DE60027502T2

DE60027502T2 - Farbbildprojektor

Info

Publication number: DE60027502T2
Application number: DE60027502T
Authority: DE
Inventors: Kee-uk Paldal-gu Suwon-city Jeon; Dae-je Shindaebang 2-dong Tongjak-gu Chin
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: EP1058461B1; JP2001005098A; KR100601608B1; JP3264916B2; CN1162731C; CN1278072A; US6439724B1; DE60027502D1; KR20010001337A; EP1058461A3; EP1058461A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Farbprojektor, bei dem drei Anzeigevorrichtungen zum Einsatz kommen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Farbprojektor, bei dem die Größe der Anzeigevorrichtung jeder Farbe derart verändert wird, dass ein Chromatismus ausgeglichen werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einem typischen Farbprojektor wird ein Bild, das von einer Anzeigevorrichtung, so beispielsweise einem LCD-Bildschirm, erzeugt wird, unter Einsatz einer zusätzlichen Lichtquelle auf einen Bildschirm projiziert. Bei Farbprojektoren unterscheidet man je nach Art der Anzeigevorrichtung solche vom Durchlasstyp (Transmission) und solche vom Reflexionstyp.
1 ist eine Ansicht, die die optische Anordnung eines herkömmlichen Farbprojektors vom Durchlasstyp zeigt. Wie in der Figur dargestellt ist, umfasst der herkömmliche Farbprojektor vom Durchlasstyp eine Lichtquelle 10, erste und zweite dichromatische Spiegel DM1 und DM2, die den von der Lichtquelle 10 emittierten Lichtstrahl in rote (R), blaue (B) und grüne (G) Farbe teilen, eine Mehrzahl von Totalreflexionsspiegeln M1, M2 und M3, die dafür sorgen, dass sich die von den ersten und zweiten dichromatischen Spiegeln DM1 und DM2 geteilten Lichtstrahlen längs dreier verschiedener Wege ausbreiten, erste bis dritte LCD-Bildschirme 21, 23 und 25, die auf dem Ausbreitungsweg jedes der geteilten Lichtstrahlen angeordnet sind, ein Farbprisma 30 zur Synthetisierung von Bildern entsprechend der jeweiligen von den ersten bis dritten LCD-Bildschirmen 21, 23 und 25 erzeugten Farben sowie eine Projektionslinseneinheit 40, die das beim Durchtritt durch das Farbprisma 30 erzeugte synthetisierte Farbbild auf einen Bildschirm 50 projiziert, wobei es selbiges vergrößert.
Jeder der ersten bis dritten LCD-Bildschirme 21, 23 und 25 setzt sich aus einer Mehrzahl von Pixeln zusammen, die in einer Ebene angeordnet sind. Jedes unabhängig angesteuerte Pixel nimmt entsprechend Eingangsvideosignalen eine Polarisationsmodulation des einfallenden Lichtes vor und bewirkt zudem, dass Lichtstrahlen einer Polarisationskomponente sich auf das Farbprisma 30 zu ausbreiten. Der erste LCD-Bildschirm 21 erzeugt ein Bild roten (R) Eingangslichtes, das von dem ersten dichromatischen Spiegel DM1 reflektiert wird und durch den zweiten dichromatischen Spiegel DM2 hindurchtritt; der zweite LCD-Bildschirm 23 erzeugt ein Bild grünen (G) Eingangslichtes, das von den ersten und zweiten dichromatischen Spiegeln DM1 und DM2 reflektiert wird; der dritte LCD-Bildschirm 25 schließlich erzeugt ein Bild blauen (B) Eingangslichtes, das durch den ersten dichromatischen Spiegel DM1 hindurchtritt.
Das Farbprisma 30 weist erste bis dritte Einfallsflächen 31, 33 und 35 auf, die derart angeordnet sind, das sie zu den ersten bis dritten LCD-Bildschirmen 21, 23 beziehungsweise 25 weisen, sowie eine einzelne Ausfallsfläche 37, die zu der Projektionslinseneinheit 40 weist. Das Farbprisma 30 verfügt darüber hinaus über eine erste Spiegelfläche 30a, die das über die erste Einfallsfläche 31 eintretende Licht reflektiert und das über die zweiten und dritten Einfallsflächen 33 und 35 eintretende Licht hindurchlässt, sowie eine zweite Spiegelfläche 30b, die das über die dritte Einfallsfläche 35 eintretende Licht reflektiert und das über die ersten und zweiten Einfallsflächen 31 und 33 eintretende Licht hindurchlässt. Die Projektionslinseneinheit 40 projiziert das Bild, das von den ersten bis dritten LCD-Bildschirmen 21, 23 und 25 erzeugt ist, nach Synthetisierung mittels Durchtritt durch das Farbprisma 30 und Ausgabe über die Ausfallsfläche 37 auf den Bildschirm 50, wobei es selbiges vergrößert.
Bei einem herkömmlichen Projektor vom Durchlasstyp mit vorgenanntem Aufbau weisen die ersten bis dritten LCD-Bildschirme 21, 23 und 25 dieselben Betriebskenngrößen auf. Dies bedeutet, dass die zueinanderweisenden Seiten der ersten bis dritten LCD-Bildschirme 21, 23 und 25 dieselbe Länge h aufweisen. Zudem sind die ersten bis dritten LCD-Bildschirme 21, 23 und 25 jeweils derart angeordnet, dass sie um denselben Abstand von der Projektionslinseneinheit 40 entfernt sind. Sind die optischen Abstände zwischen den ersten bis dritten Einfallsflächen 31, 33 und 35 des Farbprismas 30 und der Einfallsfläche 41a einer die Projektionslinseneinheit 40 bildenden ersten Linse 41 gleich, so sind die ersten bis dritten LCD-Bildschirme 21, 23 und 25 derart angeordnet, dass sie um denselben Abstand d von den ersten bis dritten Einfallsflächen 31, 33 beziehungsweise 35 entfernt sind.
