DE4007505A1 - Projektor fuer die farbprojektion von mittels lcd-modulen erzeugten bildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Projektor für die Farbpro­ jektion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern, beste­ hend aus einer Lichtquelle, einer Kondensorlinse, mehreren mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen und einem Objek­ tiv, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind.

Für die Farbprojektion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern gibt es bisher mehrere Möglichkeiten, die auf der Projektion von mit drei LCD-Modulen erzeugten Bildern beruhen. Bei der einen Möglichkeit sind drei Projektoren mit je einem LCD in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Diese Möglichkeit dreier gemein­ sam in einem Gehäuse untergebrachter Projektoren hat zwar den Vorteil einer hohen Lichtstärke des Bildes, ist jedoch in der Herstellung aufwendig und in der Bedienung durch die Notwendigkeit einer genauen Überla­ gerung der drei projizierten Bilder sehr schwierig zu handhaben.

Bei einer anderen Möglichkeit sind auf der Schreibfläche eines Overhead-Projektors drei LCD-Module übereinander angeordnet. Diese Möglichkeit ist aber ebenfalls mit einer Reihe von Nachteilen behaftet, die nicht nur darin bestehen, daß ein an sich für die Folien-Projek­ tion konstruierter Overhead-Projektor benutzt wird, sondern auch darin bestehen, daß eine schlechte Konver­ genz (Überlagerung der Farben) erzielt wird, daß eine schlechte Lichtausbeute erhalten wird und daß große LCD-Module benötigt werden, die in der Anschaffung teuer sind. Auch die Kühlung ist bei dieser Art der Projektion problematisch.

Overhead-Projektoren sind generell für Folien konstru­ iert. Overhead-Projektoren haben unterschiedliche Auflageflächen, unterschiedliche optische Systeme und unterschiedliche Lichtquellen. Eine Auflage von mehreren LCD-Modulen, die ein teiloptisches System beinhaltet und universell einsetzbar sein soll, kann nicht bei allen Overhead-Projektoren funktionieren und hat als Kompromißgerät einige Nachteile und Schwächen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil solcher Ausführungs­ formen von Projektoren besteht darin, daß bei der Projektion an erhöht liegende Projektionsflächen, wie sie in Klassenräumen, Konferenzzimmern und Hörsälen vorhanden sind, damit die Zuschauer über die Köpfe benachbart sitzender Personen herüberschauen können, trapezförmige Verzeichnungen und Ausleuchtungsprobleme auftreten.

Insbesondere bei der zweiten Art der Projektoren ist die Kühlung problematisch, weil für die auf den Projek­ tor übereinander aufgelegten drei LCD-Module nicht die Projektorkühlung eingesetzt werden kann.

Als Polarisatoren werden im allgemeinen Polarisations­ folien verwendet, als Kondensorlinsen meist Fresnellin­ sen.

Eine weitere Möglichkeit ist der TFT-LCD, bei dem eine Vielzahl von Rot-Grün-Blau-Pixeln vorgesehen sind.

Dabei wird jeder Pixel von einem zugeordneten Transistor angesteuert. Bis heute ist wegen der sehr klein herzu­ stellenden Pixel eine hohe Auflösung nicht erreichbar.

Wegen der notwendigen Winzigkeit der Pixel ist der TFT-LCD enorm teuer.

ln der Entwicklung befindet sich auch ein mit Druckfolie ausgestatteter LCD. Bei diesem wird jeder waagerechte Pixel in drei Unterpixel aufgeteilt und mit einer roten, grünen und blauen Folie überzogen. Hier wird der Preis sehr hoch sein, die Anordnung schluckt sehr viel Licht und wird daher auch Kühlprobleme bereiten.

