DE10322966A1

DE10322966A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bildprojektion unter Verwendung eines Rades mit dichroitischen Spiegeln

Info

Publication number: DE10322966A1
Application number: DE2003122966
Authority: DE
Inventors: Sang-Whoe Dho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2003-12-18
Also published as: KR100481519B1; KR20030090044A; US6793345B2; US20040008324A1

Abstract

Eine Bildprojektionsvorrichtung, die eine Lichtquelle enthält, sendet mehrere monochromatische Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aus. Eine Kondensorlinse sammelt die mehreren monochromatischen Strahlen. Eine erste Farbtrenneinheit dreht sich und bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen wahlweise an ihr reflektiert oder von ihr durchgelassen werden. Eine zweite Farbtrenneinheit bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit durchgelassen wurden, wahlweise an ihr reflektiert oder von ihr durchgelassen werden. Die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten reflektiert wurden, werden in eine Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit eingegeben und diese transformiert die eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen. Die Rechteckstrahlen der monochromatischen Strahlen werden in eine Platteneinheit eingegeben und diese bildet mehrere monochromatische Bilder, die den monochromatischen Strahlen entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildprojektionsvorrichtung, die ein Rad mit dichroitischen Spiegeln verwendet, und insbesondere eine Bildprojektionsvorrichtung, die den Lichtverlust minimal machen kann und die Helligkeit durch die Verwendung eines Paars von Rädern mit dichroitischen Spiegeln verbessern kann, sowie ein Verfahren für ihre Verwendung.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2002-28024, eingereicht am 21. Mai 2002, die hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt ist.

Vorrichtungen wie etwa ein Projektor oder ein Projektionssystem sind Typen von Anzeigen, die ein vorgegebenes Bild auf einem Schirm realisieren, indem Licht, das an einer Lichtquelle erzeugt wird, über ein optisches System auf einen Schirm projiziert wird. Diese Anzeigen werden an vielen Orten verwendet und zwar in Versammlungen für Präsentationen, in Theatern und in Wohnungen.

Eine optische Vorrichtung wie etwa ein Projektor realisiert ein Bild unter Verwendung einer Flüssigkristallanzeige (LCD) oder einer Katodenstrahlröhre (CRT). Um einen großflächigen Schirm zu verwirklichen, vergrößert die optische Vorrichtung herkömmlich das Bild an der LCD oder CRT und projiziert das vergrößerte Bild auf den Schirm. Dieses Verfahren vergrößert jedoch lediglich das Bild und kann daher kein scharfes Bild schaffen. Um dieses Problem zu lösen, ist eine Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD, digital micromirror device) vorgeschlagen worden und wird gegenwärtig verwendet.

Die DMD besitzt entsprechend der Auflösung mehrere Mikrospiegel. Die Mikrospiegel steuern in Übereinstimmung mit den Eingangssignalen die Reflexion von Licht. Kurz gesagt, die DMD ist ein optischer Halbleiterschalter, der einen Mikrospiegel verwendet. Da die DMD digital arbeitet, besitzt sie eine hervorragende Farbdarstellung und Helligkeit.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Grundaufbau einer herkömmlichen Bildvorrichtung des Projektionstyps zeigt, die ein Farbrad verwendet.

In Fig. 1 enthält die herkömmliche Bildvorrichtung 100 des Projektionstyps, die ein Farbrad verwendet, eine Lichtquelle 110, ein Farbrad 120, ein Lichtrohr 130, eine Linse 140, eine DMD-Platte 150 und eine Projektionslinse 160. Die Strich-Punkt-Linie in Fig. 1 stellt einen optischen Weg von weißem Licht dar.

Die Lichtquelle 110 kann eine Lichtbogenlampe oder ein Laser sein, der weißes Licht aussendet. Das Farbrad 120 wird in der durch den Pfeil angegebenen Richtung durch (nicht gezeigte) Rotationsmittel gedreht und ist in einen roten (R), einen grünen (G) und einen blauen (B) Abschnitt unterteilt. Das von der Lichtquelle 110 ausgesendete weiße Licht wird durch die R-, G- und B-Abschnitte geleitet und in aufgespaltete Lichtstrahlen, d. h. in R-, G- und B-Strahlen unterteilt.

Das Lichtrohr 130 ist als ein hohles Hexaeder mit einem darin befindlichen Durchgangsloch gebildet. Die R-, G- und B-Strahlen vom Farbrad 120 werden im Lichtrohr 130 in einen Rechteckstrahl umgewandelt. Der Rechteckstrahl des Laserstrahls wird an der Linse 140 gestreut, damit er auf der DMD-Platte 150 auftrifft.

