DE3511022A1

DE3511022A1 - Laseraufzeichnungs- und farbprojektionssystem mit erhoehter temperaturstabilitaet

Info

Publication number: DE3511022A1
Application number: DE19853511022
Authority: DE
Inventors: Gary H. Brea Calif. Best
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1985-10-03
Also published as: GB2156537A; FR2564213A1; JPS60208732A

Description

W.29609/85 20/Ke

The Singer Company, Stamford, Connecticut (V.St.A.)

Laseraufzeichnungs- und Farbprojektionssystem mit.erhöhter Temperaturstabilität

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung -gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Laserauf zeichnungs- und Projektionssystem, und insbesondere auf eine solche Vorrichtung, bei welcher eine Temperaturstabilität und eine Gleichförmigkeit der Temperatur für die Flüssigkristalldarstellungszellen geschaffen wird, die in dem System eingesetzt werden.

Bei dem bekannten Aufzeichnungs- und Projektionssystem (US-PS 4- 3U5 258) werden zwei Datenkanäle durch die Einwirkung eines Lasers auf smektische Flüssigkristall-Darstellungszellen aufgezeichnet und gleichzeitig auf einen Darstellungsschirm projiziert, indem die Zellen von hinten her belichtet werden. In einem solchen System ist die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung über die

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DarStellungszellen ein kritischer Parameter, wenn eine hohe Auflösung erreicht werden soll. Ein Versuch, um die Temperatur der Darstellungszellen zu steuern, besteht darin, daß ein Indium-Zinn-Oxid als dünner Film als Heizeinrichtung zusätzlich zu den äußeren im Umfang angeordneten Nickelchrom-Heizdrähten eingesetzt wird. Darüber hinaus ist es erwünscht, auch die Temperatur an den Darstellungszellen messen zu können. Ein Schritt zur Temperaturmessung besteht darin, ein räumlich getrennt angeordnetes oder am Umfang angeordnetes Thermoelement zu verwenden, das am Rande der Flüssigkristallschicht eingebettet ist. Allerdings mißt das Thermoelement lediglich einen Bereich oder einen Rand der Flüssigkristallschicht genau und insbesondere nicht im Zentrum oder im aktiven Bereich der Darstellungszelle. Betriebsmessungen derartiger Darstellungszellen haben gezeigt, daß Flüssigkristall-Temperaturveränderungen vorhanden sind und ein ernsthaftes Problem bei der Verhaltensweise des gesamten Systems darstellen.

Ein Zweck der Erfindung besteht daher darin, eine Anordnung zur Konstanthaltung der Temperatur und zur Erzielung einer gleichförmigen Temperaturverteilung an den Darstellungszellen in einem Laseraufzeichnungs- und Projektionssystem zu schaffen.

Erreicht wird dies durch eine Vorrichtung nach den Patentansprüchen.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird ein fokussierter Laserstrahl und ein lokal löschbares Aufzeichnungsmedium verwendet, welches im Brennpunkt des Laserstrahls angeordnet ist. Zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Temperaturverteilung an der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums ist die gesamte Anordnung in einem Gehäuse oder abgeschlossenem Fach untergebracht, wobei eine thermisch leitende Flüssigkeit dort eingefüllt worden ist, um das Aufzeichnungsmedium in ausreichender Weise zu über-

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decken. Schließlich ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Temperatur der Flüssigkeit zu steuern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schaubildliche Darstellung eines Laserstrahlaufzeichnungs- und Farbprojektionssystems, in welchem die vorliegende Erfindung realisiert worden ist. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei ein Zweikanallaserauf-

zeichnungs- und Projektionssystem verwendet wird.

Fig. 3 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß

der Erfindung, wobei ein Vierkanallaseraufzeichnungs- und Projektionssystem verwendet

wird.