Bei der Sharp-Epson-Methode werden die Lichtstrahlen durch teildurchlässige Spiegel in rote, grüne und blaue Lichtbündel aufgeteilt, die dann jeweils durch einen LCD-Modul geschickt werden. Hier treten Probleme der Lichtverteilung und der Herstellung auf.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit einfachen Mitteln einen leicht zu bedienenden und nahezu verzeichnungsfreien Projektor für die Farbprojek­ tion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern zu schaffen, der klein und leicht ist, ein komplettes Projektionssystem mit eigener Lichtquelle aufweist, gut kühlbar ist und über eine gute Lichtausbeute verfügt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei dem Projektor vor und hinter der Gruppe von mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen je ein Prisma angeordnet ist, die den Strahlengang unter einem stumpfen Winkel so ablenken, daß der Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen und den mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen bestehenden Gruppen parallel versetzt verläuft, und daß vor dem der Lichtquelle zugewandten Prisma und hinter dem dem Objektiv zugewandten Prisma je eine Kondensorlinse angeordnet ist.

Dieser Projektor bildet ein komplettes Projektionssystem mit eigener Lichtquelle und kann durch die Auslegung allein auf die Projektion der mit Hilfe der LCD-Module erzeugten Bilder so ausgelegt werden, daß eine gute Lichtausbeute erzielt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Achse des Objektives und die Ebenen der LCD-Module schräg zum Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen und den LCD-Modulen bestehenden Gruppe angeordnet sind, wobei die Achse des Objektives senkrecht zu den Ebenen der LCD-Module steht.

Damit das projizierte Bild verzeichnungsfrei an der Projektionswand erscheint, ist es zweckmäßig, den Strahlengang etwa 15° zur Horizontalen verlaufen zu lassen und die Prismen so auszulegen, daß sie den Strahlengang um 15° erst in die Horizontale und dann wieder um 15° aus der Horizontalen ablenken, wobei die LCD-Module in vertikalen Ebenen und die Achse des Objektives in einer horizontalen Ebene angeordnet werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Prismen und Kondensoren durch die Fresnellinsen realisiert sind.

Für die Kühlung ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen LCD-Module einen ausreichenden Abstand haben, um ausreichend Kühlluft zwischen den Modulen hindurchtre­ ten zu lassen. Das ist bei diesem System optisch ohne Schwierigkeiten möglich, da parallel verlaufende Lichtstrahlen durch die LCD-Module hindurchtreten.

Diese Projektionsanordnung ist wesentlich leichter kühlbar, wenn mindestens ein Polarisator auf einem Prisma oder einer Fresnellinse angeordnet ist. Die gegen Erhitzung sehr empfindlichen LCD-Module können durch die Verlegung von Polarisatoren auf die Prismen oder Fresnellinsen leichter gekühlt werden. Durch diese Maßnahme wird der Hitzeeffekt durch die Lichtzu­ rückhaltung der Polarisatoren von den empfindlichen LCD-Modulen weggenommen und auf die Prismen bzw. Fresnellinsen übertragen.

Für die Erzielung einer ausreichenden Tiefenschärfe, wie sie für eine gute Abbildung bei den drei zu durch­ strahlenden LCD-Modulen erforderlich ist, ist es zweckmäßig, wenn der Lichtweg von der Lichtquelle zum Paket der LCD-Module erheblich länger als der Lichtweg von den Modulen zum Objektiv ist. Bei den heute vorhan­ denen Lichtquellen ist dieses eine Grundbedingung für eine gleichmäßig gute Abbildung aller drei LCD-Module.

Um die Gehäuseabmessungen nicht zu groß werden zu lassen, ist es zweckmäßig, wenn im Lichtweg von der Lichtquelle zum Paket der Module mindestens ein Umlenk­ spiegel angeordnet ist, der vorzugsweise als Kaltlicht­ spiegel gefertigt ist. lm Normalfall sind sogar zwei Umlenkspiegel vorgesehen. Diese haben den Sinn, wenn es sich um Kaltlichtspiegel handelt, die Wärmestrahlen nicht zu reflektieren und damit die LCD-Module vor Erhitzung zu schützen. Der andere wichtige Grund für die Anordnung dieser Umlenkspiegel ist die Verlängerung des Lichtweges von der Lichtquelle zum Paket der Module.

Beim Bau eines erfindungsgemäßen Projektors ist es wichtig, eine ausreichende Tiefenschärfe zu erzielen.

