DE19649228B4

DE19649228B4 - Flüssigkristall-Lichtventilprojektor

Info

Publication number: DE19649228B4
Application number: DE19649228A
Authority: DE
Inventors: Margarete Penetanguishene Neumann
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Canada Ltd
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: US5917560A; DE19649228A1

Abstract

Flüssigkristall-Lichtventilprojektor (20) mit:
einer Lichtquelle (12) zum Projizieren von weißem Licht entlang eines Eingangspfades (27);
einem Farbstrahlteiler (21) aus Prismen, der einen oberen und einen unteren Abschnitt aufweist, wobei der untere Abschnitt in dem Eingangspfad (27) angeordnet ist, zum Empfangen des weißen Lichtes von der Lichtquelle (12) und zum Aufteilen des weißen Lichtes in rotes, grünes und blaues Licht; und
Reflektormitteln (22) zum Reflektieren des roten, des grünen und des blauen Lichtes zurück zu dem oberen Abschnitt des Farbstrahlteilers (21), und wobei das rote, das grüne und das blaue Licht, das in Richtung auf den Farbstrahlenteiler zurückreflektiert wird, von dem Farbstrahlenteiler kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht entlang eines Ausgangspfades (26) übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstrahlenteiler (21) aufweist:
vier Prismen (21a, 21b, 21c, 21d), die jeweils eine Basis und zwei Seiten aufweisen, wobei die Prismen (21a, 21b,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkristall-Lichtventilprojektor mit einer Lichtquelle zum Projizieren von weißem Licht entlang eines Eingangspfades, einem Farbstrahlenteiler aus Prismen, der einen oberen und einen unteren Abschnitt aufweist, wobei der untere Abschnitt in dem Eingangspfad angeordnet ist, zum Empfangen des weißen Lichtes von der Lichtquelle und zum Aufteilen des weißen Lichtes in rotes, grünes und blaues Licht, und Reflektormitteln zum Reflektieren des roten, des grünen und des blauen Lichtes zurück zu dem oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers, und wobei das rote, das grüne und das blaue Licht, das in Richtung auf den Farbstrahlenteiler zurückreflektiert wird, von dem Farbstrahlenteiler kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht entlang eines Ausgangspfades übertragen wird.

Ein derartiger Flüssigkristall-Lichtventilprojektor ist bekannt aus der Veröffentlichtung "Avionics Color Display using LCD Projection Technology" von J.A. Fowler und R. Blanchard in 912.SID92 Technology Digest.

Aus der Veröffentlichung "Avionics Color Display using LCD Projection Technology" von J.A. Fowler und R. Blanchard in 912.SID92 Technology Digest ist ein gestapelter Farbstrahlen teiler mit X-Kubi bekannt, der zum Einsatz bei gewissen Flüssigkristall-Lichtventilprojektoren entwickelt worden ist. In der genannten Veröffentlichung sind solche gestapelten Farbstrahlenteiler mit X-Kubi allgemein erläutert.

Der gestapelte Farbstrahlenteiler mit X-Kubi verwendet acht Prismen, die in zwei übereinander gestapelten Gruppen aus jeweils vier Prismen angeordnet sind, die jeweils separat einfallendes weißes Licht in die drei Primärfarben aufteilen bzw. die aufgeteilten Primärfarben wieder kombinieren, um weißes Licht zu erzeugen, das projiziert wird. Der gestapelte Farbstrahlenteiler mit X-Kubi erfordert im besonderen acht rechtwinklige Prismen, die zu zwei Kubi aus jeweils vier Prismen zusammengekittet sind.

Dieser gestapelte Farbstrahlenteiler mit X-Kubi ist aufgrund der relativ großen Zahl an darin verwendeten optischen Elementen relativ kostenaufwendig herzustellen. Darüber hinaus ist eine beträchtliche Zeit erforderlich, um die Prismen zur Herstellung der Kubi miteinander zu verkitten. Schließlich ist auch der zum Zusammenbau der Prismen in die Kubi erforderliche Aufwand an Montagehardware größer als gewünscht.

Aus der DE 43 33 810 A1 ist eine Aufnahme- oder Wiedergabeeinrichtung für Farbbilder bekannt, mit mindestens drei räumlich nebeneinander angeordneten Sensoren für Linien oder Flächen der Farben rot, grün und blau, wobei die Sensoren nahe beieinander fix angeordnet sind. Eine Prismenanordnung ist den drei Sensoren zugeordnet, die mindestens zwei totalreflektierende und mindestens zwei teildurchlässige, farbverteilende Flächen aufweist und mindestens zwei justierbare Elemente besitzt, mit denen die Austrittslage der Linien oder Flächen zueinander entsprechend der Relativanordnung der Sensoren fixierbar ist.