Eine typische Linse weist einen Chromatismus auf, der als von der Wellenlänge des Eingangslichtes abhängige Aberation auftritt. Wie in 2 dargestellt ist, wird parallel zu einer konvexen Linse 60 eintretendes Licht der Theorie nach an einem Brennpunkt f fokussiert. In der Praxis wird jedoch von dem eintretenden Licht rotes (R) Licht, das eine vergleichsweise große Wellenlänge aufweist, an einem Brennpunkt F_R fokussiert, der an einer im Vergleich zum Brennpunkt f der konvexen Linse 60 weiter entfernten Position liegt, wohingegen blaues (B) Licht, das eine vergleichsweise kleine Wellenlänge aufweist, an einem Brennpunkt F_B fokussiert wird, der an einer im Vergleich zum Brennpunkt f der konvexen Linse 60 näheren Position liegt.
Bedingt durch diesen Chromatismus werden von den ersten bis dritten LCD-Bildschirmen 21, 23 und 25 gemäß 1 erzeugte Farbbilder bezüglich roter, grüner und blauer Farbe auf dem Bildschirm 50 mit verschiedenen Größen fokussiert. Aufgrund der Tatsache, dass die generierte Vergrößerung bezüglich roter, grüner und blauer Farbe unterschiedlich ist, nimmt der Grad der Fehlanpassung roter, grüner und blauer Farbbilder am Rande des Bildschirmes 50 zu, wodurch sich die Bildgüte verschlechtert. Da die Projektionslinseneinheit 40 einen zusätzlichen optischen Aufbau beinhalten muss, der den Chromatismus ausgleicht, wird die Struktur des Projektors kompliziert.
Darüber hinaus sollte die Projektionslinseneinheit 40 unter Berücksichtigung der Verzerrung und Bildwölbung eines auf dem Bildschirm 50 erzeugten Bildes konzipiert werden. Die Projektionslinseneinheit 40 ist jedoch nicht in der Lage, sowohl die Verzögerung wie auch den Chromatismus vollständig zu korrigieren. Ist die Projektionslinseneinheit 40 hauptsächlich dafür ausgelegt, die Verzerrung, die ein Betrachter sofort wahrnimmt, zu korrigieren, so bedarf es einer zusätzlichen Linse zur Korrektur des Chromatismus. In diesem Fall besteht jedoch der Nachteil, dass die Korrektur des Chromatismus nur bis zu einem bestimmten Grad möglich ist.
Die Druckschrift US-A-5,264,879 beschreibt ein Anzeigegerät vom Projektionstyp zur Anzeige eines vergrößerten zusammengesetzten Bildes auf einem Bildschirm, wobei sich das zusammengesetzte Bild aus Bildern zusammensetzt, die in drei Flüssigkristallröhren zum Empfang blauen, grünen beziehungsweise roten Lichtes erzeugt werden. Das Gerät umfasst eine der Korrektur einer chromatischen Aberation dienende Einrichtung mit einer Korrekturlinse für rotes Licht, durch die das Bild vergrößert wird, und einer Korrekturlinse für das blaues Licht, durch die das Bild verkleinert wird.
Die Druckschrift US-A-5,815,221 beschreibt ein Projektorgerät mit einem Polarisationsstrahlteiler zum Verteilen von Licht auf Flüssigkristallbildschirme und zum Zusammenführen modulierter Lichtstrahlen von den Flüssigkristallbildschirmen, wodurch das zusammengeführte Licht vergrößert und durch eine Projektionslinse auf einen Bildschirm projiziert wird. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel ist die Pixelgröße der Flüssigkristallbildschirme für rotes und blaues Licht derart gewählt, dass sie größer als die Pixelgröße des Flüssigkristallbildschirmes für grünes Licht ist. Diese Anordnung wird gewählt, da die visuelle Empfindlichkeit für grünes Licht beim Sehsinn des Menschen höher ausgeprägt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die vorgenannten Probleme zu lösen, besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Farbprojektor bereitzustellen, der einen Chromatismus ausgleichen kann, indem die Größe der Anzeigevorrichtung jeder Farbe verändert wird, wodurch die Bildgüte verbessert wird, und bei dem darüber hinaus eine platzsparende Ausgestaltung der Projektionslinsen möglich ist.
Die vorliegende Erfindung erreicht dieses Ziel durch Bereitstellung eines Farbprojktors mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Bereitgestellt wird entsprechend ein Farbprojektor mit einer Lichtquelle, einer Teilvorrichtung, die das von der Lichtquelle emittierte Licht derart teilt, dass es sich entsprechend seiner Wellenlänge längs erster bis dritter Lichtwege ausbreitet, ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen, die auf den ersten bis dritten Lichtwegen angeordnet sind und aus dem Eingangslicht einer vorgegebenen Wellenlänge ein Bild erzeugen, einer Synthetisiereinrichtung zur Synthetisierung von Licht verschiedener Farben derart, dass dieses sich längs eines Weges ausbreitet, durch selektives Durchlassen oder Reflektieren des durch die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen hindurchtretenden Lichtes entsprechend seiner Wellenlänge sowie einer Projektionslinseneinheit, die ein von der Synthetisiervorrichtung synthetisiertes Farbbild auf einen Bildschirm projiziert, wobei zwei oder mehr Anzeigevorrichtungen von den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen verschieden große effektive Bereiche aufweisen, in denen ein Bild erzeugt wird, weshalb ein Chromatismus, der generiert wird, wenn von der Synthetisiervorrichtung synthetisiertes Licht verschiedener Farben durch die Projektionslinsen hindurchtritt, korrigiert werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Das vorgenannte Ziel und die vorgenannten Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich besser durch die detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, die sich wie folgt zusammensetzt.
