DE19947470A1 - Verbesserte X-Würfelanordnung für Projektionsschirm mit höherem Kontrast - Google Patents

Abstract

Ein optisches Projektionsanzeigesystem, wie z. B. eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wird offenbart. Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß das Projektionsanzeigesystem eine verbesserte X-Würfelanordnung (oder X-Prismaanordnung) benutzt, in der die Innenwinkel der Prismen, die den verbesserten X-Würfel bilden, von 90 DEG abweichen. Die Anwendung der vorliegenden X-Würfel-Anordnung verbessert den Kontrast für Schachbrettbilder, minimiert die Möglichkeit falscher, unerwünschter Reflexionen vom Einführen der Projektionslinse und eliminiert im wesentlichen Blendung und Geisterbilder, die in der Regel bei X-Würfeln auf dem Stand der Technik auftreten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein optisches System für Projektionsschirme und im besonderen auf ein optisches System unter Verwendung einer verbesserten X- Würfelanordnung, die die in früheren X-Würfelanordnungen auftretenden Glanz- und Bildnachlauferscheinungen deutlich reduziert. Darüber hinaus reduziert die verbesserte X- Würfelanordnung (oder X-Prismaanordnung) der vorliegenden Erfindung unerwünschte Reflexionen und ermöglicht auf diese Weise eine Bildverarbeitung mit höherem Kontrast als frühere X-Würfel. Die verbesserte X-Würfelanordnung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in 3-Farben-Projektionsschirmen mit hoher Auflösung eingesetzt.

3-Farben-Projektionsschirme mit hoher Auflösung auf der Basis räumlicher Lichtmodulatoren (SLMs) benötigen drei solcher SLMs, um ein Bild aufzubauen. Jeder SLM ist für eine der drei Farben zuständig: rot (R), grün (G) und blau (B). Das resultierende Vollfarbbild ist eine Übereinanderlagerung der roten, grünen und blauen Einzelbilder auf dem Bildschirm. Flüssigkristall-Lichtventile sind ein bekannter SLM-Typ.

In Fig. 1 ist eine typische frühere Konfiguration eines 3- Farben-Verfahrens. Insbesondere stellt Fig. 1 eine typische frühere Konfiguration 10 dar, die drei Lichtventile (SLMs) 12, 14, 16 für die Übertragung verwendet, also eines für jede Farbe. Das Funktionsprinzip basiert auf der Rotation der Polarisierung des einfallenden Lichts für jedes Pixel. In einem Flüssigkristall-Lichtventil für die Übertragung wird ein Bild aufgebaut, wenn das Lichtventil zwischen die Polarisierer angeordnet wird. In einem Projektionssystem steuert jedes der drei Lichtventile den Bildaufbau einer der drei Einzelfarbkomponenten. Das vollständige Projektionssystem verwendet normalerweise eine weiße Bogenlampen-Lichtquelle 18 sowie die dichroischen Farbfilter 20A und 20B, die das auftreffende weiße Licht in die Komponenten rot (R), grün (G) und blau (B) spalten. Jede Farbkomponente wird auf eines der drei Lichtventile gelenkt. Am Eingang jedes Lichtventils wird ein Polarisierer 22 angeordnet, damit nur ein Polarisierungsstatus ausgewählt wird, der in das Lichtventil eindringt. Ein zweiter Polarisierer 24 wird nach jedem dieser drei Lichtventile angeordnet, um das Licht für den Bildaufbau auszuwählen. Normalerweise wird eine X-Würfelänordnung 26 verwendet, um die von den Lichtventilen der Einzelfarbkomponenten rot, grün und blau erzeugten Bilder zu kombinieren und das vollständige Gesamtbild zu erstellen. Eine Projektionslinse 28 vervollständigt das System, mit dem Bilder vergrößert und auf einen Bildschirm projiziert werden.