Da das aus drei LCD-Modulen bestehende Paket relativ dick ist, ist es problematisch, in allen Ebenen gleich­ mäßig scharf abzubilden. Deshalb ist es notwendig, den langen Lichtweg von der Lampe zur Kondensorlinse zu realisieren. Um diesen langen Lichtweg in einem relativ klein ausgeführten Gehäuse unterzubringen, sind die Umlenkspiegel notwendig. Erfindungsgemäß gestaltet man die Konstruktion so, daß auf der dem Objektiv abgewandten Seite des Gehäuses zwei Umlenkspiegel übereinander angeordnet sind, welche von der im Fußteil des Gehäuses genähert unter dem Objektiv angeordneten Lampe den Lichtweg über einen Teil seiner Länge genähert vertikal verlaufen lassen, wobei die Fresnellinsen, die Prismen und das Paket von LCD-Modulen zwischen dem zweiten (gezählt in Lichtlaufrichtung) Umlenkspiegel und dem Objektiv angeordnet sind.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs­ beispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Projektionssystem,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein anders gestaltetes Projektionssystem,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Projektor.

Aus der Lichtquelle 1 austretendes Licht fällt auf eine erste als Kondensor arbeitende Fresnellinse 2 (Fig. 1). Diese Fresnellinse 2 richtet die auffallenden Lichtstrahlen zu parallelen Lichtstrahlen aus, die parallel auf das Prisma 3 fallen, welches als Stufenpris­ ma ausgebildet ist (ähnlich wie die Fresnellinse eine Stufenlinse ist). Aus dem Prisma 3, in das parallel gerichtetes Licht eintrat, tritt dieses Licht auch parallel wieder aus und durchläufft drei LCD-Module 4 mit ihnen zugeordneten Polarisatoren 5, welche vorzugs­ weise auf die Farbkombinationen Magenta, Gelb und Cyan eingestellt sind. Die LCD-Module 4 und die Polarisato­ ren 5 bilden eine Baugruppe, in der Zwischenräume als Kühlkanäle 6 belassen sind. Aus dieser Baugruppe 4, 5, 6 der LCD-Module 4 und Polarisatoren 5, die vorzugsweise in Form von Polarisationsfolien ausgebildet sind, tritt das parallel eintretende Licht auch wieder parallel aus und fällt in das Prisma 7, welches das Licht unter demselben Winkel in entgegengesetzter Richtung zum Prisma 3 ablenkt, so daß parallel orien­ tiertes Licht auf die nachgeordnete Fresnellinse 7 fällt. Diese bündelt das austretende Licht, welches nachfolgend in das Objektiv 8 eintritt und durch dieses auf die Projektionswand 9 projiziert wird.

Zweckmäßigerweise verläuft der Strahlengang unter einem Winkel von 15° zur Horizontalen außerhalb des Bereiches zwischen den beiden Prismen. Zwischen den beiden Prismen verläuft der Strahlengang horizontal. Die Anordnung der Objektivachse ist zweckmäßigerweise horizontal, die Anordnung der LCD-Module vertikal.

lm Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Polarisatoren, die den Prismen 3 zugewandt sind, als Polarisationsfo­ lien direkt auf den Prismen 3 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich vier Polarisations­ folien vorgesehen. Dadurch wird bei den beiden äußeren LCD-Modulen nur eine Seite mit einem Polarisator belegt, während der mittlere LCD-Modul frei von Polari­ satoren ist. Die Kühlmöglichkeit der LCD-Module ist hierdurch wesentlich verbessert.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Projektor. Bei diesem ist die Lichtquelle in einem Fußteil 14 untergebracht, welches genähert unter dem Objektiv 8 angeordnet ist. Auf der diesen beiden Bauteilen gegenüberliegenden Rückwand des Projektorge­ häuses 1 sind zwei Umlenkspiegel 13 angeordnet, die beide als Kaltlichtspiegel ausgebildet sind. Durch diese beiden Umlenkspiegel wird der genähert horizontale Strahlenverlauf von der Lampe in einen genähert vertika­ len Strahlenverlauf umgelenkt. Durch den zweiten Umlenkspiegel wird dann der Strahlengang in einen schräg nach oben verlaufenden Strahlengang reflektiert.