1 ist eine Ansicht, die die optische Anordnung eines herkömmlichen Farbprojektors zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines bei einer typischen konvexen Linse auftretenden Chromatismus.
3 ist eine Ansicht, die die optische Anordnung eines erfindungsgemäßen Farbprojektors vom Durchlasstyp zeigt.
4 ist eine Ansicht, die das Ergebnis eines Vergleiches der Größe der effektiven Flächen bei ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen zeigt.
5 ist eine Ansicht, die die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen bei einer Überlagerung in einer Richtung zeigt, wobei ein Zustand vorliegt, in dem die Synthetisiervorrichtung bei dem Farbprojektor gemäß 3 weggelassen ist.
6A bis 6C sind Ansichten, die jeweils einen Teil der eine Anzeigevorrichtung entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Farbprojektors gemäß 3 bildenden Pixel zeigen.
7A bis 7C sind Ansichten, die jeweils einen Teil der eine Anzeigevorrichtung entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Farbprojektors gemäß 3 bildenden Pixel zeigen.
8 ist eine Ansicht, die die optische Anordnung eines nicht Teil der Erfindung seienden Farbprojektors vom Durchlasstyp zeigt.
9 ist eine Ansicht, die die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen bei einer Überlagerung in einer Richtung zeigt, wobei ein Zustand vorliegt, in dem die Synthetisiervorrichtung bei dem Farbprojektor gemäß 8 weggelassen ist.
10 ist eine Ansicht, die die optische Anordnung eines Farbprojektors vom Durchlasstyp entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detailbeschreibung der Erfindung
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst ein Farbprojektor entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 110, eine Teilvorrichtung 120, die von der Lichtquelle 110 emittiertes Licht entsprechend der Wellenlänge derart teil, dass sich dieses längs eines von drei Lichtwegen ausbreitet, erste bis dritte Anzeigevorrichtungen 131, 133, 135, die auf den von der Teilvorrichtung 120 geteilten ersten bis dritten Lichtwegen I, II und III derart angeordnet sind, dass ein Bild erzeugt wird, eine Synthetisiervorrichtung 140, die das Licht einer jeweiligen Farbe durch selektives Durchlassen oder Reflektieren des durch die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 hindurchtretenden Eingangslichtes entsprechend seiner Wellenlänge derart synthetisiert, dass dem synthetisierten Licht ermöglicht wird, sich entlang eines Weges auszubreiten, sowie eine Projektionslinseneinheit 150, die dem von der Synthetisiervorrichtung 140 synthetisierten Farbbild ermöglicht, sich zu einem Bildschirm 160 hin auszubreiten, wobei selbiges vergrößert wird.
Die Lichtquelle 110 umfasst eine Lampe 111 zum Erzeugen von Licht sowie einen Reflexionsspiegel 113 zum Reflektieren des von der Lampe 111 emittierten Lichtes und zum Festlegen eines Ausbreitungsweges des reflektierten Lichtes. Der Reflexionsspiegel 113 ist ein ovaler Spiegel, von dem ein Brennpunkt am Ort der Lampe 111 und der andere Brennpunkt an einem Ort befindlich ist, an dem das Licht fokussiert wird. Alternativ ist der Reflexionsspiegel 113 ein parabolischer Spiegel, von dem der Brennpunkt am Ort der Lampe 111 angeordnet ist, damit das von dem Reflexionsspiegel 113 reflektierte Licht zum parallelen Strahl wird.
Die Teilvorrichtung 120 dient dem Teilen des von der Lichtquelle 110 emittierten Lichtes derart, dass sich dieses entsprechend der roten (R), blauen (B) und Grünen (G) Farbe des Lichtes auf den ersten bis dritten Lichtwegen I, II und III ausbreitet. Die Teilvorrich tung 120 umfasst erste und zweite dichromatische Spiegel 121 und 123 sowie eine Mehrzahl von Totalreflexionsspiegeln M11, M12 und M13, damit sich das von den ersten und zweiten dichromatischen Spiegeln 121 und 123 geteilte Licht längs der drei verschiedenen Wege ausbreiten kann. Der erste dichromatische Spiegel 121 dient hauptsächlich dem Teilen des von der Lichtquelle 110 emittierten Lichtes (R + G + B) entsprechend der Wellenlänge des Lichtes. Dies bedeutet, dass von dem auf den ersten dichromatischen Spiegel 121 einfallenden Licht der erste dichromatische Spiegel 121 das Licht der Wellenlänge blauer (B) Farbe derart durchlässt, dass sich dieses längs des dritten Lichtweges III ausbreitet, wohingegen das übrige Licht (R + G) reflektiert wird. Hierbei reflektiert der auf dem dritten Lichtweg III angeordnete Totalreflexionsspiegel M13 das einfallende blaue (B) Licht derart, dass sich dieses zu der dritten Anzeigevorrichtung 135 hin ausbreitet.