In Fig. 1 ist mit 20 eine Laserkanone bezeichnet, deren Ausgangsstrahl 22 durch einen Spiegel 24 reflektiert wird und in einen akkustisch-optischen Modulator 26 eintritt. Der Modulator 26 wird mit Hilfe einer Steuerschaltung 28 gesteuert und läßt den Strahl 22 entweder durch oder sperrt ihn. Der den Modulator 26 verlassende Strahl 22 geht durch ein Polarisationsrotator 30 hindurch. Dieser Polarisationsfilter 30 ist als eine HaIbwellenlänge-Retardationsplatte dargestellt, die mit Hilfe eines Schrittmotors 32 unter der Steuerung der Steuerschaltung 28 drehbar ist, so daß die Polarisation des Strahls 22 in einem Bereich von 0° bis 90 in bezug auf die Polarisationscharakteristiken der nachfolgenden optischen Elemente in dem System nach Fig. 1 gedreht werden kann. Die Steuerschaltung 28 kann wahlweise den Schrittmotor 32 mit Energie versorgen, so daß die Retardationsplatte 30 gedreht wird, um auf diese Art und Weise einen Laserstrahl zu erzeugen, der die gewünschte Polarisation zwischen einer ersten Polarisationsebene und

einer zweiten Polarisationsebene hat.

Der genau polarisierte Laserstrahl geht dann durch ein Strahlerweiterungsgerät 34- hindurch und fällt auf den Spiegel 36 eines X-Ablenkungsgalvanometers 38, welches unter der Steuerung der Steuerschaltung 28 steht, um den Laserstrahl längs der Horizontalrichtung abzulenken, wenn er in die Relaislinse 4-0 eintritt. Die Relaislinse 4-0 fokussiert den in X-Richtung abgelenkten Laserstrahl vom Spiegel 36 auf einen Spiegel 4-2 eines Y-Ablenkungsgalvanometers 4-4·· Der Laserstrahl wird sodann durch eine Fokuslinse 64- fokussiert und geht durch eine Zweifarbenpolarisationsplatte 4-8.

Die dichroitische Polarisationsplatte 4-8 hat eine Charakteristik, so daß entweder der Laserstrahl reflektiert oder durchgelassen wird, was von der Polarisation des Laserstrahls abhängt. Demzufolge wird der Laserstrahl 20, der durch die Galvanometer 38 und 4-0 ausgelenkt ist, durch die Fokussierungslinse 4-6 auf die Brennpunkte 50 oder 52 fokussiert, was von der auf den Laserstrahl eingeprägten Polarisation durch die Retardationsplatte 30 abhängt. An den Brennpunkten 50 und 52 sind löschbare Aufzeichnungsmedien angeordnet, vorzugsweise smektische Flüssigkristall-Darstellungszellen 54- und 56. Der Laserstrahl kann in bekannter Art und Weise verwendet werden, um Informationen wahlweise in die Darstellungszellen 54- und 56 einzuschreiben. Wenn erst einmal eine Information in die Flüssigkristall-Darstellungszellen 54- und 56 eingeschrieben worden ist, kann sie dort gespeichert oder, falls dies gewünscht wird, auch gelöscht werden, und zwar entweder teilweise oder insgesamt, was durch den Einsatz geeigneter Wechselspannungen auf die Zellen aus Wechselspannungszellen 58 und 60 abhängt. Licht kann sodann durch die Zellen 54- und 56 hindurchprojiziert werden und durch ein Projektionssystem zur Darstellung der Information in den eingeschriebenen Zellen weitergeleitet werden.

Der fokussierte Laserstrahl, der eine Energieverteilung aufweist, die von der Winkelstellung derHalbwellenlängen-Retardationsplatte 30 abhängt, wird über die Darstellungszellen 54- und 56 abgetastet, welche wahlweise belegt oder frei sind, was von dem akustisch-optischen Modulator 26 abhängt, der seinerseits unter der Steuerung der Steuerschaltung steht, um in die Darstellungszellen 54· und 56 Informationen einzuschreiben. Zur gleichen Zeit, zu der der fokussierte Laserstrahl Daten in die Darstellungszellen 54· und 56 einschreibt, werden diese Zellen von hinten her belichtet, so daß die Bilder auf diesen Zellen auf einen zweckmäßigen Darstellungsschirm projiziert werden können. Das Projektionssystem weist eine Xenonlampe 62 auf. Die Lampe 62 befindet sich im Brennpunkte einer Kondensorlinse 64-, welche das Licht der Lampe sammelt und das ausgehende Licht der Lampe 62 auf eine dichroitische Platte 66 richtet. Die Platte 66 weist dünne dichroitische Filmüberzüge auf, die Lichtenergie im Bereich der sichtbaren Wellenlängen am roten Ende des Spektrums durchlassen und Licht am grünen Ende des Spektrums reflektieren.