Im Handel sind mehrere unterschiedliche Projektionssysteme unter Verwendung von Lichtventilen für die Übertragung erhältlich. Um jedoch Lichtventile mit einer höheren Pixelanzahl, wie sie für Bildschirme mit hoher Auflösung benötigt werden, herzustellen, wird der Flüssigkristallbildschirm groß. Es ist schwierig, Lichtventile für die Übertragung mit sehr kleinen Pixeln herzustellen, da die elektronischen Schaltungen, die man für den Einsatz der Lichtventile benötigt, den Lichtdurchgang durch die Pixel in unzulässigem Maße behindern. Stattdessen halten für Anwendungen mit hoher Auflösung Lichtventile auf Reflexionsbasis Einzug. Im Reflexionsmodus ist es möglich, die Spiegelstruktur direkt über der elektronischen Schaltung anzuordnen. Dieser Modus ermöglicht einen kleineren Pixelbereich, ohne daß die elektronische Schaltung den Lichtdurchgang behindert, so daß ein maximaler Lichtdurchgang gewährleistet ist.

Die oben beschriebene Konfiguration sowie auch andere Projektionsanzeigen auf der Basis reflektiver Flüssigkristall- Lichtventile verwenden einen optischen Aufbau, der dem in Fig. 2 dargestellten ähnelt. Licht von einer Beleuchtungsquelle (nicht dargestellt) wird mit Hilfe von chroischen Spiegeln (in Fig. 2 ebenfalls nicht dargestellt) in rote (R), grüne (G) und blaue (B) Strahlen unterteilt. Jeder Farbstrahl wird auf seinen entsprechenden polarisierenden Strahlteiler (PBS) 42, 44 und 46 neben einem reflektierenden Lichtventil (LV) 48, 50 und 52 gelenkt. PBS 42 und LV 48 sind selektiv für rotes Licht, PBS 44 und LV 50 sind selektiv für grünes Licht und PBS 46 und LV 52 sind selektiv für blaues Licht. Jeder polarisierende Strahlteiler lenkt einen polarisierten Strahl auf sein Lichtventil, das sich normalerweise in seinem dunklen Zustand wie ein Spiegel verhält. Darüber hinaus enthält jeder polarisierende Strahlteiler eine dichroische Beschichtung, die selektiv für die Reflexion einer bestimmten Lichtfarbe dient. In Fig. 2 enthält PBS 42 eine dichroische Beschichtung, die für rot (R') spezifisch ist, PBS 44 eine dichroische Beschichtung, die für grün (G') spezifisch ist und PBS 46 eine dichroische Beschichtung, die für blau (B') spezifisch ist.

Das auftreffende Licht wird ohne Änderung der Polarisierung in den polarisierenden Strahlteiler zurückreflektiert und daher an der PBS erneut zurück zur Lichtquelle reflektiert. Wenn an der Flüssigkristallschicht eine Spannung angelegt wird, tritt eine Polarisierungsrotation ein, und der reflektierte Strahl wird vom polarisierenden Strahlteiler übertragen und geht in eine sogenannte X-Würfelanordnung 54.

Die X-Würfelanordnung 54 besteht aus vier rechtwinkligen Prismen, die dichroische Beschichtungen enthalten und zusammengeklebt sind, so daß sie einen Würfel bilden. Der Würfel hat die Eigenschaft, daß er durch sorgfältige Ausrichtung der vier Prismen, aus denen er besteht, zweifarbige spezifische Reflexionsebenen aufweist. Normalerweise reflektiert eine Beschichtung nur rot (R) und die andere nur blau (B). Grünes (G) Licht würde in diesem Fall von beiden übertragen werden. In den Zeichnungen ist die für rot selektive dichroische Beschichtung mit (R') gekennzeichnet, während die für blau selektive dichroische Beschichtung mit (B') gekennzeichnet ist. In der Praxis kann es jedoch sein, daß die dichroischen Beschichtungen nicht vollkommen sind, das heißt, die blaue (B) Beschichtung reflektiert dann einen geringen Anteil rotes (R) Licht, was zu unerwarteten und unerwünschten zusätzlichen Lichtpfaden im Prisma führen kann.