Die DMD-Platte 150 enthält mehrere Mikrospiegel 150a. Die R-, G- und B-Strahlen mit entsprechender Wellenlänge werden von den Mikrospiegeln 150a der DMD-Platte 150 reflektiert. Die reflektierten R-, G- und B-Strahlen gehen durch die Projektionslinse 160 und bilden auf dem Schirm ein Bild.

Eine derartige Bildvorrichtung 100 des Projektionstyps kann das Ansprechsignal durch die unabhängig angesteuerten Mikrospiegel 150a rasch in die aufgespalteten R-, G- und B-Strahlen verarbeiten. Mit anderen Worten, ein Farbbild mit guter Qualität kann mit einem einfacheren Aufbau erreicht werden. Die Realisierung eines Bildes unter Verwendung eines Farbfilters und einer DMD-Platte des Einzelplattentyps verwendet jedoch gewöhnlich lediglich ein Drittel der Gesamtlichtmenge.

Das ist der Fall, da 60-70% des weißen Lichts, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, am Farbrad 120 blockiert wird. Wenn der R-Strahl gleichmäßig auf die gesamte Platte projiziert wird, werden die anderen Strahlen, d. h. die G- und B-Strahlen durch die Farbfilter vollständig blockiert und ausgeblendet. Die gleiche Situation tritt in bezug auf die G- bzw. B-Strahlen auf.

Dementsprechend wird gemäß dem Farbfilterverfahren lediglich ein Drittel des auftreffenden weißen Lichts verwendet und die Helligkeit des Bilds ist auf ein Drittel verschlechtert. Mit anderen Worten, wenn von der Lichtquelle weißes Licht ausgesendet wird, durch das Farbrad geht und anschließend auf die Platte projiziert wird, vermindert sich die Gesamtlichtmenge. Demzufolge vermindert sich die Lichtausbeute und außerdem verschlechtert sich die Helligkeit des realisierten Bilds.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildprojektionsvorrichtung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bildprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 10 bzw. durch ein Verfahren nach Anspruch 9. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren der Bildprojektion geschaffen, die in der Lage sind, eine Verminderung der Lichtausbeute an der Einzelplatte auf ein Drittel zu verhindern und die Ausbeute der Lichtmenge unter Verwendung eines Paars von Rädern mit dichroitischen Spiegeln zu erhöhen.

Um den obigen Aspekt zu realisieren, enthält eine erfindungsgemäße Bildprojektionsvorrichtung eine Lichtquelle, die mehrere monochromatische Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet, eine Kondensorlinse, die die mehreren monochromatische Strahlen sammelt, eine erste Farbtrenneinheit, die sich dreht und bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen daran wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, mehrere Rechteckstrahlen erzeugende Einheiten, in welche die mehreren, von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten reflektierten monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die die eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen umwandeln, mehrere Platteneinheiten, in welche die Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die die mehreren monochromatischen Bilder bilden, die den monochromatischen Strahlen entsprechen, sowie mehrere Projektionslinseneinheiten, die so angeordnet sind, daß sie den mehreren Platteneinheiten gegenüberstehen.

Die ersten und zweiten Farbtrenneinheiten umfassen jeweils ein Rad mit dichroitischen Spiegeln. In jede der mehreren Platteneinheiten werden die mehreren monochromatischen Strahlen eingegeben, die von der ersten und der zweiten Farbtrenneinheit in einer im voraus festgelegten Reihenfolge wenigstens einmal reflektiert werden, wodurch darauf ein Bild gebildet wird.

Jede der ersten und zweiten Farbtrenneinheiten ist in mehrere Abschnitte unterteilt, an denen die mehreren monochromatischen Strahlen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden. Die Anzahl der mehreren Abschnitte ist ein Vielfaches von drei.

Die ersten und zweiten Farbtrenneinheiten werden bei gleicher Geschwindigkeit gedreht, so daß die mehreren monochromatischen Strahlen auf derselben optischen Achse reflektiert und durchgelassen werden können. Jede der ersten und zweiten Farbtrenneinheiten entspricht einem Basisabschnitt eines Vollkegels, bei dem die Spitze durch eine parallel zur Basis verlaufenden Ebene abgeschnitten ist. Die mehreren Platteneinheiten enthalten jeweils eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) zum Modulieren der mehreren monochromatischen Bilder in ein digitales Signal und zum Reflektieren des Signals an den mehreren Projektionslinseneinheiten unter einem vorgegebenen Winkel.

Gemäß der Erfindung wird durch die Verwendung von zwei Rädern mit dichroitischen Spiegeln das monochromatische R-, G- und B-Licht gemäß der Wellenlänge an den beiden Rädern mit dichroitischen Spiegeln wahlweise reflektiert oder durchgelassen. Im Ergebnis können selbst in einem System der optischen Vorrichtung mit einzelner Platte auf mehreren Schirmen unabhängige Bilder oder identische Bilder realisiert werden.

