DE4040081A1 - Stereoskopischer projektor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen stereoskopischen Projektor, der in der Lage ist, den Wirkungsgrad eines von einer Lichtquelle ausgehenden Strahles zu verbessern und das sog. Trapezverzerrungsphänomen zu entfernen, gemäß dem ein Bild auf einem Schirm eine Verzerrung erfährt, um auf diese Weise die Beanspruchung der Augen eines Betrachters zu ver­ ringern.

Ein herkömmlich ausgebildeter stereoskopischer Projektor besitzt zwei Projektoren, die parallel zueinander ange­ ordnet sind, so daß ein Bild von einem Flüssigkeitskristall­ anzeigepaneel (hiernach als LCD bezeichnet) oder einem Dia­ film von jeder Lichtquelle auf einen Schirm bzw. eine Lein­ wand projiziert wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein solcher herkömmlicher Projektor sphärische reflektierende Spiegel 1 und 1′, Lampen 2 und 2′, Kondensorsysteme 3 und 3′, LCD-Paneele 4 und 4′ und Projektionslinsen 5 und 5′.

Bei einem solchen herkömmlich ausgebildeten stereosko­ pischen Projektor wird das stereoskopische Bild dadurch erhalten, daß die Polarisationsrichtungen der projizierten Strahlen unter Verwendung von zwei Projektoren senkrecht zueinander gemacht werden und daß dann das Bild von einem rechten Projektor nur mit dem rechten Auge eines Betrachters und das Bild von einem linken Projektor nur mit dem linken Auge eines Betrachters beobachtet wird.

Bei einem derartigen Projektor werden die Lampen 2 und 2′ unabhängig voneinander betrieben. Wenn die Strahlen von den Lampen 2 und 2′ die LCD-Paneele 4 und 4′ passieren, werden sie in der Richtung einer Polarisationsachse von Polarisa­ tionsplatten 41, die an den LCD-Paneelen 4 und 4′ befestigt sind, polarisiert. Zu diesem Zeitpunkt ist etwa die Hälfte der von den Kondensorsystemen 3 und 3′ kondensierten Strahlen verlorengegangen, bevor diese die LCD-Paneele 4 und 4′ über eine Polarisationsplatte 4, die an der Lichtquel­ lenseite angeordnet ist, passiert haben. Ein solcher Licht­ verlust tritt auf, da ein Teil des Lichtes in der Form von Wärme an der Polarisationsplatte 41 an der Lichtquellenseite absorbiert wird. Hierdurch wird eine getrennte Kühlvor­ richtung zum Erhöhen des Kühlwirkungsgrades an den LCD- Paneelen 4 und 4′ erforderlich.

Des weiteren tritt bei einem derartigen herkömmlichen System ein Trapezverzerrungsphänomen (keystoning) auf, bei dem die beiden Bilder verzerrt werden, wenn ein Bild auf den Schirm 6 oder die Leinwand projiziert wird. Dies ist auf die Ver­ wendung von zwei Projektoren zurückzuführen und führt zu einer hohen Beanspruchung der Augen eines Betrachters. Es macht darüber hinaus ein kompliziertes Projektionslinsen­ antriebssystem erforderlich, um die beiden Bilder in Über­ einstimmung zu bringen.

Der stereoskopische Projektor der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Kondensorsystem zum Induzieren eines von einer Lampe abgegebenen Strahles, so daß dieser parallel verläuft, ein Infrarottrennfilter zum Entfernen einer Wärmekomponente in dem vom Kondensorsystem abgegebenen Strahl, einen Polari­ sationsstrahlenteiler zum Aufteilen eines auftreffenden Strahles in zwei polarisierte Strahlen, von denen die Pola­ risationsrichtungen unterschiedlich sind, ein LCD-Paneel oder einen Diafilm zum Erhalten von Bildsignalen, einen reflektierenden Spiegel zum Ändern der Strahlenbahn, eine Feldlinse und eine Projektionslinse.

Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfaßt das Kondensorsystem eine Lampe, einen nicht sphärischen re­ flektierenden Spiegel (Parabolspiegel), der an der Rückseite der Lampe montiert ist und den rückwärts gerichteten Strahl von den von der Lampe abgegebenen Strahlen so induziert, daß dieser in Vorwärtsrichtung verläuft, eine Strahlenführungs­ einheit zum Induzieren des vorwärts gerichteten Strahles, so daß dieser parallel verläuft, und einen ringartigen, band­ förmigen und sphärischen reflektierenden Spiegel.