Rotes (R) Licht, das in den X-Würfel eintritt, wird von einer roten reflektierenden dichroischen Beschichtung (R') in eine nicht dargestellte Projektionslinse reflektiert. Auf ähnliche Weise wird ein Strahl einer anderen Farbe, beispielsweise blau, die auf die entsprechende Fläche des X-Würfels auftrifft, in einen gemeinsamen Strahl reflektiert, der in die Projektionslinse eintritt. Das heißt, der X-Würfel hat die Funktion eines farbenkombinierenden Elements, das rotes, grünes und blaues Licht von den drei modulierenden Lichtventilen in einen gemeinsamen Strahl umlenkt, der zur Abbildung auf einen in der Ferne befindlichen Schirm in die Projektionslinse eintritt.

Ein großes Problem im Zusammenhang mit den X-Würfeln des in Fig. 2 dargestellten Typs sind die unerwünschten Reflexionen, die zwischen den verschiedenen dichroischen Beschichtungen auf dem Würfel auftreten. Dieses Problem wird in den Fig. 3(a)- (b) veranschaulicht. Licht aus einer roten Zelle muß eine blaue reflektierende Beschichtung (B') durchlaufen, um auf die rote reflektierende Beschichtung (R') zu treffen, die den Strahl auf die Projektionslinse lenkt. Ein geringer Anteil roten Lichts, der durch die gestrichelte Linie wiedergegeben wird, wird von der blauen Beschichtung (5') reflektiert, wie aus der Darstellung hervorgeht, und zwar zur roten reflektierenden Beschichtung (R'), wo er auf das Lichtventil 48 umgelenkt wird und einen neuen unerwünschten Strahl (gestrichelte Linie) erzeugt, der die Projektionslinse erreichen kann.

Schon ein geringer Lichtanteil, der auf diese Weise reflektiert wird, kann zu einer unscharfen Hintergrundbeleuchtung führen, die den Lichtanteil in Bereichen, die eigentlich dunkel wären, erhöht, was den Kontrast reduziert. Ein ähnlicher Effekt kann in anderen Kanälen auftreten, wie aus der Darstellung des durchlaufenden Kanals in Fig. 4 hervorgeht. Der oben angeführte Effekt kann eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Bildkontrasts spielen, der gemessen wird, wenn das auf dem Lichtventil von einem hellen Bereich erzeugte Licht mit dem Licht verglichen wird, das von einem dunklen Bereich auf dem Lichtventil erzeugt wird. Diese hellen und dunklen Bereiche erzeugt, indem Bereiche des Lichtventils elektronisch eingeschaltet werden, während andere Bereiche des Lichtventils vollständig ausgeschaltet werden. Ein wesentlich geringerer Kontrast wird beobachtet, wenn die Lichtventile wie in der Kontrastmessung gemäß American National Standards for Audiovisual Systems (ANSI) in einem Schachbrettmuster eingeschaltet werden, da in diesem Fall Licht von den hellen Bereichen des Schachbrettmusters die dunklen Bereiche durch Restreflexionen erreichen kann.

Die Fig. 3(a)-(b) machen deutlich, daß Licht, das in normaler Richtung des Lichtventils verläuft, Restreflexionen hervorruft. In einem optischen Projektionssystem trifft ein Lichtkegel auf das Lichtventil. Auch dieser Fall führt zu denselben Restreflexionen. Da die Innenwinkel der X- Würfelanordnung 90° betragen, wird jedes Licht, dessen Hauptlichtstrahl mit einem Winkel von etwa 45° (45°+/-10°) auf die Innenfläche einer X-Würfelanordnung trifft, ebenfalls in Ausgangsrichtung zurück zum Lichtventil reflektiert (Referenzwinkel 45°). Dies ist die Konsequenz des 90°- Eckwürfeleffekts, der durch die beiden Innenflächen entsteht. Wie der Fachwelt bekannt ist, senden zwei reflektierende Flächen, die auf 90° ausgerichtet sind, das Licht stets in Ausgangsrichtung zurück. Jedes Licht innerhalb eines bestimmten Kegelwinkels wird auch innerhalb desselben Kegelwinkels zurückreflektiert. Dies führt innerhalb des gesamten Lichtkegelwinkels zu denselben Restreflexionen, wie sie in den Fig. 3(a)-(b) und 4 abgebildet sind.

