzeugungssystem 120. Insoweit es das Beleuchtungssystem 110 betrifft, konvergieren weiße Lichtstrahlen, die von einer Lichtquelle 111 emittiert und von einem Reflektor 112 reflektiert werden, auf einen Farberzeuger 113 wie ein Farbrad. Der Farberzeuger 113 verfügt über eine Reihe roter, grüner und blauer Filter zum Umwandeln der weißen Lichtstrahlen in farbige Lichtstrahlen. Nachdem die farbigen Lichtstrahlen den Farberzeuger 113 verlassen haben, laufen sie sequenziell durch eine Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung 114, wie einen Integrationsstab oder ein Linsenarray, sowie durch einen Beleuchtungslinsensatz 115, und sie erreichen einen Reflexionsspiegel 116. Der Reflexionsspiegel 116 reflektiert die farbigen Lichtstrahlen durch eine Feldlinse 117 und schließlich auf ein Lichtventil 11, wie ein digitales Mikrospiegel-Bauteil (DMD = micro-mirror device). Nach der Reflexion durch das Lichtventil 121 laufen die farbigen Lichtstrahlen, die auf das Lichtventil 121 projiziert wurden, erneut durch die Feldlinse 117. Dann laufen die farbigen Lichtstrahlen durch eine Projektionslinse 122 und werden auf einen das Bilderzeugungssystem 120 aufbauenden Schirm 124 projiziert.

Das auf einem Substrat angebrachte Lichtventil 121 besteht aus einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixellinsen, wobei sich jede Pixellinse innerhalb eines Bereichs von 12 Grad um eine Achse verschwenkend verdrehen kann. Die Pixellinsen reflektieren einen einfallenden Lichtstrahl auf einen Bereich innerhalb der Projektionslinse 122, und der einfallende Lichtstrahl kann auf den Schirm 124 gestrahlt werden, wenn sich das Lichtventil 121 in einem EIN-Zustand befindet. Die Pixellinsen reflektieren einen einfallenden Lichtstrahl auf einen Bereich außerhalb der Projektionslinse 122 und selbstverständlich außerhalb des Schirms 124, wenn sich das Lichtventil 121 in einem AUS-Zustand befindet.

Jedoch strahlen nicht alle farbigen Lichtstrahlen direkt vom Lichtventil 121 auf den Schirm 124. Es ist auf die Fig. 2A bis 2C Bezug zu nehmen, die Lichtpfade von Geisterbildern beim Projektionsanzeigesystem 10 gemäß dem Stand der Technik zeigen. Wenn sich das Lichtventil 121 im EIN-Zustand befindet, laufen die weißen Lichtstrahlen, wie sie von der Lichtquelle 111 emittiert wurden, sequenziell durch den Farberzeuger 113, die Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung 114, den Beleuchtungslinsensatz 115, den Reflexionsspiegel 116 und die Feldlinse 117, und sie werden auf das Lichtventil 121 projiziert. Das Lichtventil 121 reflektiert die farbigen Lichtstrahlen erneut auf die Feldlinse 117, und eine erste Fläche 1171 der ersten Feldlinse 117 reflektiert den farbigen Lichtstrahl auf das Lichtventil 121 zurück, um zweite farbige Reflexions-Lichtstrahlen zu erzeugen. Wie es in den Fig. 2A bis 2C dargestellt ist, reflektiert das Lichtventil 121 die zweiten, farbigen Reflexions-Lichtstrahlen noch durch die Projektionslinse 122 und auf den Schirm 124, wodurch sogenannte Geisterbilder 1241 erzeugt werden. Ein entsprechender Brennpunkt F, der an einer Position nahe dem Lichtventil 121 liegt und den Geisterbildern 1241 entspricht, bildet eine virtuelle Geisterbild-Lichtquelle 1211, die sich entlang der Richtung vom Brennpunkt F zum Lichtventil 121 erstreckt. Die virtuelle Geisterbild-Lichtquelle 1211 projiziert farbige Lichtstrahlen auf den Schirm 124, um die Geisterbilder 1241 zu erzeugen. Die Geisterbilder 1241 beeinträchtigen zweifelsfrei die Qualität des Projektionsanzeigesystems 10.