Ein Bildprojektionsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Aussenden von mehreren monochromatischen Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen von einer Lichtquelle, das Sammeln der mehreren monochromatischen Strahlen durch eine Kondensorlinse, das Drehen der mehreren monochromatischen Strahlen und das Bewirken, daß diese von einer ersten Farbtrenneinheit wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, das Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit durchgelassen wurden, von einer zweiten Farbtrenneinheit wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, das Eingeben der mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten und der zweiten Farbtrenneinheit reflektiert wurden, in mehrere Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten und Transformieren der eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen, das Eingeben der Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen in mehrere Platteneinheiten und das Bilden von mehreren monochromatischen Bildern, die den monochromatischen Strahlen entsprechen, sowie das Anordnen von mehreren Projektionslinsen, derart, daß sie den mehreren Platteneinheiten gegenüberstehen.

Eine Bildprojektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält Mittel zum Aussenden mehrerer monochromatischer Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen, Mittel zum Sammeln der mehreren monochromatischen Strahlen, Mittel zum Drehen der mehreren monochromatischen Strahlen und zum Bewirken, daß sie von ihnen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, Mittel zum Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit durchgelassen wurden, wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, Mittel, in die die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten reflektiert wurden, eingegeben werden und die die eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen transformieren, Mittel, in die die Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die mehrere monochromatische Bilder erzeugen, die den monochromatischen Strahlen entsprechen, sowie Mittel zum Projizieren, die so angeordnet werden, daß sie den mehreren Platteneinheiten gegenüberstehen.