Angesichts der oben genannten Nachteile mit früheren Projektionsanzeigen besteht weiterhin eine Nachfrage nach der Entwicklung eines neuen und besseren optischen Projektionssystems, das eine höhere Auflösung und eine Bildverarbeitung mit höherem Kontrast bietet.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines optischen Systems für Projektionsbildschirme, das die oben angeführten Probleme mit früheren optischen Systemen überwindet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer optischen Anordnung, die im wesentlichen Glanz-, Bildnachlauferscheinungen und Reflexionen von unerwünschtem Licht ausschaltet und eine gemeinsame Lichtquelle erzeugt, die sich leicht auf einen.

Projektionsbildschirm projizieren läßt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines leistungsstarken und kostengünstigen optischen Anzeigegeräts mit hoher Auflösung.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten X-Würfelanordnung, die Bildnachlauferscheinungen verhindert, den Kontrast eines schachbrettartigen Testbilds verbessert und unerwünschte Reststrahlen weitestgehend von der Projektionslinse fernhalten.

Diese und weitere Ziele und Vorteile lassen sich durch den Einsatz einer verbesserten X-Würfelanordnung (oder X- Prismenanordnung) aus vier Prismen in der vorliegenden Erfindung erreichen. Jedes Prisma besitzt neben seiner Basis zwei Flächen, von denen jede mit einer anderen dichroischen Beschichtung beschichtet ist. Die Flächen bilden zur Basis einen Winkel, der nicht 90° beträgt. Die Prismen sind so angeordnet, daß Flächen mit gleichen dichroischen Beschichtungen zwei sich überschneidende farbspezifische Ebenen in der X-Prismaanordnung bilden. Im Gegensatz zu früheren X-Würfelanordnungen sind die reflektierenden Ebenen der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung geneigt, so daß im Idealfall der einfallende Strahl, der auf die Innenfläche einer X-Prismaanordnung trifft, mit der Oberfläche einen Winkel bildet, der nicht 45° ist. Die Ebenen sind so geneigt, daß der einfallende Hauptstrahl +/- 3° von 45° zur ersten Ebene abweicht. Diese Neigung reicht aus, um zu bewirken, daß unerwünschte Reststrahlen von der gemeinsamen Quelle beseitigt werden. Darüber hinaus weichen die Reststrahlen im wesentlichen vom Pfad des gemeinsamen Strahls ab und liegen außerhalb des Bereichs, den die Projektionslinse für die Projektion benötigt.

Eine solche X-Prismaanordnung kann Glanz- und Bildnachlauferscheinungen ausschalten, die normalerweise bei früheren X-Würfelanordnungen auftreten, indem die Störstrahlung des roten, blauen und grünen Lichts vom Lichtpfad, der an die Projektionslinse übertragen wird, und somit vom Projektionsbildschirm abgelenkt wird. Das hat zur Folge, daß der sogenannte Eckwürfelreflektoreffekt früherer X- Würfelanordnungen vermieden wird. Anders ausgedrückt, mehrere unerwünschte reflektierte Strahlen, wie sie in den Fig. 3(a)-(b) und 4 dargestellt sind, werden unter Verwendung der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung nacheinander bei jeder Reflexion um einige Grad abgelenkt.

Diese Ablenkung ist zwar gering, reicht aber aus, um zu gewährleisten, daß der Störstrahl genügend stark vom normalen erwünschten Strahl abgelenkt wird, so daß er nicht von der Projektionslinse aufgenommen wird. Da die Lichtquelle einen Strahlenkegel ausstrahlt, der auf jedes Lichtventil auftrifft, ist es wichtig, daß die Nettoablenkung der Störstrahlung größer ist als der doppelte Kegelwinkel der Strahlen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines typischen früheren optischen Projektionssystems.

Fig. 2 ist eine Darstellung einer früheren optischen Anordnung mit drei Lichtventilen, drei polarisierten Strahlteilern und einer X-Würfelanordnung mit dichroischen Flächen, die in einem Winkel von 45° zueinander (Innenwinkel 90°) angeordnet sind.