Das von dem ersten dichromatischen Spiegel 121 reflektierte Licht (R + G) wird entsprechend seiner Wellenlänge von dem zweiten dichromatischen Spiegel 123 erneut geteilt. Dies bedeutet, dass der zweite dichromatische Spiegel 123 das Licht mit der Wellenlänge roter (R) Farbe derart durchlässt, dass sich dieses längs des ersten Lichtweges I ausbreitet, wohingegen er das Licht grüner (G) Farbe derart reflektiert, dass sich dieses längs des zweiten Lichtweges II ausbreitet. Hierbei reflektieren die auf dem ersten Lichtweg I angeordneten Totalreflexionsspiegel M11 und M12 das rote (R) Eingangslicht derart, dass sich dieses zu der ersten Anzeigevorrichtung 131 hin ausbreitet. Das grüne (G) Licht läuft längs des zweiten Lichtweges II und fällt auf die zweite Anzeigevorrichtung 133.
Die jeweiligen ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 können, wie in 3 gezeigt ist, als LCD-Vorrichtungen vom Durchlasstyp ausgestaltet sein. Da die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 ein Bild bezüglich der roten (R), grünen (G) und blauen (B) Farbe erzeugen, wird ein Chromatismus generiert, wenn die Bilder roter (R), grüner (G) und blauer (B) Farbe von der Synthetisiervorrichtung 140 synthetisiert werden und längs desselben Lichtweges durch die Projektionslinseneinheit 150 laufen. Eingedenk des an den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 generierten Chromatismus besteht ein charakteristisches Merkmal darin, dass zwei oder mehr Anzeigevorrichtungen von den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 verschieden große der Erzeugung eines Bildes dienende effektive Bereiche aufweisen. In diesem Fall ist der Abstand g zwischen jeder der ersten bis dritten Anzei gevorrichtungen 131, 133 und 135 und einer Lichtauftrefffläche der Synthetisiervorrichtung 140 vorzugsweise gleich.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, weisen die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 dasselbe Verhältnis bezüglich der Größe des effektiven Bereiches, so beispielsweise 16 : 9, auf. Unter der Annahme, dass die Längen der diagonalen Linien der effektiven Bereiche der ersten Anzeigevorrichtung 131, der zweiten Anzeigevorrichtung 133 und der dritten Anzeigevorrichtung 135 gleich S_R, S_G beziehungsweise S_B sind, genügen die Längen der diagonalen Linien S_R, S_G und S_B der nachfolgenden Ungleichung 1. SB < SG < SR [Ungleichung 1]
Werden die Größen der effektiven Bereiche der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 derart gewählt, dass sie, wie Ungleichung 1 ausdrückt, verschieden sind, so ist die Korrekturbeziehung für den Chromatismus gemäß 5 gegeben.
5 ist eine Ansicht; die die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 bei Überlappung selbiger in einem Zustand zeigt, in dem die Synthetisiervorrichtung 140 gemäß 3 weggelassen ist, wodurch der Fall erklärt wird, in dem die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 um denselben optischen Abstand von dem Bildschirm 160 entfernt sind. Darüber hinaus zeigt 5 schematisch die Projektionslinseneinheit 150 gemäß 3.
Wie in 5 gezeigt ist, wird das auf die Projektionslinseneinheit 150 auftreffende Licht unter verschiedenen Brechungswinkeln abhängig von der Wellenlänge an der Projektionslinseneinheit 150 gebrochen. Werden die Größen der effektiven Bereiche der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 derart gewählt, dass sie voneinander verschieden sind, so können unter Berücksichtigung der verschiedenen Brechungswinkel die Größen eines Bildes bezüglich jeder Farbe bei Fokussierung und Divergierung durch die Projektionslinseneinheit 150 und Bilderzeugung auf dem Bildschirm 160 angepasst werden. Dies bedeutet, dass auch für den Fall, dass die Projektionslinseneinheit 150 unter Nichtberücksichtigung des Chromatismus konzipiert ist, eine unterschiedliche Vergrößerung bezüglich roter, grüner und blauer Farbe auf dem Bildschirm 160 kaum auftritt, sodass eine durch den Chromatismus bedingte Verschlechterung der Bildgüte verhindert werden kann.
Wie in 6A bis 6C gezeigt ist, weist jede der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 eine plane Anordnung sowie eine Vielzahl von Pixeln 131a, 133a und 135a auf, die entsprechend den Eingangsvideosignalen unabhängig voneinander angesteuert werden. Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bedingungen der Ungleichungen 1 bis 3 erfüllt sind, erfüllen die Pixel 131a, 133a und 135a der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 vorzugsweise Ungleichung 2. Auch ist der Abstand D_P zwischen jedem Pixel vorzugsweise gleich.
Dies bedeutet, wie in 6A gezeigt ist, dass unter der Annahme, dass die Länge einer diagonalen Linie von jedem der die erste Anzeigevorrichtung 131 bildenden Pixel 131a gleich S_P1, die Länge einer diagonalen Linie von jedem der die zweite Anzeigevorrichtung 133 bildenden Pixel 133a gleich S_P2 und die Länge einer diagonalen Linie von jedem der die dritte Anzeigevorrichtung 135 bildenden Pixel 135a gleich S_P3 ist, die Längen der diagonalen Linien S_P1, S_P2 und S_P3 der jeweiligen Pixel 131a, 133a und 135a jeweils die nachfolgende Ungleichung 2 erfüllen. SP3 < SP2 < SP1 [Ungleichung 2]
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen, bei dem die Bedingung von Ungleichung 1 erfüllt ist, weist, wie in 7A bis 7C gezeigt ist, jede der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 eine plane Anordnung auf und umfasst eine Mehrzahl von Pixeln 131b, 133b und 135b, die entsprechend den Eingangsvideosignalen unabhängig voneinander angesteuert werden. Hierbei weist jedes der Pixel 131b, 133b und 135b dieselbe Größe auf.
Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen den Pixeln 131b der ersten Anzeigevorrichtung 131 gleich D_P1, siehe 7A, der Abstand zwischen den Pixeln 133b der zweiten Anzeigevorrichtung 133 gleich D_P2, siehe 7B, und der Abstand zwischen den Pixeln 135b der dritten Anzeigevorrichtung 135 gleich D_P3, siehe 7C, ist, genügen die Abstände zwischen den Pixeln D_P1, D_P2 und D_P3 der nachfolgenden Ungleichung 3. DP3 < DP2 < DP1 [Ungleichung 3]
Wie wiederum in 3 gezeigt ist, umfasst die Synthetisiervorrichtung 140 drei Einfallsflächen, die derart angeordnet sind, dass sie zu den jeweiligen ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131, 133 und 135 weisen, eine Ausfallsfläche, die derart angeordnet ist, dass sie zu der Projektionslinseneinheit 150 weist, sowie erste und zweite Spiegelflächen 140a und 140b zum selektiven Durchlassen oder Reflektieren roten, grünen und blauen Lichtes, das längs der ersten bis dritten Lichtwege I, II und III eintritt. Die erste Spiegelfläche 140a reflektiert das rote (R) Eingangslicht und lässt das grüne (G) und blaue (B) Licht durch. Die zweite Spiegelfläche 140b reflektiert das blaue (B) Eingangslicht hin zu der Ausfallsfläche und lässt das rote (R) und das grüne (G) Licht durch. Auf diese Weise wird auf die drei Einfallsflächen auf verschiedenen Lichtwegen einfallendes Licht an den ersten und zweiten Spiegelflächen 140a und 140b derart selektiv durchgelassen oder reflektiert, dass es sich längs desselben Weges über die Ausfallsfläche zu dem Bildschirm 160 hin ausbreitet.
Die Projektionslinseneinheit 150, die zwischen der Synthetisiervorrichtung 140 und dem Bildschirm 160 angeordnet ist, vergrößert das Eingangsfarbbild und projiziert es. Da die Projektionslinseneinheit 150 derart ausgestaltet sein kann, dass sie auf einen bestimmten Brennpunkt abgestimmt ist, um eine Verzerrung und Bildwölbung eines auf dem Bildschirm 160 erzeugten Bildes auszugleichen, kann ein merklicher Teil der Verzerrung, die für einen Betrachter unmittelbar wahrnehmbar ist, korrigiert werden.
Wie in 8 gezeigt ist, umfasst ein Farbprojektor entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 110, eine Teilvorrichtung 120, erste bis dritte Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135', die längs der ein Bild erzeugenden ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen I, II und III angeordnet sind, eine Synthetisiervorrichtung 140, die das durch die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' hindurchtretende Eingangslicht synthetisieren, sowie die Projektionslinseneinheit 150. Da diejenigen Bauteile, die mit denselben Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind, im Wesentlichen dieselben Funktionen wie diejenigen des Farbprojektors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wahrnehmen, wird auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet.
Der Farbprojektor entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung, die einen Chromatismus korrigiert, und deren charakteristisches Merkmal darin besteht, dass die Abstände zwischen zwei oder mehr Anzeigevorrichtungen, die unter den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' gewählt sind, und der Projektionslinseneinheit 150 derart gewählt sind, dass sie voneinander verschieden sind.
Jede der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' weist eine plane Anordnung auf und umfasst einen LCD-Bildschirm vom Durchlasstyp mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in Abhängigkeit von Eingangsvideosignalen unabhängig voneinander angesteuert werden. Vorzugsweise ist die Länge der Breite in einer Richtung gleich d', sodass die Größen der effektiven Bereiche in den Bilderzeugungsbereichen der jeweiligen ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' gleich sind.
Betrachtet man den Abstand auf der optischen Achse zwischen den drei Einfallsflächen der Synthetisiervorrichtung 140 und der Projektionslinseneinheit 150 unter der Annahme, dass die Abstände zwischen den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' der Synthetisiervorrichtungen 140 gleich g₁, g₂ und g₃ sind, so sind die Abstände dazwischen vorzugsweise derart gewählt, dass sie unabhängig voneinander sowie innerhalb eines Bereiches liegen, der den Bedingungen von Ungleichung 4 genügt. g3 < g2 < g1 [Ungleichung 4]
9 dient der Erläuterung desjenigen Falles, in dem die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' dieselbe Größe, jedoch verschiedene optische Abstände von dem Bildschirm 160 aufweisen, wobei die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' in einer Richtung in einem Zustand dargestellt sind, in dem die Synthetisiervorrichtung 140 weggelassen ist. Zudem ist die Projektionslinseneinheit 150 in 9 vereinfacht dargestellt.