Es ist auf die Fig. 3A bis 3C Bezug zu nehmen, die schematische Diagramme eines ersten Projektionsanzeigesystems gemäß dem Stand der Technik sind, das Geisterbilder verringern kann. Beim ersten Projektionsanzeigesystem ist eine konvexe Fläche mit einem Krümmungsradius R unter 50 mm auf einer ersten Fläche 1172 der Feldlinse 117 ausgebildet. Wenn die farbigen Lichtstrahlen auf das Lichtventil 121 strahlen und dieses die farbigen Lichtstrahlen auf die Feldlinse 117 reflektiert, reflektiert die konvexe Fläche die reflektierten farbigen Lichtstrahlen auf einen Brennpunkt F1 zwischen dem Lichtventil 121 und der konvexen Fläche und fokussiert sie. Die reflektierten, farbigen Lichtstrahlen laufen weiter durch das Lichtventil 121, um ein Lichtaufweitungsgebiet 1212 zu bilden. Das Lichtventil 121 reflektiert die reflektierten, farbigen Lichtstrahlen durch die Projektionslinse 122 auf den Schirm 124, um aufgespreizte Bilder 1242 zu erzeugen und Geisterbilder zu verringern. Die aufgespreizten Bilder 1242 sind keine Geisterbilder; aber sie verringern den Kontrast des ersten Projektionsanzeigesystems.

Es ist auf die Fig. 4A bis 4C Bezug genommen, die schematische Diagramme eines zweiten Projektionsanzeigesystems gemäß dem Stand der Technik sind, das Geisterbilder verringern kann. Beim zweiten Projektionsanzeigesystem ist eine konvex- konkave Fläche mit einem Krümmungsradius R unter 0 mm auf einer ersten Fläche 1173 der Feldlinse 117 ausgebildet. Wenn die farbigen Lichtstrahlen auf das Lichtventil 121 fallen und dieses die farbigen Lichtstrahlen auf die Feldlinse 117 reflektiert, divergiert die konvex-konkave Fläche die reflektierten, farbigen Lichtstrahlen zum Lichtventil 121, um ein Lichtaufweitungsgebiet 1213 zu erzeugen. Das Lichtaufweitungsgebiet verfügt über einen virtuellen Brennpunkt F2. Das Lichtventil 121 reflektiert die reflektierten, farbigen Lichtstrahlen durch die Projektionslinse 122 auf den Schirm 124, um andere Spreizbilder 1243 zu erzeugen. Die Spreizbilder 1243 sind ebenfalls keine Geisterbilder, sondern sie verringern ebenfalls den Kontrast des zweiten Projektionsanzeigesystems.

Die oben genannten, bekannten Projektionsanzeigesysteme lösen das Problem von Geisterbildern auf Kosten des Kontrasts.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es eine Aufgabe der beanspruchten Erfindung, ein Projektionsanzeigesystem zu schaffen, das Geisterbilder wirkungsvoll verringern kann.

Gemäß der beanspruchten Erfindung verfügt das Projektionsanzeigesystem über ein Beleuchtungssystem und ein Bilderzeugungssystem. Das Projektionsanzeigesystem verfügt über eine Lichtquelle zum Emittieren mindestens eines Lichtstrahls sowie eine Feldlinse mit einer ersten Fläche und einer von dieser abgewandten, zweiten Fläche, wobei die erste Fläche über mindestens ein Reflexionsgebiet verfügt. Das Bildsystem nutzt die Feldlinse und ein benachbart zur zweiten Fläche derselben angebrachtes Lichtventil zum Reflektieren des durch die Lichtquelle emittierten Lichtstrahls. Der am Lichtventil zum Grenzflächen-Reflexionsgebiet reflektierte Lichtstrahl wird durch das Reflexionsgebiet weiter zu einem Bereich außerhalb des Lichtventils reflektiert.

Es ist ein Vorteil der beanspruchten Erfindung, dass ein Projektionsanzeigesystem Geisterbilder dadurch verringern kann, dass es eine Feldlinse mit geeignetem Krümmungsradius dazu verwendet, unerwünschte Lichtstrahlen in einen Bereich außerhalb des Lichtventils des Projektionsanzeigesystems zu reflektieren.