Eine Bildprojektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält eine Lichtquelle, die mehrere monochromatische Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet, eine Kondensorlinse, die die mehreren monochromatischen Strahlen sammelt, ein erstes Rad mit dichroitischen Spiegeln, das sich dreht und bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen von ihm wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden, ein zweites Rad mit dichroitischen Spiegeln, das bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit durchgelassen wurden, von ihm reflektiert oder durchgelassen werden, mehrere Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten, in die die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Rädern mit dichroitischen Spiegeln reflektiert wurden, eingegeben werden und die die eingegebenen Strahlen in Rechteckstrahlen transformieren, mehrere digitale Mikrospiegelvorrichtungen DMD, in die die Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die mehrere monochromatische Bilder erzeugen, die den monochromatischen Strahlen entsprechen, sowie mehrere Projektionslinseneinheiten, die so angeordnet sind, daß sie den mehreren DMDs gegenüberliegen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus einer herkömmlichen Bildvorrichtung des Projektionstyps, die ein Farbrad verwendet;
Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus eines ersten Rades aus dichroitischen Spiegeln und eines zweiten Rades aus dichroitischen Spiegeln von Fig. 2;
Fig. 4A, 4B Querschnittansichten des ersten Rades aus dichroitischen Spiegeln und des zweiten Rades aus dichroitischen Spiegeln von Fig. 2;
Fig. 5 eine weitere Querschnittansicht eines Rades aus dichroitischen Spiegeln von Fig. 2; und
Fig. 6 eine Längsschnittansicht des ersten und des zweiten Rades aus dichroitischen Spiegeln von Fig. 3.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genau beschrieben.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die den grundlegenden Aufbau einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß einer veranschaulichenden nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In Fig. 2 enthält die erfindungsgemäße Bildprojektionsvorrichtung 200 eine Lichtquelle 210, eine Kondensorlinse 220, ein erstes Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln als erste Farbtrenneinheit, ein zweites Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln als zweite Farbtrenneinheit, erste, zweite und dritte Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten 250a, 250b, 250c, erste, zweite und dritte Platteneinheiten 260a, 260b, 260c und erste, zweite und dritte Projektionslinsen 270a, 270b, 270c.
In Fig. 2 ist ein Laufweg des Lichts, der durch das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln verläuft, durch eine Strich-Punkt-Linie dargestellt, während ein Laufweg des Lichts, das von dem ersten und dem zweiten Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln reflektiert wird, mit einer Strich-Doppelpunkt-Linie dargestellt ist.
Die Lichtquelle 210 sendet weißes Licht aus. Das weiße Licht enthält mehrere monochromatische Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen. Die mehreren monochromatischen Lichtstrahlen enthalten rote (R), grüne (G) und blaue (B) Laserstrahlen. Die Lichtquelle 210 kann ein Laser, eine Lichtbogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Halogenlampe oder eine Xenonlampe sein.
Die Kondensorlinse 220 bündelt die R-, G- und B-Laserstrahlen, die von der Lichtquelle 210 ausgesendet werden. Die Kondensorlinse 220 enthält vorzugsweise ein Paar Kollimationslinsen. Der Laserstrahl, der von der Kondensorlinse 220 ausgeht, wird auf das erste Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln konzentriert.
Wie allgemein bekannt ist, spaltet der dichroitische Spiegel das weiße Licht von der Lichtquelle gemäß der entsprechenden Wellenlänge in R-, G- und B-Laserstrahlen auf. Ein derartiger dichroitischer Spiegel ist eine Glasoberfläche, die mit einer dielektrischen Mehrfachschicht beschichtet ist und bewirkt, daß das Licht von ihr wahlweise reflektiert oder unter Verwendung von Lichtinterferenz durch sie durchgelassen wird. Mit anderen Worten wird der Laserstrahl in Abhängigkeit von der Eigenschaft der Beschichtung von dem dichroitischen Spiegel entweder reflektiert oder durchgelassen.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die den grundlegenden Aufbau des ersten und des zweiten Rades 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln von Fig. 2 zeigt, und die Fig. 4 A und 4B sind Querschnittansichten, die das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln von Fig. 2 zeigen. Fig. 5 ist eine weitere Querschnittansicht des Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln von Fig. 2 und Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht des ersten und des zweiten Rades 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln von Fig. 3.
In Fig. 3 ist jedes der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln als ein Kegelstumpf gebildet, d. h. der Basisabschnitt eines Vollkegels, bei dem die Spitze durch eine parallel zur Basis verlaufende Ebene abgeschnitten ist. Das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln werden in der Pfeilrichtung oder in einer der Pfeilrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht.
Das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln können in derselben Richtung oder entgegengesetzt sowie bei derselben Rotationsgeschwindigkeit gedreht werden. Das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln werden bei derselben Drehzahl gedreht, um zu bewirken, daß die R-, G- und B-Lichtstrahlen von ihnen auf derselben Lichtachse reflektiert oder durchgelassen werden.
Das erste und das zweite Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln können durch (nicht gezeigte) Motoren, die jeweils für sie vorgesehen sind, oder durch einen (nicht gezeigten) einzelnen Motor, der für sie gemeinsam vorgesehen ist, angetrieben werden.
In den Fig. 4 A und 4B ist jedes der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln in drei Abschnitte unterteilt, um zu bewirken, daß die R-, G- und B-Strahlen von ihnen reflektiert oder durchgelassen werden. Die Abschnitte sind jeweils gemäß den Eigenschaften der R-, G- und B-Strahlen beschichtet, um zu bewirken, daß die R-, G- und B-Strahlen von ihnen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden.
Im einzelnen können die ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln durch die Beschichtung der jeweiligen Abschnitte bewirken, daß die R-, G- und 8- Laserstrahlen von ihnen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden. Fig. 4 A zeigt z. B. den Abschnitt I, der so beschichtet ist, daß er ausschließlich den R-Laserstrahl reflektiert, den Abschnitt II, der so beschichtet ist, daß er ausschließlich den G-Laserstrahl reflektiert, sowie den Abschnitt III, der so beschichtet ist, daß er ausschließlich den B-Laserstrahl reflektiert.
Die Anzahl der Abschnitte des Rades mit dichroitischen Spiegeln entspricht den Vielfachen von 3, wie etwa 6, 9 usw. Ein Rad mit dichroitischen Spiegeln, das eine größere Anzahl von Abschnitten enthält, wird bei einer geringeren Drehzahl gedreht.
Das Rad mit dichroitischen Spiegeln, das in 6 Abschnitte unterteilt ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird mit der halben Drehzahl der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln, die in jeweils 3 Abschnitte unterteilt sind, gedreht. Bei der Drehung realisiert das Rad mit dichroitischen Spiegeln, das 6 Abschnitte aufweist, 60 Bildrahmen pro Sekunde.
In Fig. 6 wird angenommen, daß der Radius der Basis von jedem der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln r beträgt, die maximale Höhe von der Basis zur Oberseite x beträgt, wobei der Radius r und die maximale Höhe x einen Winkel Θ bilden. Gemäß dem Winkel Θ wird die Richtung der Reflexion oder des Durchgangs des Laserstrahls in bezug auf die jeweiligen Abschnitte der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln bestimmt.