Wie in 9 gezeigt ist, wird das auf die Projektionslinseneinheit 150 auftreffende Licht unter verschiedenen Brechungswinkeln in Abhängigkeit von der Wellenlänge an der Projektionslinseneinheit 150 gebrochen. Sind die Abstände zwischen jeder der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 131', 133' und 135' und der Einfallsfläche der Projektionslinseneinheit 150 gleich D_R, D_G beziehungsweise D_B, so kann durch Wählen der Abstände unter Berücksichtigung der verschiedenen Brechungswinkel die Größe eines Bildes in Bezug auf jede Farbe nach Fokussierung und Divergierung durch die Projektionslinseneinheit 150 und Bilderzeugung auf dem Bildschirm 160 angepasst werden. Auch dann, wenn die Projektionslinseneinheit 150 unter Nichtberücksichtigung des Chromatismus konzipiert ist, tritt eine unterschiedliche Vergrößerung bezüglich roter, grüner und blauer Farbe auf dem Bildschirm 160 kaum auf, sodass eine durch den Chromatismus bedingte Verschlechterung der Bildgüte verhindert werden kann. Da der Brennpunkt des Lichtes roter Wellenlänge im Vergleich zu der effektiven Brennpunktsposition der Projektionslin seneinheit weiter entfernt befindlich ist, während der Brennpunkt des Lichtes blauer Wellenlänge nahe an der effektiven Brennpunktsposition der Projektionslinseneinheit befindlich ist, genügen die Abstände D_R, D_G und D_B der Ungleichung 5. DB < DG < DR [Ungleichung 5)
Wein 10 gezeigt ist, umfasst ein Farbprojektor vom Reflexionstyp entsprechend einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 210, eine Teilvorrichtung 250, die Eingangslicht entsprechend der Wellenlänge des Eingangslichtes derart teilt, dass sich dieses entlang erster bis dritter optischer Wege I', II' und III' ausbreitet erste bis dritte Lichtwegänderungsvorrichtungen 261, 263 und 265, die den Ausbreitungsweg des geteilten Lichtes entsprechend der Polarisationsrichtung ändern, erste bis dritte Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275, die Bilder aus dem einer Polarisation zugehörigen Eingangslicht erzeugen, das durch die ersten bis dritten Lichtwegänderungsvorrichtungen 261, 263 und 265 hindurchtritt, und das die erzeugten Bilder hin zu den ersten bis dritten Lichtwegänderungsvorrichtungen 261, 263 und 265 reflektiert, eine Synthetisiervorrichtung 280, die das Eingangslicht nach der Reflektion durch die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 synthetisiert, sowie eine Projektionslinseneinheit 290, die das von der Synthetisiervorrichtung 280 synthetisierte Farbbild derart vergrößert und projiziert, dass dieses auf dem Bildschirm 160 erzeugt wird.
Zudem umfasst der Farbprojektor entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein Bandpassfilter 220, das das Licht im infraroten und ultravioletten Bereich des von der Lichtquelle 210 emittierten Lichtes sperrt, eine Gleichmäßigkeitslichtbeleuchtungsvorrichtung 230, die das Eingangslicht zu einem parallelen Strahl macht, sowie einen Polarisationswandler 240, der das von der Lichtquelle 210 emittierte Licht in Licht einer Polarisation umwandelt, wie in 10 gezeigt ist.
Da die Lichtquelle 210, die Synthetisiervorrichtung 280 und die Projektionslinseneinheit 290 im Wesentlichen dieselben Elemente mit denselben Funktionen wie die Lichtquelle 110, die Synthetisiervorrichtung 140 und die Projektionslinseneinheit 150 des Farbprojektors entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Beschreibung anhand 3 sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet.
Die Teilvorrichtung 250 dient dem Teilen des von der Lichtquelle 210 emittierten Lichtes derart, dass sich dieses entsprechend der roten (R), blauen (B) und grünen (G) Farbe längs der ersten bis dritten Lichtwege I', II' und III' ausbreitet. Die Teilvorrichtung 250 umfasst erste und zweite dichromatische Spiegel 251 und 253 sowie eine Mehrzahl von Totalreflexionsspiegeln M₂₁, M₂₂ und M₂₃, durch die sich das von den ersten und zweiten dichromatischen Spiegeln 251 und 253 geteilte Licht längs der drei verschiedenen Lichtwege ausbreiten kann. Der erste dichromatische Spiegel 251 dient hauptsächlich dem Teilen des von der Lichtquelle 110 emittierten Lichtes (R + G + B) entsprechend der Wellenlänge des Lichtes. Von dem auf den ersten dichromatischen Spiegel 251 auftreffenden Licht wird das Licht blauer (B) Wellenlänge von dem ersten dichromatischen Spiegel 251 reflektiert und breitet sich auf dem dritten Lichtweg III' aus, wohingegen das restliche Licht (R + G) durch den ersten dichromatischen Spiegel 251 läuft. Hierbei sind die Totalreflexionsspiegel M₂₂ und M₂₃ auf dem dritten Lichtweg III' angeordnet und bewirken, dass sich das eintreffende blaue (B) Licht hin zu der dritten Lichtwegänderungsvorrichtung 265 ausbreitet.
Das Licht (R + G) läuft durch den ersten dichromatischen Spiegel 251 und wird von dem Totalreflexionsspiegel M₂₁ reflektiert, und von dem zweiten dichromatischen Spiegel 253 entsprechend seiner Wellenlänge geteilt. Dies bedeutet, dass der zweite dichromatische Spiegel 253 das Licht roter (R) Wellenlänge derart durchlässt, dass sich dieses längs des ersten Lichtweges I' ausbreitet, und das Licht grüner (G) Wellenlänge derart reflektiert, dass sich dieses längs des zweiten Lichtweges II' ausbreitet. Hierbei wird das rote (R) Licht über den ersten Lichtweg I' auf die erste Lichtwegänderungsvorrichtung 261 geleitet, während das grüne (G) Licht über den zweiten optischen Weg II' auf die zweite Lichtwegänderungsvorrichtung 263 auftrifft.
Jede der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 umfasst eine LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp sowie eine digitale Mikrospiegelvorrichtung. Kommt eine LCD-Vorrichtung vom Reflexionstyp zum Einsatz, so wird vorgezogen, wenn es sich hierbei um eine FLCD-Vorrichtung (ferroelectric liquid crystal display FLCD, ferroelektrische Flüssigkristallanzeige) handelt, die eine hohe Reaktionszeit in Abhängigkeit vom An- und Abschalten einer Ansteuerspannung aufweist. Die digitale Mikrospiegelvorrichtung entsprechend jedem Pixel erzeugt ein Bild, indem der Reflexionsweg des eintreffenden Lichtes durch unabhängig voneinander erfolgendes Ansteuern einer Mehrzahl mittels einwirkender elektrostatischer Anziehung betriebener Reflexionsspiegel festge legt wird. Da der Aufbau einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet.