Fig. 3(a)-(b) sind Darstellungen der Störstrahlen (gestrichelte Linien), die durch Teilreflexionen der in einem Winkel von 45° angeordneten dichroischen Beschichtungen einer früheren X-Würfelanordnung für Seitenkanäle (rotes Licht) erzeugt werden.

Fig. 4 ist eine Darstellung der Störstrahlen (gestrichelte Linien), die durch Teilreflexionen der in einem Winkel von 45° angeordneten dichroischen Beschichtungen einer früheren X- Würfelanordnung durchlaufende Kanäle (grünes Licht) erzeugt werden.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines optischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine Darstellung einer möglichen Ausrichtung der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung, die in dem in Fig. 5 dargestellten optischen Projektionssystem verwendet werden kann.

Fig. 7 ist eine Darstellung einer optischen Anordnung, bei der die in Fig. 6 dargestellte X-Prismaanordnung im optischen System von Fig. 5 verwendet wird.

Fig. 8 ist eine Darstellung des Störlichtpfads, der auf die rote dichroische Beschichtung für rotes Licht auftrifft, auf der Basis der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 ist eine Darstellung des Störlichtpfads, der auf die blaue dichroische Beschichtung für rotes Licht auftrifft, unter Verwendung der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 ist eine Darstellung des Störlichtpfads für grünes Licht unter Verwendung der X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung eines optischen Aufbaus zur Verwendung für Projektionsbildschirme, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Wir betrachten zunächst Fig. 5. Gezeigt wird eine schematische Darstellung eines optischen Projektionssystems 100, das die X-Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung enthält. Es wird darauf hingewiesen, daß das in Fig. 1 dargestellte optische Projektionssystem auch in der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann. Das in Fig. 5 dargestellte optische Projektionssystem enthält eine Lampenquelle 102 wie beispielsweise eine Bogenlampe, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen ausstrahlen kann. Der Lampenausgang wird zunächst mit einem Filter 104, der den UV- und/oder den Infrarotanteil entfernen kann, gefiltert. Das in Fig. 5 dargestellte optische Projektionssystem enthält außerdem eine Lichtquellenoptik 106, die das Licht von der Lampenquelle empfängt und eine einheitliche Intensitätsverteilung erzeugt. Die Lichtquellenoptik besitzt einen Linsenaufbau, die dem Facettenauge einer Fliege ähnelt, um die einheitliche Lichtintensität zu erzeugen. Diese Lichtquellenoptik kann außerdem noch andere optische Komponenten enthalten, um den größten Teil des unpolarisierten Lichts in eine Polarisierung umzuwandeln.

Die Farbteilungsoptik 108 empfängt Licht von der Lichtquellenoptik 106. Die Farbteilungsoptik enthält dichroische Spiegel, die eine Farbkomponente des Lichts reflektieren, während die anderen Farben übertragen werden, was zu einer Trennung der drei Lichtfarben (rot, grün und blau) führt, die an die optische Anordnung 110 des Lichtventils gehen. Die optische Anordnung 110 des Lichtventils umfaßt drei polarisierende Strahlteiler und drei Lichtventile. Der Einfachheit halber sind diese Elemente in Fig. 5 nicht dargestellt. Der polarisierende Strahlteiler reflektiert das polarisierte Licht zu jedem der drei Lichtventile. Jeder der drei polarisierenden Strahlteiler enthält eine optische Beschichtung, die für eine bestimmte Farbe (rot, grün oder blau) optimiert ist.

Das bilderzeugende Licht wird vom Lichtventil mit rotierter Polarisierung reflektiert. Anschließend wird das bilderzeugende Licht von den polarisierenden Strahlteilern übertragen, und aus der optischen Anordnung des Lichtventils treten die Farben rot, grün und blau aus. Die drei Farben werden daraufhin auf die verbesserte X-Würfelanordnung (oder X-Prismaanordnung) 115 gelenkt, die dazu dient, die Einzelfarben wieder zu einem gemeinsamen Strahl zu kombinieren. Die X-Würfelanordnung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend noch ausführlicher beschrieben.