Diese und andere Aufgaben der beanspruchten Erfindung werden zweifelsfrei dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen veranschaulicht ist, ersichtlich geworden sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Projektionsanzeigesystems gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie das Projektionsanzeigesystem der Fig. 1 Geisterbilder erzeugt.
Fig. 3A bis Fig. 3C sind schematische Diagramme eines Projektionsanzeigesystems gemäß dem Stand der Technik, das Geisterbilder verringern kann.
Fig. 4A bis Fig. 4C sind schematische Diagramme eines anderen Projektionsanzeigesystems gemäß dem Stand der Technik, das Geisterbilder verringern kann.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Projektionsanzeigesystems.
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Art und Weise zum Verringern von Geisterbildern gemäß der Erfindung.
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Art und Weise zum Verringern von Geisterbildern gemäß der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es ist auf die Fig. 5 Bezug zu nehmen, die ein erfindungsgemäßes Projektionsanzeigesystem 20 zeigt. Das Projektionsanzeigesystem 20 verfügt über ein Beleuchtungssystem 210 und ein Bilderzeugungssystem 220. Insoweit es um das Beleuchtungssystem 210 geht, konvergieren von einer Lichtquelle 211emittierte und in einem Reflektor 212 reflektierte, weiße Lichtstrahlen auf einen Farberzeuger 213 wie ein Farbrad. Der Farberzeuger 213 verfügt über eine Reihe roter, grüner und blauer Filter zum Umwandeln der weißen Lichtstrahlen in farbige Lichtstrahlen. Nachdem die farbigen Lichtstrahlen den Farberzeuger 213 verlassen haben, laufen sie sequenziell durch eine Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung 214, wie einen Integrationsstab oder ein Linsenarray, und einen Beleuchtungslinsensatz 215, und sie erreichen einen Reflexionsspiegel 216. Der Reflexionsspiegel 216 reflektiert die farbigen Lichtstrahlen durch eine Feldlinse 217 und schließlich auf ein Lichtventil 221, wie ein digitales Mikrospiegel-Bauteil (DMD). Nachdem die farbigen Lichtstrahlen, die auf das Lichtventil 221 projiziert wurden, an diesem reflektiert wurden, laufen sie erneut durch die Feldlinse 217. Dann laufen die farbigen Lichtstrahlen durch eine Projektionslinse 222, und sie werden auf einen das Bilderzeugungssystem 220 aufbauenden Schirm 224 projiziert.
Wenn sich das Lichtventil 221 im EIN-Zustand befindet (die Definition des EIN-Zustands des Lichtventils 221 ist dieselbe wie die für das Lichtventil 221 des bekannten Projektionsanzeigesystems), laufen die von der Lichtquelle 211 emittierten, weißen Lichtstrahlen sequenziell durch den Farberzeuger 213, die Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung 214, den Beleuchtungslinsensatz 215, den Reflexionsspiegel 216 und die Feldlinse 217, und sie werden auf das Lichtventil 221 projiziert. Dann reflektiert das Lichtventil 221 den farbigen Lichtstrahl direkt durch die Projektionslinse 222 auf den Schirm 224.
Wenn sich das Lichtventil 221 im AUS-Zustand befindet (die Definition des AUS-Zustandes ist für das Lichtventil 221 dieselbe wie für das Lichtventil 121 beim bekannten Projektionsanzeigesystem), laufen die von der Lichtquelle 211emittierten, weißen Lichtstrahlen sequenziell durch den Farberzeuger 213, die Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung 214, den Beleuchtungslinsensatz 215, den Reflexionsspiegel 216 und die Feldlinse 217, und sie werden auf das Lichtventil 221 gestrahlt. Dann reflektiert das Lichtventil 221 die farbigen Lichtstrahlen auf ein Reflexionsgebiet 2172, das auf einer ersten Fläche 2171 der Feldlinse 217 ausgebildet ist. Das Reflexionsgebiet 2172 ist in einem Bereich benachbart zur Grenze der ersten Fläche 2171 angeordnet. Das Reflexionsgebiet 2172 reflektiert am Lichtventil 221 reflektierte farbige Lichtstrahlen in einen Bereich außerhalb des Lichtventils 221, um Geisterbilder zu verringern, wie sie von den zweiten, farbigen Reflexions-Lichtstrahlen beim Stand der Technik herrühren.
Um dem Erfordernis zu genügen, unerwünschte, farbige Lichtstrahlen effektiv in den Bereich außerhalb des Lichtventils 221 zu reflektieren, ist das Reflexionsgebiet 2172 speziell konzipiert. Gemäß einem Versuch für die Erfindung wird eine Kurve verwendet, indem die erste Fläche 2171 durch Verschwenken um eine Achse hergestellt wird. Die Gleichung für die Kurve ist die folgende:

X = (1/R) Y²/[1 + (1 - (1 + K).(1/R)².Y²)]^1/2 + A.Y⁴.B.Y⁶ + C.Y⁸ + D.Y¹⁰,

wobei R der Krümmungsradius ist, der im Bereich zwischen 50 mm und 500 mm liegt, und K, A, B, C und D Variable sind, die vom Projektionsanzeigesystem 20 abhängen. Wenn z. B. R den Wert 80 mm hat, gelten K ≍ 0, A ≍ -2,3892 × 10^-6, B ≍ -7,2980 × 10^-8, C ≍ -2,5287 × 10¹⁰ und D ≍ 2,9488 × 10^-13.
Es ist auf die Fig. 6 Bezug zu nehmen, die ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist. In der Fig. 6 ist das Reflexionsgebiet 2172 eine nicht-kugelförmige Fläche. Wenn einfallende Lichtstrahlen auf das dazwischen liegende Reflexionsgebiet 2172 fallen, kann dieses, das über den Krümmungsradius R verfügt, die einfallenden Lichtstrahlen in einen Bereich außerhalb des Lichtventils 221 reflektieren. Daher treten die einfallenden Lichtstrahlen nicht in die Projektionslinse 222 ein und werden auf den Schirm 224 projiziert, wodurch Geisterbilder verringert werden. Der Krümmungsradius R liegt im Bereich zwischen 50 mm und 500 mm.
Es ist auf die Fig. 7 Bezug zu nehmen, die ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist. In der Fig. 7 ist ein Reflexionsgebiet 3172 einer ersten Fläche 3171 eine Kugelfläche. Der Krümmungsradius R der Kugelfläche liegt ebenfalls im Bereich zwischen 50 mm und 500 mm. Wenn z. B. der Krümmungsradius R 500 mm beträgt, reflektiert das Reflexionsgebiet 3172 einfallende Lichtstrahlen in einen Bereich außerhalb des Lichtventils 221. Daher treten die einfallenden Lichtstrahlen nicht in die Projektionslinse 222 ein und werden auf den Schirm 224 projiziert, wodurch ebenfalls Geisterbilder verringert werden.
Im Gegensatz zum bekannten Projektionsanzeigesystem kann durch die Erfindung ein Projektionsanzeigesystem zum Verringern von Geisterbildern durch eine speziell konzipierte Feldlinse geschaffen werden.
Wenn der Fachmann der detaillierten Beschreibung der Erfindung folgt, erkennt er leicht, dass zahlreiche Modifizierungen und Änderungen der Vorrichtung vorgenommen werden können, während die Lehren der Erfindung erhalten bleiben. Demgemäß soll die obige Offenlegung so ausgelegt werden, dass sie nur durch das Maß und Ziel der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Projektionsanzeigesystem, mit dem Geisterbilder verringert werden können, mit:
einem Beleuchtungssystem mit:
einer Lichtquelle zum Emittieren mindestens eines Lichtstrahls und
einer Feldlinse mit einer ersten Fläche und einer zweiten, von der ersten Fläche abgewandten Fläche, wobei die erste Fläche über mindestens ein Reflexionsgebiet verfügt;
einem Bilderzeugungssystem unter Verwendung der Feldlinse und eines benachbart zur zweiten Fläche derselben angebrachten Lichtventils zum Reflektieren des durch die Lichtquelle emittierten Lichtstrahls,
wobei der am Lichtventil zum Reflexionsgebiet reflektierte Lichtstrahl aufgrund des Reflexionsgebiets ferner in einen Bereich außerhalb des Lichtventils reflektiert wird.

2. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem der Krümmungsradius der ersten Fläche der Feldlinse im Bereich von 50 mm bis 500 mm liegt.

3. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 2, bei dem die Feldlinse eine nicht-kugelförmige Fläche ist.

4. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 3, bei dem die Fläche dadurch gebildet ist, dass eine Kurve um eine Achse verschwenkt wurde, wobei die Gleichung die Kurve:

X = (1/R) Y²/[1 + (1 - (1 + K).(1/R)².Y²)]^1/2 + A.Y⁴.B.Y⁶ + C.Y⁸ + D.Y¹⁰

darstellt, wobei R der Krümmungsradius ist und Folgendes gilt: R ≍ 80 mm, K ≍ 0, A ≍ -2,3392 × 10^-6, B ≍ -7,2980 × 10^-8, C ≍ -2,5287 × 10¹⁰ und D ≍ 2,9488 × 10^-13.

5. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 2, bei dem die Feldlinse eine Kugelfläche ist.

6. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Farberzeuger, einer Lichtvergleichmäßigungsvorrichtung und einem Beleuchtungslinsensatz.

7. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Projektionslinsensatz.

8. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das Lichtventil ein digitales Mikrospiegel-Bauteil (DMD = micromirror device) ist.

9. Projektionsanzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das Lichtventil ein Dünnschicht-Mikrospiegelarray (TMA = thinfilm micro-mirror array) ist.