Dabei weist die Prismenanordnung vier identische Glaskörper auf, die jeweils einen dreieckigen Querschnitt besitzen. Die Einfallsoberfläche und die Austrittsoberfläche liegen in einer Ebene höhenversetzt zueinander und können auch umgekehrt genutzt werden. Die vier Glaskörper bilden ein Mittelelement mit quadratischem Umriß. An drei von vier Seiten ist das Mittelelement von Umkehrelementen umgeben. Zwei der Umkehrelemente sind parallel verschieblich ausgebildet, um eine Anpassung an die räumliche Lage der drei Sensoren zu erzielen.

Es ist vor dem obigen Hintergrund eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Flüssigkristall-Lichtventilprojektor anzugeben, der einen Farbstrahlenteiler-Kubus verwendet.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Farbstrahlenteiler dadurch gelöst, daß der Farbstrahlenteiler vier Prismen aufweist, die jeweils eine Basis und zwei Seiten aufweisen, wobei die Prismen derart angeordnet sind, daß die Seiten der Prismen benachbart zueinander sind, und wobei das einfallende weiße Licht auf einen unteren Abschnitt der Basis eines ausgewählten der vier Prismen auftrifft und durch jeweilige untere Abschnitte der anderen Prismen in drei separate Lichtpfade entsprechend einem roten einem grünen und einem blauen Lichtpfad eingekoppelt wird; Reflektormittel aufweist, die in dem roten Lichtpfad angeordnet sind, um das rote Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers zu reflektieren; Reflektormittel aufweist, die in dem grünen Lichtpfad angeordnet sind, um das grüne Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlentei lers zu reflektieren; und Reflektormittel aufweist, die in dem blauen Lichtpfad angeordnet sind, um das blaue Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers zu reflektieren, wobei das zurückreflektierte Licht von dem oberen Abschnitt der Prismen kombiniert wird, um das weiße Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht entlang des Ausgangspfades übertragen wird.

Generell gesagt wird die obige Aufgabe durch einen Flüssigkristallprojektor gelöst, der einen einzelnen Farbstrahlenteiler aus einem einzelnen X-Kubus aufweist, der sowohl die einfallenden als auch die austretenden Lichtstrahlen überträgt. Eine Hälfte des Farbstrahlenteilers teilt das einfallende weiße Licht in die drei Primärfarben auf und die andere Hälfte des Farbstrahlenteilers kombiniert die Primärfarben, um weißes Licht zu erzeugen, das zur Projektion verwendet wird. Die vorliegende Erfindung reduziert die zum Aufteilen und zum Rekombinieren der Primärfarben (rot, grün, blau) notwendige Anzahl von Prismen von acht Prismen bei der bekannten Konstruktion auf lediglich vier Prismen.

Der Flüssigkristallprojektor umfaßt insbesondere eine Lichtquelle zum Projizieren von weißem Licht und der Farbstrahlenteiler ist so angeordnet, daß er das weiße Licht empfängt. Der Farbstrahlenteiler weist vier (rechtwinklige) Prismen auf, die jeweils eine Basis und zwei Seiten aufweisen und die so angeordnet sind, daß ihre Seiten benachbart zueinander sind. Das einfallende weiße Licht wird durch die Prismen aufgeteilt und in drei separate Lichtpfade entsprechend einem roten, einem grünen und einem blauen Lichtpfad eingekoppelt. Um das rote, das grüne und das blaue Licht zurück in den Farbstrahlenteiler einzukoppeln, sind Mittel wie bspw. eine Vielzahl von Spiegeln oder ein optisches Verbindungsglied vorgesehen. Das zu dem Farbstrahlenteiler zurückgegebene rote, grüne und blaue Licht wird von dem Farbstrahlenteiler kombiniert, um weißes Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht übertragen wird.

Der Farbstrahlenteiler aus einem einzelnen X-Kubus der vorliegenden Erfindung schafft eine kompaktere und mechanisch stabilere optische Konfiguration. Bei der Konstruktion sind weniger Prismen notwendig und somit weniger Prismen während der Herstellung des optischen Gerätes zu handhaben. Da die Prismen größer sind, läßt sich die Winkelgenauigkeit während des Schleifens, des Polierens und des Verkittens in starkem Maße verbessern. Während eines Beschichtungsprozesses sind weniger optische Elemente zu handhaben. Zum Verkitten der Prismen des Kubus ist beträchtlich weniger Zeit erforderlich und der Aufwand an Montagehardware ist verringert.