Das optische System der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin eine Projektionslinse 120 für den Empfang des gemeinsamen Strahls von der X-Prismaanordnung 115 der vorliegenden Erfindung und zur Abbildung dieses Strahls auf einem Projektionsbildschirm 125.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Zeichnung zwar ein ganz bestimmtes optisches Projektionssystem darstellt, das Prinzip der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf dieses eine System beschränkt ist. Vielmehr läßt sich das Prinzip der vorliegenden Erfindung, also die verbesserte X- Würfelanordnung, auch in einem beliebigen anderen optischen Projektionssystem verwenden, das in der Lage ist, rotes, grünes und blaues Licht zu erzeugen.

Wir wenden uns nun wieder der verbesserten X-Würfelanordnung der vorliegenden Erfindung zu. Insbesondere konzentrieren wir uns auf Fig. 7. Sie veranschaulicht eine optische Anordnung, die die verbesserte X-Würfelanordnung der vorliegenden Erfindung in der Nähe der optischen Lichtventilanordnung zeigt, die aus drei Lichtventilen und drei polarisierenden Strahlteilern besteht. Insbesondere umfaßt die in Fig. 7 dargestellte optische Anordnung drei polarisierende Strahlteilerwürfel 153r, 135b und 135g, die für den Betrieb bei einer bestimmten Lichtfarbe (rot, blau oder grün) optimiert sind. Jeder Strahlteiler enthält eine spezifische dichroische Beschichtung R', B' und G', die eine Polarisierung reflektiert und für die andere durchlässig ist. In der Nähe und nebeneinander gelegen befinden sich die Lichtventile 140r, 140b und 140g. Jedes Lichtventil ist vorzugsweise ein reflektierendes Flüssigkristall, das als räumlicher Lichtmodulator dient. Bei den Lichtventilen kann es sich aber auch um einen übertragenden räumlichen Lichtmodulator (SLM) oder eine andere Art von reflektierendem räumlichem Lichtmodulator handeln, beispielsweise um eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD).

Die optische Anordnung von Fig. 7 umfaßt weiterhin eine verbesserte X-Würfelanordnung (oder X-Prismaanordnung) 115, die in der Lage ist, die drei durch die polarisierenden Strahlteiler laufenden Farben neu zu einem gemeinsamen Strahl zu kombinieren, der dann auf die Projektionslinse umgelenkt wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt die X-Prismaanordnung vier Prismen, von denen jedes zwei Flächen gegenüber der Basis besitzt, die mit unterschiedlichen farbtrennenden dichroischen Materialien beschichtet sind. Die Oberfläche (Seite) der X-Prismaanordnung, durch die das Licht abgegeben wird, ist eben, so daß die Ecken des linken und rechten Prismas aus praktischen Gründen abgeschnitten sind. Die Ecken können aber auch so bleiben, wie sie durch die gepunkteten Linien in den Fig. 6-10 dargestellt sind, so daß alle vier Prismen eine dreieckige Form aufweisen. Die vier Prismen werden in einer gewünschten Konfiguration angeordnet, so daß ähnliche Beschichtungen eine kontinuierliche Linie innerhalb des X-Prismas bilden. Daraufhin werden sie zusammengeklebt. Dies führt zur Bildung der beiden reflektierenden Ebenen innerhalb des X-Prismas selbst. Die X- Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von früheren X-Würfelanordnungen darin, daß die Innenwinkel zwischen den dichroischen Flächen, das heißt, die Winkel gegenüber der Basis jedes Prismas, keine rechten Winkel sind. Die jeweilige Wahl der Innenwinkel des X-Prismas kann je nach dem in Frage kommenden Licht variieren. Bevorzugte Innenwinkel der vier Prismen, die die X-Prismaanordnung bilden, sind 84° oder 96°.