Infolgedessen wird das Licht von der Lampe 62 in einen Strahl mit kurzer/Wellenlänge (den grünen Strahl) aufgeteilt, welcher durch die Platte 66 reflektiert wird, und weiterhin in einen sicht'baren Lichtstrahl mit langer Wellenlänge (den roten Lichtstrahl) aufgeteilt, welcher durch die Platte 66 hindurchgeht. Der Lichtstrahl mit der kurzen Wellenlänge wird auf einen Spiegel 68 gerichtet, um die Darstellungszellen 54· von hinten her zu belichten, währenddessen der Lichtstrahl mit den langen Wellenlängen durch die Platte 66 hindurchgeht und auf einen Spiegel 70 fällt, um die Darstellungszellen 56 von hinten her zu belichten. Ein Grünfilter 72 ist in den Strahlengang des Lichtstrahls aer kurzen Wellenlänge und ein Rotfilter 74 entsprechend in den anderen Licht-

strahlengang zwischengesetzt. Diese Zweifarben-Farbeinstellungsfilter arbeiten bei normalem Strahleneinfall und helfen mit dazu beizutragen, daß unerwünschte Wellenlängen eliminiert werden, so daß gesättigte Primärfarben entstehen. Demzufolge wird das in die Darstellungszellen 5A eingeschriebene Bild mit Licht einer ersten Farbe und das Bild in den Zellen 56 mit Licht einer zweiten Farbe von hinten her beleuchtet.

Die- Platte 4.8 hat dichroitische Eigenschaften, die identisch zu denen der Platte 66 im sichtbaren Spektrum sind, so daß das Lichtband, welches durch die Platte 66 reflektiert worden ist, ebenfalls durch die Platte 4-8 reflektiert wird, und das Lichtband, welches durch die Platte 66 durchgelassen wird, ebenfalls durch die Platte 4-8 durchgeht. Das reflektierte Lichtband von der Platte 66 wird daher durch die Darstellungszellen 54- projiziert, und dieses Band wird wiederum durch die Platte 4-8 reflektiert, so daß es zur Projektionslinse 76 hindurchgeht und auf einen zweckmäßig ausgestalteten Darstellungsschirm fällt.

In der gleichen Art und Weise geht das Band, welches durch die Platte 66 hindurchgeht, durch die Darstellungszellen 56 hindurch und wird .durch die Platte 4-8 auf die Projektionslinse 76 und von dort her auf den Bildschirm übertragen. Jedoch hat die Platte 4-8 andere optische Eigenschaften im nahen Infrarotspektrum. Zusätzliche dichroitische dünne Filmüberzüge sind vorhanden und wirken dahingehend, den Polarisationszustand des Infrarotlaserstrahls zu analysieren. Die Orientierung des Laserpolarisationsvektors wird zwischen der vertikalen (0 ), der horizontalen (90 ) und einer Mittelstellung (4-5 ) manipuliert, um den Lichtventilen zu ermöglichen, daß sie entweder für sich oder gleichzeitig adressiert werden. Die Platte 4-8 läßt horizontal polarisierte Energie durch und reflektiert vertikal polarisiertes Licht.