Die vorliegende Erfindung betrifft folglich Flüssigkristall-Lichtventilprojektoren, die Farbstrahlenteiler-Kubi (X-Kubi) verwenden und üblicherweise bei kommerziellen Anwendungen Einsatz finden. Die vorliegende Erfindung reduziert die Gesamtkosten der Flüssigkristall-Lichtventilprojektoren, in denen sie Einsatz findet.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:
1 einen Flüssigkristall-Lichtventilprojektor, der einen herkömmlichen Farbstrahlenteiler mit gestapelten X-Kubi einsetzt; und
2 einen Flüssigkristall-Lichtventilprojektor, der einen Farbstrahlenteiler mit einem X-Kubus gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt.
In 1 ist ein Flüssigkristall-Lichtventilprojektor generell mit der Bezugsziffer 10 versehen. Der Flüssigkristall-Lichtventilprojektor 10 verwendet einen herkömmlichen Farbstrahlenteiler 11 mit gestapelten X-Kubi. Der Farbstrahlenteiler 11 mit gestapelten X-Kubi umfaßt acht (nicht gezeigte) Prismen, die in zwei gestapelten Gruppen 11a, 11b aus jeweils vier Prismen angeordnet sind. Der Farbstrahlenteiler 11 mit gestapelten X-Kubi erfordert, daß acht rechtwinklige Prismen miteinander so verkittet werden, daß zwei Würfel aus jeweils vier Prismen entstehen.
Die erste Gruppe von Prismen 11a verarbeitet von einer Lichtquelle 12 kommendes und von einer Eingangslinse 13 abgebildetes, einfallendes weißes Licht und teilt das einfallende weiße Licht in drei Primärfarben auf. Das aufgeteilte Licht wird mittels zweier Spiegel 14, 15 reflektiert und über eine Zwischenlinse 16 durch eine Spaltblende 17 auf die zweite Gruppe von Prismen 11d gerichtet. Die zweite Gruppe von Prismen 11b kombiniert die aufgeteilten Primärfarben, um weißes Licht zu erzeugen, das mittels einer Ausgangslinse 18 projiziert wird.
In 2 ist ein Flüssigkristall-Lichtventilprojektor 20 dargestellt, der einen Farbstrahlenteiler 21 aus einem X-Kubus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Flüssigkristall-Lichtventilprojektor 20 umfaßt eine Lichtquelle 12, die weißes Licht entlang eines Eingangspfades 27 durch eine Eingangslinse 13 projiziert, die das weiße Licht auf den Farbstrahlenteiler 21 fokussiert. Der Farbstrahlenteiler 21 umfaßt vier Prismen 21a, 21b, 21c, 21d, die in einer bevorzugten Ausführungsform aus rechtwinkligen Prismen mit jeweils einer Basis und zwei Seiten gebildet sind. Die Prismen 21a, 21b, 21c, 21d sind derart miteinander verbunden oder verkittet, daß die Seiten der Prismen 21a, 21b, 21c, 21d benachbart zueinander liegen. Auf jede der benachbarten, miteinander verbundenen Oberflächen der Prismen 21a, 21b, 21c, 21d sind optische Beschichtungen aufgebracht, so daß das einfallende weiße Licht aufgeteilt und in drei separate Lichtpfade 25a, 25b, 25d entsprechend einem roten, einem grünen und einem blauen Lichtpfad 25a, 25b, 25c eingekoppelt wird.
Das entlang des roten Lichtpfades 25a übertragene rote Licht wird von zwei Spiegeln 22a, 22b (oder bspw. von einem optischen Verbindungsglied) zurück auf den Farbstrahlenteiler 21 reflektiert und entlang eines Ausgangspfades 26 ausgegeben. Das entlang des grünen Lichtpfades 25b übertragene grüne Licht wird von zwei Spiegeln 23a, 23b auf den Farbstrahlenteiler 21 zurück reflektiert und entlang des Ausgangspfades 26 ausgegeben. Gleichermaßen wird das entlang des blauen Lichtpfades 25c übertragene blaue Licht von zwei Spiegeln 24a, 24b zurück auf den Farbstrahlenteiler 21 reflektiert und entlang des Ausgangspfades 26 ausgegeben. Das von den jeweiligen Spiegeln 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b reflektierte rote, grüne und blaue Licht wird von dem Farbstrahlenteiler 21 kombiniert, um weißes Licht zu erzeugen, das entlang des Ausgangspfades als projiziertes Licht ausgegeben wird. Das projizierte Licht wird von einer Ausgangslinse 18 abgebildet, die zu Anzeigezwecken in dem Ausgangspfad 26 angeordnet ist.
Somit teilt bei der vorliegenden Erfindung eine Hälfte des Farbstrahlenteilers 21 einfallendes weißes Licht in die drei Primärfarben auf und die andere Hälfte des Farbstrahlenteilers 21 kombiniert die Primärfarben, um weißes Licht zur Projektion zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung reduziert somit die zur Aufteilung und Rekombination der Primärfarben notwendige Anzahl von Prismen 21a, 21b, 21c, 21d von acht Prismen bei der bekannten Konstruktion auf vier Prismen bei der vorliegenden Erfindung.
Der Farbstrahlenteiler 21 mit einem einzelnen X-Kubus der vorliegenden Erfindung schafft somit eine kompaktere und mechanisch stabilere optische Konfiguration. Es sind weniger Prismen 21a, 21b, 21c, 21d erforderlich und somit entsprechend weniger Prismen während der Herstellung des optischen Gerätes zu handhaben. Jedes der Prismen 21a, 21b, 21c, 21d ist größer als die bekannten Prismen, wodurch die Winkelgenauigkeit während des Schleifens, des Polierens und des Verkittens bzw. Zementierens in starkem Maße verbesserbar ist. Während des Beschichtungsprozesses sind verglichen mit der bekannten Konstruktion weniger Prismen 21a, 21b, 21c, 21d zu handhaben. Es ist ebenfalls weniger Zeit erforderlich, um die Prismen 21a, 21b, 21c, 21d miteinander zu verkitten.