Ein Beispiel für eine typische X-Prismakonfiguration, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Wie aus der Darstellung in Fig. 6 hervorgeht, ist jede dichroische Fläche um 3° zur ursprünglichen Ausrichtung von 45° geneigt, während die Seitenflächen des Prismas um 6° geneigt sind, so daß die eintretenden Strahlen von den Lichtventilen vorwiegend normal zu den in Fig. 7 dargestellten Flächen ausgerichtet sind. Insbesondere umfaßt die in Fig. 6 dargestellte X-Prismaanordnung das Prisma 1 mit einem Innenwinkel alpha 1 von etwa 84°, das Prisma 2 mit einem Innenwinkel alpha 2 von 96°, das Prisma 3 mit einem Innenwinkel alpha 3 von 84° und das Prisma 4 mit einem Innenwinkel alpha 2 von 96°. Fig. 6 enthält die normalen 45°- Referenzlinien.

Durch die Einführung der X-Prismakonfiguration der vorliegenden Erfindung wird der Eckwürfeleffekt der oben angeführten früheren X-Würfelanordnungen vermieden. Das heißt, die unerwünschten reflektierten Strahlen, wie sie in den Fig. 3(a)-(b) und 4 dargestellt werden, werden nacheinander bei jeder Reflexion um einige Grad abgelenkt, so daß gewährleistet wird, daß die unerwünschten Strahlen weit genug vom gemeinsamen Strahl abgelenkt werden. Das führt dazu, daß die unerwünschten Strahlen außerhalb des Pfads des gemeinsamen Strahls liegen und somit nicht auf den Projektionsbildschirm projiziert werden.

Da die Lichtquelle einen Strahlenkegel erzeugt, der auf jedes Lichtventil trifft, ist es wichtig, daß der Winkel der Nettoabweichung der unerwünschten Strahlen größer ist als der doppelte Kegelwinkel der Strahlen.

Fig. 8 und 9 veranschaulichen die Abweichung, die zwischen den erwünschten Strahlen (durchgehende Linie) und den unerwünschten Reflexionen (gestrichelte Linie), die durch Verwendung der X-Prismakonfiguration der vorliegenden Erfindung des in Fig. 6 dargestellten Typs für den roten Kanal (Seite) erzeugt wird. Der Kanal auf der anderen Seite (blau) erzeugt dieselbe Winkelabweichung.

Entsprechend ist in Fig. 10 die zwischen den erwünschten Strahlen (durchgehend) und den unerwünschten Reflexionen (gestrichelt) erzeugte Abweichung abgebildet, die durch Verwendung der X-Prismaanordnung für den durchlaufenden (grünen) Kanal der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 8 bis 10 die PBS- Elemente der Einfachheit nicht dargestellt werden, da sie nicht zu den in diesen Figuren dargestellten Winkelabweichungen beitragen.

Verglichen mit den Fig. 3(a)-(b), wo die Restabweichung entlang derselben Richtung stattfindet wie der Hauptstrahl (oder der gemeinsame Strahl), liegen die in den Fig. 8 bis 10 abgebildeten Restreflexionen um 12° zum Hauptstrahl geneigt. Es wird darauf hingewiesen, daß eine große Abweichung vom 90°-Würfel nicht erforderlich ist, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Wie aus der obigen Darstellung hervorgeht, bewirkt eine Neigung von nur drei Grad jeder der beiden dichromatischen Flächen des Prismas der X- Prismaanordnung eine Abweichung von 12° in der Restreflexion.

Diese Abweichung genügt, um unerwünschte Reflexionen aus dem Pfad des gemeinsamen Strahls zu entfernen.

Wie aus der obigen Darstellung hervorgeht, ist die X- Prismaanordnung der vorliegenden Erfindung in der Lage, die in früheren X-Würfelanordnungen auftretenden Glanz- und Bildnachlauferscheinungen sowie unerwünschte Reflexionen zu beseitigen, während gleichzeitig ein Bild mit hoher Auflösung erzeugt wird.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wurde zwar anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, doch weiß der Fachmann auf diesem Gebiet, daß die oben genannten sowie weitere Änderungen in Form und Detail möglich sind, ohne vom Grundgedanken und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (15)