Der Polarisationsstrahler umfaßt zwei Lagen von drei­ eckförmigen Prismen, die an ihren Schrägflächen aneinander befestigt sind, und eine Überzugsschicht zum Aufteilen des auftreffenden Strahles in Strahlen, deren Polarisations­ richtungen senkrecht aufeinander stehen.

Im Unterschied zu dem herkömmlichen System, bei dem zwei Projektionen Verwendung finden, findet bei der vorliegenden Erfindung nur ein Projektor Anwendung, so daß das vorstehend erwähnte Trapezverzerrungsproblem nicht auftritt. Da der Hauptteil des von der Lichtquelle ausgehenden Strahles ge­ nutzt wird, kann der Energieverlust reduziert werden. Darü­ ber hinaus benötigt das herkömmliche System ein komplizier­ tes Projektionslinsenantriebssystem, um die von zwei Projek­ toren auf den Schirm projizierten Bilder in Übereinstimmung zu bringen. Die vorliegende Erfindung benötigt kein derar­ tiges kompliziertes System, so daß der Gesamtaufbau verein­ facht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen.

Fig. 1 den Aufbau eines herkömmlich ausgebilde­ ten stereoskopischen Projektors;

Fig. 2 eine Ansicht eines LCD-Paneeles gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 5 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung; und

Fig. 6 eine Funktionsdarstellung eines Polari­ sationsstrahlenteilers, der einen wesent­ lichen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfaßt ein stereoskopischer Pro­ jektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung ein Kondensorsystem E, das einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel A, ein Lichtquellensystem B, wie beispielsweise eine Lampe, eine Strahlenführungseinheit C und einen sphärischen reflektierenden Spiegel D in der Form eines ringförmigen Bandes, zwei Polarisationsstrahlenteiler F-1 und F-2, zwei Lagen von Spiegeln G-1 und G-2 zum Krüm­ men der Strahlungsbahn um einen Winkel von 90°, zwei Lagen von LCD-Paneelen H-1 und H-2, eine Feldlinse I, ein Infra­ rottrennfilter J und eine Projektionslinse K aufweist.

Das Kondensorsystem E und der erste Polarisationsstrahlen­ teiler F-1 sind entlang der gleichen Linie X angeordnet. Ein vom Lichtquellensystem B abgegebener Strahl wird vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 aufgeteilt und dann gerade oder nach Krümmung rechtwinklig dazu weitergeleitet.

Der zweite Polarisationsstrahlenteiler F-2, die Feldlinse I und die Projektionslinse K sind auf einer Linie Y ange­ ordnet, die die Linie X rechtwinklig kreuzt. Das erste und zweite LCD-Paneel H-1 und H-2 sind benachbart zur hinteren und linken Seite des zweiten Polarisationsstrahlenteilers F-2 angeordnet. Der erste Spiegel G-1 befindet sich an der Rückseite des ersten LCD-Paneeles B-1, und der zweite Spiegel G-2 befindet sich an der linken Seite des zweiten LCD-Paneeles H-2.

Der erste Spiegel G-1 reflektiert einen gerade verlaufenden Strahl, der vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 ge­ teilt worden ist, durch das erste LCD-Paneel H-1 in Richtung auf den zweiten Polarisationsstrahlenteiler F-2. Der zweite Spiegel G-2 reflektiert einen rechtwinklig verlaufenden Strahl, der vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 ge­ teilt worden ist, durch das zweite LCD-Paneel H-2 in Richtung auf den zweiten Polarisationsstrahlenteiler F-2.

Der Polarisationsstrahlenteiler F ist mit zwei rechtwinkli­ gen Prismen L (beispielsweise BK7, Borsilikatglas 7) ver­ sehen, die über ihre Schrägflächen aneinandergeklebt sind. Ein spezieller dielektrischer Mehrschichtfilm ist auf den Befestigungsflächen ausgebildet. Die Überzugsschicht ist durch Überziehen eines speziellen dielektrischen Filmes unter dem Brewster′schen Winkel oder einem Polarisations­ winkel relativ zum auftreffenden Strahl ausgebildet.