Claims

Flüssigkristall-Lichtventilprojektor (20) mit: einer Lichtquelle (12) zum Projizieren von weißem Licht entlang eines Eingangspfades (27); einem Farbstrahlteiler (21) aus Prismen, der einen oberen und einen unteren Abschnitt aufweist, wobei der untere Abschnitt in dem Eingangspfad (27) angeordnet ist, zum Empfangen des weißen Lichtes von der Lichtquelle (12) und zum Aufteilen des weißen Lichtes in rotes, grünes und blaues Licht; und Reflektormitteln (22) zum Reflektieren des roten, des grünen und des blauen Lichtes zurück zu dem oberen Abschnitt des Farbstrahlteilers (21), und wobei das rote, das grüne und das blaue Licht, das in Richtung auf den Farbstrahlenteiler zurückreflektiert wird, von dem Farbstrahlenteiler kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht entlang eines Ausgangspfades (26) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstrahlenteiler (21) aufweist: vier Prismen (21a, 21b, 21c, 21d), die jeweils eine Basis und zwei Seiten aufweisen, wobei die Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) derart angeordnet sind, daß die Seiten der Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) benachbart zueinander sind, und wobei das einfallende weiße Licht auf einen unteren Abschnitt der Basis eines ausgewählten (21a) der vier Prismen (21) auftrifft und durch jeweilige untere Abschnitte der anderen Prismen (21b-d) in drei separate Lichtpfade (25a, 25b, 25c) entsprechend einem roten, einem grünen und einem blauen Lichtpfad (25a, 25b, 25c) eingekoppelt wird; Reflektormittel (22a, 22b), die in dem roten Lichtpfad (25a) angeordnet sind, um das rote Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers (21) zu reflektieren; Reflektormittel (23a, 23b), die in dem grünen Lichtpfad (25b) angeordnet sind, um das grüne Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers (21) zu reflektieren; und Reflektormittel (24a, 24b), die in dem blauen Lichtpfad (25c) angeordnet sind, um das blaue Licht zurück auf den oberen Abschnitt des Farbstrahlenteilers (21) zu reflektieren, wobei das zurückreflektierte Licht von dem oberen Abschnitt der Prismen kombiniert wird, um das weiße Licht zu erzeugen, das als projiziertes Licht entlang des Ausgangspfades übertragen wird.
Lichtventilprojektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) rechtwinklige Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) sind.
Lichtventilprojektor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) miteinander verkittet sind.
Lichtventilprojektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die jeweiligen benachbarten Flächen der Prismen (21a, 21b, 21c, 21d) optische Beschichtungen aufgebracht sind, so daß das einfallende weiße Licht aufgeteilt und in die drei separaten Lichtpfade (25a, 25b, 25c) eingekoppelt wird.
Lichtventilprojektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektormittel (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) zum Reflektieren des roten, des blauen oder des grünen Lichts zurück auf den Farbstrahlenteiler (21) jeweils zwei Spiegel (22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b) aufweisen.