Aufgrund der Tatsache, dass jede der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 vom Reflexionstyp ein Bild bezüglich roter (R), grüner (G) und blauer (B) Farbe erzeugt, wird ein Chromatismus generiert, wenn das Licht durch die Projektionslinseneinheit 290 hindurchtritt. Daher weisen die ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 vom Reflexionstyp eingedenk des an der Projektionslinseneinheit 290 generierten Chromatismus das charakteristische Merkmal auf, dass die Größen der effektiven Bereiche zur Erzeugung von Bildern der zwei oder mehr Anzeigevorrichtungen, die unter den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271; 273 und 275 gewählt sind, voneinander verschieden sind. Hierbei weist jede Anzeigevorrichtung der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 dasselbe Seitenverhältnis, so beispielsweise 16 : 9, auf.
Sind die diagonalen Linien eines effektiven Bereiches der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 gleich S'_R, S'_G und S'_B, so genügen die Längen der diagonalen Linien S'_R, S'_G und S'_B der nachfolgenden Ungleichung 6. S'B < S'G < S'R [Ungleichung 6]
Auch wenn die Linse der Projektionslinseneinheit 280 unter Nichtberücksichtigung eines Chromatismus konzipiert ist, siehe 3, wird eine unterschiedliche Vergrößerung bezüglich roter, grüner und blauer Farbe an dem Bildschirm 160 nahezu nicht generiert. Daher kann für den Fall, dass die Größe und das Pixelintervall jeder Anzeigevorrichtung derart gewählt werden, dass sie der Beziehung von Ungleichung 6 begnügen, die durch einen Chromatismus bedingte Verschlechterung der Bildgüte verringert werden.
Vorzugsweise sind die ersten bis dritten Lichtwegänderungsvorrichtungen 261, 263 und 265 Polarisationsstrahlteiler, die den Lichtweg durch selektives Durchlassen oder Reflektieren des eintreffenden Lichtes in Abhängigkeit von der Polarisation ändern. Hierbei weist der Polarisationsstrahlteiler eine kubische oder Blattstruktur auf, wie in 10 gezeigt ist.
Da der Farbprojektor entsprechend einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dieselbe optische Struktur wie der Farbprojektor des dritten be vorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung entsprechend der Beschreibung anhand 10 aufweist, wird auf eine zeichnerische Darstellung desselben verzichtet. Der Farbprojektor des vierten bevorzugten Ausführungsbeispieles weist das charakteristische Merkmal auf, dass die Größen der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 vom Reflexionstyp gleich sind, während die Abstände auf der optischen Achse zwischen jeder der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 und dem Bildschirm 160 verschieden gewählt sind, wodurch ein Chromatismus korrigiert werden kann. Dies bedeutet, dass unter der Annahme, dass die Abstände zwischen jeder der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 271, 273 und 275 und der ersten Einfallsfläche der Projektionslinseneinheit 290 gleich D'_R, D'_G und D'_B sind, durch Auswählen der Abstände dazwischen unter Berücksichtigung des Chromatismuseffektes die Größe des Bildes für jede auf dem Bildschirm 160 erzeugte Farbe nach der Fokussierung und Divergierung durch die Projektionslinseneinheit 290 angepasst werden kann.
Sogar für den Fall, dass die Linse der Projektionslinseneinheit 290 unter Nichtberücksichtigung des Chromatismus konzipiert worden ist, wird eine unterschiedliche Verstärkung, für rote, grüne und blaue Farbe auf dem Bildschirm 160 nahezu nicht generiert. Daher kann eine durch den Chromatismus bedingte Verschlechterung der Bildgüte verhindert werden. Aufgrund der Tatsache, dass der Brennpunkt des Lichtes roter Wellenlänge im Vergleich zu der effektiven Brennpunktsposition der Projektionslinseneinheit weiter entfernt befindlich ist, während der Brennpunkt des Lichtes blauer Wellenlänge im Vergleich zu der effektiven Brennpunktsposition der Projektionslinseneinheit näher befindlich ist, genügen die Abstände D'_R, D'_G und D'_R der nachfolgenden Ungleichung 7. D'B < D'G < D'R [Ungleichung 7]
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei dem Farbprojektor entsprechend der vorliegenden Erfindung auch für den Fall, dass beim Durchtritt von Licht roter, blauer und grüner Wellenlänge durch die Projektionslinseneinheit ein Chromatismus generiert wird, die Generierung einer unterschiedlichen Verstärkung für rote, grüne und blaue Farbe dadurch verringert, dass die Größe der Anzeigevorrichtung und/oder das Intervall zwischen den Anzeigevorrichtungen derart angepasst wird, dass eine Konvergenzanpassung erfolgen kann. Aus diesem Grund kann eine Verschlechterung der Bildgüte verhindert werden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Anzahl der zur Korrektur des Chromatismus benötigten Linsen bei der Konzeption der Projektionslinseneinheit verringert werden kann, wird zudem der Aufbau des optischen Systems zur Korrektur der Verzerrung und Bildwölbung vereinfacht.