Bei der Drehung bewirkt das erste Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln, daß die R-, G- und B-Laserstrahlen, die durch die Kondensorlinse 220 gesammelt wurden, von ihm reflektiert oder durchgelassen werden. Mit anderen Worten reflektiert dann, wenn das erste Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln gedreht wird, jeder Abschnitt des ersten Rades 230 mit dichroitischen Spiegeln den eintreffenden Laserstrahl, der der Eigenschaft des darauf beschichteten Materials entspricht, während der Rest des Laserstrahls durchgelassen wird.
Das zweite Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln reflektiert einen der Laserstrahlen, die durch das erste Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln durchgelassen wurden, während der andere Laserstrahl durchgelassen wird. Mit anderen Worten reflektiert dann, wenn das erste Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln gedreht wird, jeder Abschnitt des zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln den eintreffenden Laserstrahl, der der Eigenschaft des darauf beschichteten Materials entspricht, während der andere Laserstrahl durchgelassen wird.
Der vom ersten Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln reflektierte Laserstrahl trifft auf die erste Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250a auf, während der vom zweiten Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln reflektierte Laserstrahl auf die zweite Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250b auftrifft. Der vom zweiten Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln durchgelassene Laserstrahl trifft auf die dritte Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250c auf.
Die ersten, zweiten und dritten Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten 250a, 250b, 250c transformieren die darauf auftreffenden Laserstrahlen in Rechteckstrahlen. Die ersten, zweiten und dritten Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten 250a, 250b, 250c enthalten erste, zweite und dritte Lichtrohre 252a, 252b bzw. 252c und erste, zweite und dritte Übertragungslinsen 254a, 254b bzw. 254c.
Die R-, G- und B-Strahlen, die von dem ersten und dem zweiten Rad 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln auf dem hohlen Innenraum der ersten, zweiten und dritten Lichtrohre 252a, 252b, 252c auftreffen, werden in Rechteckstrahlen transformiert. Jedes der ersten, zweiten und dritten Lichtrohre 252a, 252b, 252c ist als hohles Hexaeder mit einem darin befindlichen Durchgangsloch gebildet. Der Innenraum von jeder der ersten, zweiten und dritten Lichtrohre 252a, 252b, 252c ist durch vier Spiegel definiert.
Die erste, die zweite und die dritte Übertragungslinse 254a, 254b, 254c streuen die R-, G- und B-Laserstrahlen so, daß sie auf die erste, zweite und dritte Platteneinheit 260a, 260b, 260c auftreffen, die den jeweiligen Übertragungslinsen 254a, 254b, 254c entsprechen. Auf den ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c werden aus den R-, G- und B-Laserstrahlen, die in die Rechteckstrahlen transformiert wurden und darauf auftreffen, monochromatische Bilder gebildet.
Ein Farbbild wird durch die Kombination der R-, G- und B- Laserstrahlen gebildet, wenn die R-, G- und B-Laserstrahlen auf den ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c in einer vorgegebenen Reihenfolge wenigstens einmal auftreffen. Da die Bildsignale der Laserstrahlen, die auf den ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 26%, 260c auftreffen, unterschiedlich sind, unterscheiden sich die Bilder, die auf dem Schirm 1, auf dem Schirm 2 und auf dem Schirm 3 realisiert werden, ebenfalls.
Die ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c enthalten jeweils eine Platte mit digitalen Spiegelvorrichtungen (DMD) oder eine Platte mit Flüssigkristallanzeigen (LCD). Während die DMD-Platte eine reflektierende Platte ist, ist die LCD-Platte eine Durchgangsplatte. Bei der Verwendung der LCD-Platte können die Positionen der Projektionslinse und der Schirme variiert werden. Es wird nun die Funktionsweise der Erfindung unter Bezugnahme auf ein Beispiel, das die DMD-Platte verwendet, beschrieben.
Die beweglichen Spiegel, die an den ersten, zweiten bzw. dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c vorgesehen sind, modulieren die monochromatischen R-, G- und B- Bilder auf den ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c, unterziehen die monochromatischen Bilder dem Zeitmultiplex-Vorgang und reflektieren anschließend unter einem vorgegebenen Winkel.
Das vollständige Bild, das von den beweglichen Spiegeln der ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 26%, 260c reflektiert wurde, wird auf mehrere Schirme, den Schirm 1, den Schirm 2 und den Schirm 3 projiziert, wodurch darauf ein Bild gebildet wird. Die ersten, zweiten und dritten Projektionslinsen 270a, 270b, 270c sind gegenüberliegend zu den entsprechenden DMD-Platten 260a, 260b, 260c angeordnet.
Die mehreren Schirme Schirm 1, Schirm 2 und Schirm 3 können dieselbe Größe oder unterschiedliche Größen besitzen. Ferner werden dann, wenn an den DMD-Platten 260a, 260b, 260c unterschiedliche Bildsignale eingegeben werden, an den entsprechenden Schirmen Schirm 1, Schirm 2 und Schirm 3 unterschiedliche Bilder gebildet. Da die Bilder, die auf den entsprechenden Schirmen Schirm 1, Schirm 2 und Schirm 3 gebildet werden, gemäß den an die DMD-Platten 260a, 260b, 260c eingegebenen Bildsignalen variieren, können auf den entsprechenden Schirmen Schirm 1, Schirm 2 und Schirm 3 unterschiedliche Bilder gebildet werden.
In dieser Beschreibung wird nachfolgend die Bildung unterschiedlicher Farbbilder auf mehreren Platten 260a, 260b, 260c gemäß einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben. Tabelle 1
In den Fig. 4a und 4B und in der Tabelle 1 sind die Abschnitte I bis VI der ersten und zweiten Räder 230, 240mit dichroitischen Spiegeln mit einer unterschiedlichen Dicke beschichtet, um zu bewirken, daß der Laserstrahl daran wahlweise reflektiert oder durchgelassen wird. Im einzelnen sind die Abschnitte I und VI so beschichtet, daß daran eine Reflexion des R-Laserstrahls bewirkt wird, die Abschnitte II und IV sind so beschichtet, daß daran eine Reflexion des G-Laserstrahls bewirkt wird, und die Abschnitte III und V sind so beschichtet, daß daran eine Reflexion des B-Laserstrahls bewirkt wird.
Die ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln können in derselben Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. Es sollte sichergestellt werden, daß die Abschnitte I und IV, die Abschnitte II und V und die Abschnitte II und VI sich jeweils einmal pro Umdrehung gegenüberstehen, und zu diesem Zweck werden die ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln bei derselben Drehzahl gedreht.
Dadurch kann ein Laserstrahl, der vom ersten Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln durchgelassen wird, vom zweiten Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln reflektiert werden, während der andere Laserstrahl, der vom ersten Rad 230 mit dichroitischen Spiegeln durchgelassen wird, vom zweiten Rad 240 mit dichroitischen Spiegeln durchgelassen wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, wenn bewirkt wird, daß ein bestimmter Bereich α eines Abschnitts, der einen bestimmten Laserstrahl reflektiert, einem anderen Bereich α' des zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln, der ebenfalls den bestimmten Laserstrahl reflektiert, gegenübersteht, werden alle Laserstrahlen durch den anderen Bereich α' des zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln ohne Reflexion von Licht durchgelassen.
Die oben genannte Situation wird verhindert, indem die ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln gedreht werden, da die monochromatischen R-, G- und B-Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf derselben optischen Achse reflektiert und durchgelassen werden.
Der Abschnitt IV des zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln kann z. B. bewirken, daß die G- und B-Laserstrahlen vom Abschnitt I des ersten Rades 230 mit dichroitischen Spiegeln wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden. Demzufolge müssen sich die Abschnitte I und IV wenigstens einmal gegenüberstehen.
Das Verfahren zum Bilden eines Farbbilds auf den Platten wird unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben.