Wenn daher ein nicht polarisierter Strahl rechtwinklig auf eine Fläche des Polarisationsstrahlenteilers F auftrifft, wird er in zwei S, P-polarisierte Strahlen aufgeteilt, deren Laufrichtungen senkrecht aufeinander stehen, wobei der Tei­ lungsgrad über 97% liegt. Die P-polarisierte Komponente des auftreffenden Strahles passiert den Polarisationsstrahlen­ teiler F ohne jegliche Reflexion unmittelbar, während die S-polarisierte Komponente an jeder Schicht des aus mehreren Schichten bestehenden dielektrischen Filmüberzuges teilweise reflektiert wird. Da zwischen der aus mehreren Schichten be­ stehenden Überzugsschicht ein Spalt ausgebildet ist, um dem Resonanzzustand gerecht zu werden, wird der teilweise re­ flektierte Strahl verstärkt und beim Reflektieren überlappt und tritt dann rechtwinklig zur Einfallsrichtung aus.

Da die Dicke des mehrschichtigen dielektrischen Filmüber­ zuges etwa einige Wellenlängen beträgt, besteht kein Problem in bezug auf Störbilder.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der vorliegenden Erfin­ dung im Detail erläutert.

Wenn Strahlen von der Lichtquelle abgegeben werden, werden sie parallel zu einer optischen Achse geführt und passieren einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel A, einen sphärischen reflektierenden Spiegel D in Ringbandform und eine Strahlenführungseinheit C. Nach dem Passieren eines Infrarotabtrennfilters J werden thermische Anteile entfernt, und der Strahl wird in zwei polarisierte Strahlen aufge­ teilt, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Dies geschieht am ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1. Die polarisierten Strahlen passieren das erste und zweite LCD-Paneel H-1 und H-2, nachdem sie vom ersten Spiegel G-1 und vom zweiten Spiegel G-2 abgelenkt worden sind, so daß auf diese Weise ein linkes und rechtes Bild­ signal erhalten wird. Die polarisierten Strahlen, die in der vorstehend beschriebenen Weise verarbeitet worden sind, laufen wiederum durch den zweiten Polarisationsstrahlen­ teiler F-2. Dann geraten die Strahlenbahnen in Überein­ stimmung und verlaufen parallel zueinander durch die Pro­ jektionslinse K über die Feldlinse I. Danach werden das linke und rechte Videosignal über die beiden polarisierten Strahlen, deren Polarisationsrichtung senkrecht aufeinander­ stehen, auf einen Schirm M projiziert, so daß Betrachter durch Verwendung einer Polarisationsoptik das stereosko­ pische Bild aufnehmen können.

Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung bei dem stereoskopischen Projektor nur eine Lichtquelle und eine Projektionslinse Verwendung finden, ist es möglich, das Produkt einfach und mit geringem Gewicht auszubilden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, umfaßt ein stereoskopischer Projektor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ein Kondensorsystem E, einen Polarisa­ tionsstrahlenteiler F, einen reflektierenden Spiegel G, zwei LCD-Paneele H3 und H4 oder Diafilme, zwei Feldlinsen I-1 und I-2 und zwei Projektionslinsen K-1 und K-2.

Das Kondensorsystem E, der Polarisationsstrahlenteiler F und der reflektierende Spiegel G sind entlang der Linie X ange­ ordnet. Ein erstes LCD-Paneel H-3, eine erste Feldlinse I-1 und eine erste Projektionslinse K-1 sind auf der Linie Y1 angeordnet, die die Linie X senkrecht schneidet. Mit einem vorgegebenen Abstand sind ein zweites LCD-Paneel H-4, eine zweite Feldlinse I-2 und eine zweite Projektionslinse K-2 auf der Linie Y2 angeordnet, die die Linie X senkrecht schneidet.

Bei dieser Ausführungsform wird der vom Kondensorsystem E ausgehende Strahl vom Polarisationsstrahlenteiler F geteilt und direkt vorwärts geleitet oder um einen rechten Winkel abgelenkt. Der abgelenkte Strahl passiert das erste LCD- Paneel H-3, die erste Feldlinse I-1 und die erste Projek­ tionslinse K-1. Der direkt weitergeleitete Strahl wird vom reflektierten Spiegel G rechtwinklig abgelenkt und passiert dann das zweite LCD-Paneel H-4, die zweite Feldlinse I-2 und die zweite Projektionslinse K-2.

Gemäß Fig. 5 umfaßt ein stereoskopischer Projektor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Kondensorsysteme E-1 und E-2, zwei LCD-Paneele H-5 und H-6, einen Polarisationsstrahlenteiler F, eine Feldlinse I und eine Projektionslinse K.