1. Eine X-Prismaanordnung zur Verwendung in optischen Anzeigeeinrichtungen, die in der Lage ist, rotes, grünes und blaues Licht zu einem gemeinsamen Strahl für die Projektion neu zu kombinieren, wobei die genannte X- Prismaanordnung vier Prismen umfaßt, von denen jedes eine Basis, einen Innenwinkel gegenüber der genannten Basis, der nicht 90° ist, und zwei Oberflächen neben der genannten Basis aufweist, die mit unterschiedlichen dichroischen Materialien beschichtet sind, wobei die genannten vier Prismen so angeordnet sind, daß die Oberflächen mit gleicher dichroischer Beschichtung zwei sich überschneidende farbspezifische Reflexionsebenen bilden.

2. Die X-Prismaanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die genannten Reflexionsebenen so ausgerichtet sind, daß der Hauptstrahl mit einem anderen Winkel als 45° auftrifft.

3. Die X-Prismaanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die genannten Reflexionsebenen um +/- 3° zu einer 45°- Referenzausrichtung geneigt sind.

4. Die X-Prismaanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die genannten Reflexionsebenen für die Reflexion einer der Farben rot, blau oder grün spezifisch sind.

5. Die X-Prismaanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der genannte Innenwinkel entweder 84° oder 96° beträgt.

6. Die X-Prismaanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die genannten Prismen eine dreieckige Form aufweisen.

7. Ein Projektionssystem für optische Anzeigeeinrichtungen, bestehend aus
einer Lichtquelle, die Licht entlang eines vorbestimmten Pfads aussenden kann;
einem Filter, der den UV- und/oder den Infrarotanteil entfernen kann und sich in der Nähe der genannten Lichtquelle entlang des genannten Lichtpfads befindet;
einer Lichtoptik, die in der Nähe des genannten Filters angeordnet ist;
einer Farbteilungsoptik, die in der Nähe der genannten Lichtoptik angeordnet ist, wobei das genannte Licht von der genannten Lichtoptik in rotes, grünes und blaues Licht aufgespalten wird;
einer optischen Lichtventilanordnung in der Nähe der genannten Farbteilungsoptik;
einer X-Prismaanordnung, die in der Lage ist, das genannte rote, grüne und blaue Licht zu einem gemeinsamen Strahl neu zu kombinieren, der in der Nähe der genannten optischen Lichtventilanordnung angeordnet ist, wobei die genannte X-Prismaanordnung vier Prismen umfaßt, von denen jedes eine Basis, einen Innenwinkel gegenüber der genannten Basis, der nicht 90° ist, und zwei Oberflächen neben der genannten Basis aufweist, die mit unterschiedlichen dichroischen Materialien beschichtet sind, wobei die genannten vier Prismen so angeordnet sind, daß die Oberflächen mit gleicher dichroischer Beschichtung zwei sich überschneidende farbspezifische Reflexionsebenen bilden;
einer Projektionslinse, die in der Lage ist, die gemeinsame Lichtquelle zu empfangen und zu projizieren; und
einem Projektionsbildschirm für den Empfang der genannten projizierten gemeinsamen Lichtquelle.

8. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei die genannte optische Lichtventilanordnung drei polarisierende Strahlteiler und drei Lichtventile aufweist.

9. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 8, wobei die genannten Lichtventile reflektierende Flüssigkristall- Lichtventile sind.

10. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei die genannten reflektierenden Ebenen so ausgerichtet sind, daß der Hauptstrahl in einem anderen Winkel als 45° auftrifft.

11. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 10, wobei die genannten Reflexionsebenen um +/- 3° zu einer 45°- Referenzausrichtung geneigt sind.

12. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei die genannten reflektierenden Ebenen für die Reflexion einer der Farben rot, blau oder grün spezifisch sind.

13. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei der genannte Innenwinkel entweder 84° oder 96° beträgt.

14. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei die genannte X-Prismaanordnung unerwünschte Farblichtstrahlen wesentlich vom genannten gemeinsamen Quellenstrahl ablenkt.

15. Das Projektionssystem gemäß Anspruch 7, wobei die genannten Prismen eine dreieckige Form aufweisen.