a) Wenn das weiße Licht mit den R-, G- und B-Laserstrahlen von der Lichtquelle 210 ausgesendet wird und den Abschnitt 1 des in Rotation befindlichen ersten Rades 230 mit dichroitischen Spiegeln erreicht, wird der R-Laserstrahl vom Abschnitt I reflektiert, während die G- und B-Laserstrahlen vom Abschnitt I durchgelassen werden. Die G- und B-Laserstrahlen werden vom Abschnitt I durchgelassen und erreichen den Abschnitt IV des in Rotation befindlichen zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln. Im Abschnitt IV wird der G-Laserstrahl reflektiert und der B-Laserstrahl wird durchgelassen.
b) Wenn das weiße Licht den Abschnitt II des in Rotation befindlichen ersten Rades 230 mit dichroitischen Spiegeln erreicht, wird der G-Laserstrahl reflektiert, während die R- und B-Laserstrahlen durchgelassen werden. Die R- und B-Laserstrahlen werden vom Abschnitt II durchgelassen und erreichen den Abschnitt V des in Rotation befindlichen zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln. Im Abschnitt V wird der B-Laserstrahl reflektiert und der R-Laserstrahl wird durchgelassen.
c) Wenn das weiße Licht den Abschnitt III des in Rotation befindlichen ersten Rades 230 mit dichroitischen Spiegeln erreicht, wird der B-Laserstrahl reflektiert, während die R- und G-Laserstrahlen durchgelassen werden. Die R- und G-Laserstrahlen werden vom Abschnitt III durchgelassen und erreichen den Abschnitt VI des in Rotation befindlichen zweiten Rades 240 mit dichroitischen Spiegeln. Im Abschnitt VI wird der R-Laserstrahl reflektiert und der G-Laserstrahl wird durchgelassen.