Durch ein Gebläse 15 wird Kühlluft angesaugt und in drei Teilströmen der Lichtquelle 1, dem Paket von LCD-Modulen 4 und der Elektronik 16 zugeführt.

Durch die Möglichkeit, mit weniger als sechs Polarisa­ tionsfolien auszukommen und die benötigten zumindest zum Teil von den LCD-Modulen auf die Prismen oder Fresnellinsen zu verlegen, wird eine erheblich verbesser­ te Lichtstärke des projizierten Bildes erreicht, und dieses bereits durch die verbesserten Kühlmöglichkeiten an den LCD-Modulen.

Liste der Bezugszeichen

 1 Lichtquelle
 2 Fresnellinse
 3 Prisma
 4 LCD-Modul
 5 Polarisator
 6 Kühlkanal
 7 Fresnellinse
 8 Objektiv
 9 Projektionswand
10 Projektionsgehäuse
11 Lichtstrahlen
12 optische Achse
13 Umlenkspiegel
14 Fußteil
15 Elektronik
16 Gebläse
17 Lufteinlaßöffnung
18 Luftauslaßöffnungen
19 Luftkanaltrennwand
20 Luftkanal
21 Luftkanal
22 Luftkanal

Claims (9)

1. Projektor für die Farbprojektion von mittels LCD-Mo­ dulen erzeugten Bildern, bestehend aus einer Lichtquelle, einer Kondensorlinse, mehreren mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen und einem Objektiv, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß vor und hinter der Gruppe von mit Polarisatoren (5) versehenen LCD-Modulen (4) je ein Prisma (3) angeordnet ist, die den Strahlengang unter einem stumpfen Winkel so ablenken, daß der Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen (3) und den mit Polarisa­ toren (5) versehenen LCD-Modulen (4) bestehenden Gruppe parallel versetzt verläuft,
und daß vor dem der Lichtquelle (1) zugewandten Prisma (3) und hinter dem dem Objektiv (8) zugewandten Prisma (3) je eine Kondensorlinse (2, 7) angeordnet ist.

2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Objektives (8) und die Ebenen der LCD-Module (4) schräg zum Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen (3) und den LCD-Modulen (4) beste­ henden Gruppe angeordnet sind, wobei die Achse des Objektives (8) senkrecht zu den Ebenen der LCD-Module (4) steht.

3. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Kondensorlinsen (2, 7) senkrecht zu der sie durchsetzenden optischen Achse verläuft.

4. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (3) durch Stufenprismen und die Konden­ sorlinsen (2, 7) durch Fresnellinsen realisiert sind.

5. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LCD-Module mit Abstand unter Bildung von Kühl­ kanälen (6) voneinander angeordnet sind.

6. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisator auf einem Prisma (3) oder einer Fresnellinse (2, 7) angeordnet ist.

7. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtweg von der Lichtquelle (1) zum Paket der LCD-Module (4) erheblich länger als der Lichtweg von den Modulen zum Objektiv ist.

8. Projektor nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg von der Lichtquelle (1) zum Paket der Module (4) mindestens ein Umlenkspiegel (13) angeordnet ist, der vorzugsweise als Kaltlichtspiegel gefertigt ist.

9. Projektor nach Anspruch 1, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Objektiv (8) abgewandten Seite des Gehäuses zwei Umlenkspiegel übereinander angeordnet sind, welche von der im Fußteil (14) des Gehäuses genähert unter dem Objek­ tiv angeordneten Lampe den Lichtweg über einen Teil seiner Länge genähert vertikal verlaufen lassen, wobei die Fresnellinsen (2, 7), die Prismen (3) und das Paket von LCD-Modulen zwischen dem zweiten (gezählt in Lichtlaufrichtung) Umlenkspiegel (13B) und dem Objektiv (8) angeordnet sind.