Claims

Farbprojektor, der umfasst: eine Lichtquelle (110); eine Teileinrichtung (120), die das von der Lichtquelle emittierte Licht so teilt, dass es sich entsprechend seiner Wellenlänge auf einem ersten bis dritten Lichtweg ausbreitet; eine erste bis dritte Anzeige-Vorrichtung (131, 133, 135), die auf dem ersten bis dritten Lichtweg angeordnet sind, um ein Bild aus Eingangslicht einer vorgegebenen Wellenlänge zu erzeugen, wobei die Teileinrichtung (120) ein Eingangslicht in Licht roter, grüner und blauer Farbe teilt, so dass sich das Licht roter, grüner und blauer Farbe auf dem ersten, zweiten bzw. dritten Lichtweg bewegen kann und die erste bis dritte Anzeigevorrichtung (131, 133, 135) jeweils ein Bild bezüglich des Lichtes roter, grüner und blauer Farbe erzeugt; eine Synthetisiereinrichtung (140), die Lichter verschiedener Farbe so synthetisiert, dass sie sich auf einem Weg ausbreiten, indem Eingangslicht, das durch die erste bis dritte Anzeigevorrichtung hindurchtritt, entsprechend seiner Wellenlänge selektiv durchgelassen oder reflektiert wird; und eine Projektionslinseneinheit (150), die ein durch die Synthetisier-Vorrichtung synthetisiertes Farbbild vergrößert und auf einen Bildschirm zu projiziert, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Anzeigevorrichtungen aus der ersten bis dritten Anzeigevorrichtung (131, 133, 135) ausgewählt werden, die unterschiedliche Größen effektiver Bereiche zum Generieren eines Bildes auf dem Bilderzeugungsbereich der Anzeigevorrichtung aufweisen, wobei der effektive Bereich der ersten bis dritten Anzeigevorrichtung jeweils das gleiche Seitenverhältnis hat, und wenn die Längen der diagonalen Linien der effektiven Bereiche mit S_R, S_G und S_B angenommen werden, die Längen der diagonalen Linien S_R, S_G und S_B die folgende Ungleichung erfüllen: SB < SG < SR,um Chromatismus zu korrigieren, der generiert wird, wenn durch die Synthetisiervorrichtung synthetisiertes Licht unterschiedlicher Farbe durch die Projektionslinseneinheit hindurchtritt.
Farbprojektor nach Anspruch 1, wobei die erste bis dritte Anzeigevorrichtung (131, 133, 135) eine plane Fläche hat und eine Vielzahl von Pixeln umfasst, die entsprechend Eingangs-Videosignalen unabhängig angesteuert werden.
Farbprojektor nach Anspruch 2, wobei, wenn angenommen wird, dass die Länge einer diagonalen Linie jedes der Pixel, die die erste Anzeigevorrichtung bilden, S_P1 ist, die Länge einer diagonalen Linie jedes der Pixel, die die zweite Anzeigevorrichtung bilden, S_P2 ist, und die Länge einer diagonalen Linie jedes der Pixel, die die dritte Anzeigevorrichtung bilden, S_P3 ist, die Länge diagonaler Linien S_P1, S_P2 und S_P3 der entsprechenden Pixel die folgende Ungleichung erfüllen: SP3 < SP2 < SP1.
Farbprojektor nach Anspruch 2, wobei jedes der Pixel, die die erste bis dritte Anzeigevorrichtung bilden, die gleiche Größe hat, und, wenn davon ausgegangen wird, dass der Abstand zwischen den Pixeln, die die erste Anzeigevorrichtung bilden, D_P1 ist, der Abstand zwischen den Pixeln, die die zweite Anzeigevorrichtung bilden, D_P2 ist, und der Abstand zwischen den Pixeln der dritten Anzeigevorrichtung D_P3 ist, die Abstände zwischen den Pixeln D_P1, D_P2 und D_P3 die folgende Ungleichung erfüllen: DP3 < DP2 < DP1.
Farbprojektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Teilvorrichtung (120) einen ersten dichromatischen Spiegel (121), der das von der Lichtquelle emittierte Licht entsprechend den Längenwellenbereichen desselben teilt, und einen zweiten dichromatischen Spiegel (123) umfasst, der das durch den ersten dichromatisrhen Spiegel geteilte Licht entsprechend den Wellenlängenbereichen desselben erneut so teilt, dass ein Eingangslicht in Licht roter, blauer und grüner Farbe geteilt werden kann.
Farbprojektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste bis dritte Anzeigevorrichtung (131, 133, 135) jeweils ein Durchlass-LCD-Bildschirm sind.
Farbprojektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4. wobei die erste bis dritte Anzeigevorrichtung (271, 273, 275) jeweils ein Reflektions-LCD-Bildschirm sind, und der des Weiteren eine erste bis dritte Lichtweg-Änderungsvorrichtung (261, 263, 265) umfasst, die auf jedem Lichtweg zwischen der ersten bis dritten Anzeigevorrichtung und der Synthetisiervorrichtung (280) angeordnet sind, um die Richtung der Lichtwege entsprechend der Richtung der Polarisation zu ändern, so dass sich das auf dem ersten bis dritten Lichtweg eingegebene Licht jeweils auf die erste bis dritte Anzeigevorrichtung zu ausbreiten kann und durch die erste bis dritte Anzeigevorrichtung reflektiertes Licht sich auf die Synthetisiervorrichtung zu ausbreiten kann.
Farbprojektor nach Anspruch 7, wobei die erste bis dritte Lichtweg-Änderungsvorrichtung (261, 263, 265) jeweils Polarisations-Strahlteiler sind, die die Richtung der Lichtwege ändern, indem sie ein Eingangslicht entsprechend der Polarisation desselben selektiv durchlassen oder reflektieren.