Bei dem vorangehenden beschriebenen System ist es in

höchstem Maße wünschenswert, die Temperatur der Darstellungszellen 54 und 56 zu steuern oder zu regeln. Insbesondere sollte die Temperatur über die Fläche der Zellen 54 und 56 gleichmäßig verteilt sein. TIm dies zu erreichen, werden die Zellen 54 und 56 in ein Bad einer isoiropischen temperaturgesteuerten Flüssigkeit getaucht. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist ein Gehäuse 80 zwei Fächer 82 und 84- auf. Die Darstellungszellen 54 und 56 und auch die Spiegel 68 und 70 und die Platte 48 sind im Fach 82 untergebracht. Die dichroitische Platte 66 ist in dem Fach 84- angeordnet. Die Filter 72 und 74· sind in der Wand 86 gehaltert, welche die Fächer 82 und 84- voneinander trennt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Fach 82 mit einer thermisch leitenden Flüssigkeit in einer ausreichenden Menge gefüllt, um die Zellen 54 und 56 abzudecken. Die Temperatursteuerung der flüssigen Füllung des Faches 82 geschieht unter der Verwendung von Drahtheizelementen 88, welche silikongummi-Glasfaser-isolierte Drähte aufweisen. Die Heizeinrichtungen 88 sind an den äusseren Wänden des Fachs 82 befestigt. Derartige Heizeinrichtungen sind im Handel erhältlich. Ein nicht gezeigtes Thermoelement kann innerhalb des Faches 82 angeordnet sein, um die Temperatur der Flüssigkeit zu über-

s ich
wachen. Da die Zellen 54 und 5o/auf der gleichen Temperatür wie die Flüssigkeit befinden, mißt das Thermoelement in der Flüssigkeit auch die Temperatur der Zellen, so daß keine direkt an den Zellen angebrachten Thermoelemente notwendig sind.

Die wärmeleitende Flüssigkeit im Fach 82 dient nicht allein zum Aufheizen des Mediums für die Zellen 54 und 56_; sondern ist auch das Medium mit dem Brechungsindex für die eingetauchten dünnen Filmfarb-Strahlenspaltüberzüge an der Platte 48. Demzufolge wird diese Flüssigkeit so ausgewählt, daß sie einen Brechungsindex hat, der im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Platte 48 über-

einstimmt, um dadurch irgendwelche indozierten optischen Aberrationen zu vermeiden, die durch den Einsatz einer parallelen Platte in konvergierende und divergierende Lichtstrahlen verursacht werden. Typischer-

weise besteht die Platte 4-8 aus geschmolzenem Silikaglas mit einem Brechungsindex von 1,4-6 und die wärmeleitende Flüssigkeit wird entsprechend ausgewählt. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um eine Mischung aus Silikonflüssigkeiten, die als Laserflüssigkeiten auf dem Markt erhältlich sind. Die Flüssigkeit bzw. das Öl hat einen Brechungsindex, der im wesentlichen dem des geschmolzenen Silikas entspricht, aus dem die Platte 4-8 hergestellt ist, er besitzt eine hohe optische Durchlässigkeit, zweckmäßige Wärmeleitfähigkeit und hat eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, so daß Verbindungen der Darstellungszellen 5A und 56 in der Flüssigkeit ohne Isolierungen bleiben können, ohne daß Kurzschlüsse auftreten.

Die Wände des Gehäuses 80 sind mit einer Anzahl von Fenstern ausgestaltet. Demzufolge ist ein Fenster 90 vorhanden, welches als Eingangsfenster für das Projektionslicht dient. Ein Fenster 92 ist vorgesehen, welches als Ausgangsfenster für das Projektionslicht dient. Das Fenster 94- ist das Eintrittsfenster für den Laserstrahl. Die Filter 72 und 74- sind in zweckmäßigen Fenstern in der Wand 86 untergebracht. Das Fach 84- ist nicht mit Öl gefüllt, sondern enthält statt dessen Umgebungsluft.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist das Gehäuse 80 einen selbsthaltenden Modul auf, der die optischen Elemente haltert, die in Fig. 1 durch die unterbrochenen Linien umschlossen sind. Der Modulaufbau ermöglicht den Vorteil, daß die optischen Elemente ausgerichtet und starr montiert werden können.