Das erste Kondensorsystem E-1, der Polarisationsstrahlen­ teiler F, die Feldlinse I und die Projektionslinse K sind auf der Linie Y angeordnet, während das zweite Kondensor­ system E-2 und das zweite LCD-Paneel H-6 auf der Linie X angeordnet sind, die die Linie Y rechtwinklig schneidet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der vom ersten Kondensorsystem E-1 abgegebene Strahl direkt durch das erste LCD-Paneel H-5 und den Polarisations­ strahlenteiler F weitergeleitet und dringt durch die Feld­ linse I und die Projektionslinse K. Der vom zweiten Kon­ densorsystem E-2 abgegebene Strahl dringt durch das zweite LCD-Paneel H-6 und wird dann vom Polarisationsstrahlen­ teiler F rechtwinklig abgelenkt und dringt auch durch die Feldlinse I und die Projektionslinse K.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, einen stereoskopischen Projektor zu konstruieren, der keine komplizierte Projektionslinsenantriebseinheit benötigt.

Da nahezu 100% des von der Lichtquelle ausgehenden Strahles genutzt werden, wird der Energieverlust reduziert.

Des weiteren wird der thermische Anteil des Spektrums ent­ fernt, bevor der Strahl auf das LCD-Paneel trifft, so daß kein separates Kühlsystem erforderlich ist.

Das Trapezverzerrungsphänomen tritt nicht auf, so daß die Belastung der Augen des Betrachters verringert wird.

Die vorstehend beschriebene Erfindung findet nicht nur bei einem LCD-Projektor, sondern auch bei einem Diaprojektor Anwendung.

Claims (5)

1. Stereoskopischer Projektor, gekennzeichnet durch:
Ein Kondensorsystem (E) und einen ersten Polarisations­ strahlenteiler (F-1), die auf der gleichen Linie (X) ange­ ordnet sind;
einen zweiten Polarisationsstrahlenteiler (F-2), eine Feld­ linse (I) und eine Projektionslinse (K), die auf einer Linie (Y) angeordnet sind, die die Linie (X) rechtwinklig schnei­ det;
ein erstes und zweites LCD-Paneel (H-1, H-2), die benachbart zur Rückseite und linken Seite eines zweiten Polarisations­ strahlenteilers (F-2) angeordnet sind;
einen zweiten Spiegel (G-2), der an der Rückseite des ersten LCD-Paneeles (H-1) angeordnet ist; und
einen zweiten Spiegel (G-2), der an der linken Seite des zweiten LCD-Paneeles (H-2) angeordnet ist.

2. Stereoskopischer Projektor nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Konden­ sorsystem (E) einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel (A), ein Lichtquellensystem, eine Strahlenführungs­ einheit (C) und einen ringbandförmigen sphärischen reflek­ tierenden Spiegel (D) umfaßt.

3. Stereoskopischer Projektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pola­ risationsstrahlenteiler (F) zwei senkrechte Prismen (L) besitzt, die an ihren Schrägflächen miteinander verklebt und dazwischen mit einem mehrschichtigen dielektrischen Film versehen sind, der unter dem Brewster′schen Winkel oder einem Polarisationswinkel relativ zu einem einfallenden Strahl beschichtet ist, so daß der einfallende Strahl in zwei Strahlen aufgeteilt werden kann, deren Polarisations­ richtungen senkrecht aufeinander stehen.

4. Stereoskopischer Projektor, gekennzeichnet durch:
Ein Kondensorsystem (E), einen Polarisationsstrahlenteiler (F) und einen reflektierenden Spiegel (G), die auf der gleichen Linie (X) angeordnet sind;
ein erstes LCD-Paneel (H-3), eine erste Feldlinse (I-1) und eine zweite Projektionslinse (K-2), die auf einer Linie (Y1) angeordnet sind, die die Linie (X) rechtwinklig schneidet; und
ein zweites LCD-Paneel (H-4), eine zweite Feldlinse (I-2) und eine zweite Projektionslinse (K-2), die auf einer anderen Linie (Y2) angeordnet sind, die die Linie (X) rechtwinklig schneidet.

5. Stereoskopischer Projektor, gekennzeichnet durch:
Ein erstes Kondensorsystem (E-1), einen Polarisations­ strahlenteiler (F), eine Feldlinse (I) und eine Projektions­ linse (K), die auf einer Linie (Y) angeordnet sind; und
ein zweites Kondensorsystem (E-2) und ein zweites LCD-Paneel (H-6), die auf einer Linie (X) angeordnet sind, die die Linie (Y) rechtwinklig schneidet.