In dem Vorgang (a) trifft der vom Abschnitt I reflektierte R-Laserstrahl auf die erste Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250a auf und bildet darauf ein monochromatisches Bild. Der vom Abschnitt IV reflektierte G-Laserstrahl trifft auf die zweite Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250b auf und der vom Abschnitt IV durchgelassene B-Laserstrahl trifft auf die dritte Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250c auf, wobei entsprechende monochromatische Bilder gebildet werden.
In dem Vorgang (b) trifft der vom Abschnitt II reflektierte G-Laserstrahl auf die erste Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250a auf. Der vom Abschnitt V reflektierte B-Laserstrahl trifft auf die zweite Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250b auf und der vom Abschnitt V durchgelassene R-Laserstrahl trifft auf die dritte Rechteckstrahl- Erzeugungseinheit 250c auf, wobei entsprechende monochromatische Bilder gebildet werden.
In dem Vorgang (c) trifft der vom Abschnitt III reflektierte B-Laserstrahl auf die erste Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250a auf. Der vom Abschnitt VI reflektierte R-Laserstrahl trifft auf die zweite Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250b auf und der vom Abschnitt VI durchgelassene G-Laserstrahl trifft auf die dritte Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250c auf, wobei entsprechende monochromatische Bilder gebildet werden.
Durch die Vorgänge (a), (b), (c) treffen mehrere Laserstrahlen in der Reihenfolge R-Laserstrahl → G-Laserstrahl → B-Laserstrahl auf die erste Rechteckstrahl- Erzeugungseinheit 250a und die erste Platteneinheit 260a, in der Reihenfolge G-Laserstrahl → B-Laserstrahl → R- Laserstrahl auf die zweite Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250b und die zweite Platteneinheit 260b und in der Reihenfolge B-Laserstrahl → R-Laserstrahl → G-Laserstrahl auf die dritte Rechteckstrahl-Erzeugungseinheit 250c und die dritte Platteneinheit 260c auf.
Nachdem sie in den ersten, zweiten und dritten Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten 250a, 250b, 250c in Rechteckstrahlen transformiert wurden, werden die Rechteck-Laserstrahlen in der obenbeschriebenen Reihenfolge auf die ersten, zweiten und dritten Platteneinheiten 260a, 260b, 260c projiziert. Im Ergebnis wird auf den entsprechenden Platteneinheiten 260a, 260b, 260c ein Farbbild erzeugt.
Es wird z. B. ein Farbbild realisiert, wenn i) ein monochromatisches R-Bild in bezug auf den R-Laserstrahl, ii) ein monochromatisches G-Bild in bezug auf den G-Laserstrahl und iii) ein monochromatisches B-Bild in bezug auf den B-Laserstrahl nacheinander auf der ersten Platteneinheit 260a gebildet werden. Die monochromatischen Bilder werden auf den anderen Platteneinheiten 260b, 260c durch die Reihenfolge der Auftreffens der Laserstrahlen auf den zweiten und dritten Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten 250b, 250c gebildet. Da die Laserstrahlen von drei unterschiedlichen monochromatischen Bildern stammen, wird ein Farbbild erzeugt.
Bei Betrachtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die entsprechenden Abschnitte der ersten und zweiten Räder 230, 240 mit dichroitischen Spiegeln so beschichtet sein, daß sie die in der Tabelle 2 angegebenen Eigenschaften aufweisen. Tabelle 2
Wie in der Tabelle 2 angegeben ist, wird der R-Laserstrahl vom Abschnitt I reflektiert, während die G- und B- Laserstrahlen durchgelassen werden. Anschließend wird der B-Laserstrahl vom Abschnitt IV reflektiert und der G- Laserstrahl wird durchgelassen. Ferner wird der G-Laserstrahl vom Abschnitt II reflektiert, während die R- und B-Laserstrahlen durchgelassen werden. Anschließend wird der R-Laserstrahl vom Abschnitt V reflektiert und der B- Laserstrahl wird durchgelassen. Ferner wird der B-Laserstrahl vom Abschnitt III reflektiert, während die R- und G-Laserstrahlen durchgelassen werden. Anschließend wird der G-Laserstrahl vom Abschnitt V reflektiert und der R- Laserstrahl wird durchgelassen.
Alternativ kann ein Bildprojektionssystem des komplexen Typs verwendet werden, das an Stelle eines Schirms einen Projektor verwendet. In diesem Fall kann eine Bedienperson den Projektor für Präsentationen oder dergleichen verwenden, wobei bewirkt wird, daß auf zwei Schirmen unterschiedliche Bilder gebildet werden. Demzufolge kann die Bildprojektionsvorrichtung effektiver verwendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, enthält die Vorrichtung und das Verfahren zur Bildprojektion gemäß der Erfindung zwei drehbare Räder mit dichroitischen Spiegeln, die bewirken, daß mehrere monochromatische Lichtstrahlen im weißen Licht in Übereinstimmung mit den Wellenlängeneigenschaften wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden. Im Ergebnis weist die Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen System, das eine einzelne Platte verwendet und somit eine um ein Drittel verschlechterte Lichtausbeute besitzt, eine verminderte Menge von ausgeblendetem oder absorbiertem monochromatischen Licht und eine erhöhte Lichtausbeute. Ferner können unabhängige oder identische Bilder auf mehreren Schirmen gebildet werden, indem die Laserstrahlen verwendet werden, die von den entsprechenden dichroitischen Spiegeln reflektiert oder durchgelassen werden.
Obwohl einige wenige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann klar, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen im Erfindungsgedanken und im Umfang der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, ausgeführt werden können.