Obgleich das beschriebene System ein Zweikanaldarstellungssystem ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Systeme angewendet werden, beispielsweise

auf ein Vierkanalsystem, so wie dies beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist. Für ein derartiges System ist ein Gehäuse 100 vorgesehen mit einer inneren Wandung 102, welches den Innenraum in ein erstes Fach 104. und ein zweites Fach 106 unterteilt. Das erste Fach 104- ist mit Luft gefüllt, wohingegen das zweite Fach 106 mit thermisch leitender Flüssigkeit angefüllt ist. Im ersten Fach 104-befinden sich die Strahlspalter 108 und 110 und auch das Eintrittsfenster für das Projektionslicht. Das Fach 106 weist die Strahlenspalter 114·» 116, 118 und 120 aber auch die Spiegel 122 und 124- auf. Weiterhin sind dort die Darstellungszellen 126, 128, 130 und 132 mit zweckmäßigen Fenstern in der Wandung 102 vorgesehen, in welchen wiederum die Farbtrimmfilter 134-» 136 und 138 untergebracht sind. Das Laserlicht tritt in das System durch die Laserfocuslinsen 14-0 und 14-2 ein, während das Projektionslicht das Gehäuse 100 durch das Ausgangsfenster 14-4- verläßt. Durch die vorliegende Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Die Flüssigkristallichtventile werden auf isotroper Temperatur gehalten. Das Thermoelement zur Messung der Temperatur der Darstellungszellen muß nicht an den Zellen selbst befestigt sein, es genügt, wenn dieses in der thermisch leitenden Flüssigkeit an einer Stelle untergebracht ist, die im Abstand zu den Zellen steht. Der für die Strahlspalterplatten vorgesehene Überzug wird optimiert, wobei kein Antireflektionsüberzug erforderlich ist. Als Folge des Modulaufbaus können die optischen Elemente vorausgerichtet werden und in Ausrichtung bleiben, ohne das externe Einstellvorgänge erforderlich werden. Die Gehäuse können als abgedichtete Einheit aufgebaut werden, so daß keine Staubpartikel sich auf den Schreibflächen der Darstellungszellen sammeln können. Zur Folge der Verwendung einer erwärmten Flüssigkeit tritt das sogn. Darstellungsflimmern nicht auf, was durch Luftkonvektionsströme verursacht wurde,

die durch die Heizeinrichtungen verursacht waren. Die erhöhte Lichtausbeute erlaubte eine Herabsetzung der
Leistung der Projektionslampen, was ebenfalls bei der Lösung des verbleibenden Darstellungsflimmerproblemes beiträgt, in-dem eine Lampe mit geringerer Leistung
verwendet wird, deren Elektroden näher beieinander
liegen.

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Claims

W.29609/85 20/Ke HAMBURG DIPL-ING. J. GLAESER MÖNCHEN DR. H.-R. KRESSIN DR. E. WIEGAND (1932-1980) DIPL-ING. W. NIEMANN (1937-1982) DR. M. KÖHLER (1965-1984) KONIGSTRASSE 28 D-2000 HAMBURG 50 TELEFON (040) 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX 212979 KARP D TELEFAX (040) 3809288 26. März 1985 Patentansprüche

1. Aufzeichnungs- und Projektionssystem, das einen fokussierten Laserstrahl und ein örtlich löschbares Aufzeichnungsmedium verwendet, welches im Brennpunkt des Laserstrahls angeordnet ist, ferner aufweisend eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches ein abgeschlossenes Fach bildet, eine Einrichtung zur Befestigung des Aufzeichnungsme-

vor-gesehen ist . . _ . , , diums innerhalb des Gehäuses/, eine thermisch leitende Flüssigkeit in das Gehäuse gefüllt ist, um das Aufzeichnungsmedium ausreichend abzudecken und daß eine Einrichtung zur Steuerung der Temperatur der Flüssigkeit vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet

durch einen Zweifarben-Strahlspalter, welcher innerhalb des Faches oder des Gehäuses angeordnet ist und von der Flüssigkeit überdeckt ist, wobei der Brechungsindex der Flüssigkeit im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Strahlspalters übereinstimmt.

3.. Vorrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlspalter aus geschmolzenem SiIika-Glas gebildet ist und daß die Flüssigkeit einen Brechungsindex von 1,4-6 aufweist.

U' Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 » dadurch gekennzeichnet, daß die Flüs.sigkeit eine niedrige elektrische Leitfähigkeiissharakteristik aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4- , dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Mischung aus Silikon-Flüssigkeiten ist.