Claims

1. Bildprojektionsvorrichtung, gekennzeichnet durch
eine Lichtquelle (210), die mehrere monochromatische Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet;
eine Kondensorlinse (220), die die mehreren monochromatischen Lichtstrahlen sammelt;
eine erste Farbtrenneinheit (230), die sich dreht und bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen von ihr wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden;
eine zweite Farbtrenneinheit (240), die bewirkt, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit (230) durchgelassen wurden, von ihr wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden;
mehrere Rechteckstrahl-Erzeugungseinheiten (250a, 250b, 250c), in die die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) reflektiert wurden, eingegeben werden und die die eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen transformieren;
mehrere Platteneinheiten (260a, 260b, 260c), in die die Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die mehrere monochromatische Bilder, die den monochromatischen Strahlen entsprechen, erzeugen; und
mehrere Projektionslinsen (270a, 270b, 270c), die so angeordnet sind, daß sie den mehreren Platteneinheiten gegenüberliegen.

2. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) ein Rad mit dichroitischen Spiegeln enthalten.

3. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) reflektiert werden, in jede der Platteneinheiten (260a, 260b, 260c) in einer vorgegebenen Reihenfolge wenigstens einmal eingegeben werden, wodurch auf ihnen ein Bild erzeugt wird.

4. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei die mehreren monochromatischen Strahlen von diesen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden.

5. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mehreren Abschnitte ein Vielfaches von drei ist.

6. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) mit derselben Drehzahl gedreht werden, so daß die mehreren monochromatischen Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf derselben optischen Achse reflektiert und durchgelassen werden können.

7. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) einem Basisabschnitt eines Vollkegels entsprechen, der durch das Abschneiden einer Spitze durch eine parallel zur Basis verlaufenden Ebene gebildet ist.

8. Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Platteneinheiten (260a, 260b, 260c) eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) zum Modulieren der mehreren monochromatischen Bilder in ein digitales Signal und zum Reflektieren des Signals unter einem vorgegebenen Winkel zu den mehreren Projektionslinsen (270a, 270b, 270c) umfaßt.

9. Verfahren zur Bildprojektion, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Aussenden mehrerer monochromatischer Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen von einer Lichtquelle (210);
Sammeln der mehreren monochromatischen Strahlen durch eine Kondensorlinse (220);
Drehen einer ersten Farbtrenneinheit (230) und Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen von dieser wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden;
Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit (230) durchgelassen wurden, von einer zweiten Farbtrenneinheit (240) reflektiert oder durchgelassen werden;
Eingeben der mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten und von der zweiten Farbtrenneinheit (230, 240) reflektiert wurden, in mehrere Rechteckstrahl- Erzeugungseinheiten (250a, 250b, 250c) und Transformieren der eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen;
Eingeben der Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen in mehrere Platteneinheiten (260a, 260b, 260c) und Bilden mehrerer monochromatischer Bilder, die den monochromatischen Strahlen entsprechen; und
Anordnen mehrerer Projektionslinsen (270a, 270b, 270c), derart, daß sie den mehreren Platteneinheiten (260a, 260b, 260c) gegenüberstehen.

10. Bildprojektionsvorrichtung, gekennzeichnet durch
Mittel zum Aussenden mehrerer monochromatischer Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen;
Mittel zum Sammeln der mehreren monochromatischen Strahlen;
Mittel zum Drehen und zum Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen wahlweise reflektiert oder durchgelassen werden;
Mittel zum Bewirken, daß die mehreren monochromatischen Strahlen, die von der ersten Farbtrenneinheit (230) durchgelassen werden, daran reflektiert oder davon durchgelassen werden;
Mittel, in die die mehreren monochromatischen Strahlen, die von den ersten und zweiten Farbtrenneinheiten (230, 240) reflektiert wurden, eingegeben werden und die die eingegebenen monochromatischen Strahlen in Rechteckstrahlen transformieren;
Mittel, in die die Rechteckstrahlen aus den monochromatischen Strahlen eingegeben werden und die mehrere monochromatische Bilder erzeugen, die den monochromatischen Strahlen entsprechen; und
Mittel zum Projizieren, die so angeordnet sind, daß sie den mehreren Platteneinheiten (260a, 260b, 260c) gegenüberliegen.