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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, und insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung mit mindestens zwei
Lichtventilprojektoren, die jeweils dazu dienen, eine Anzeige bereitzustellen.
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Lichtventilprojektoren,
und insbesondere LCD-Projektoren, werden in zunehmendem Maße für Anzeigen
verwendet. Gegenüber
Kathodenstrahlröhrenprojektoren
haben die Flüssigkristallprojektoren den
Vorteil hoher Helligkeit und relativ geringer Kosten. Außerdem treten
ihre roten, grünen
und blauen Anzeigen im Allgemeinen durch eine einzige Linse aus,
womit es überflüssig wird,
die Farbkonvergenz jedes Mal neu auszurichten, wenn der Projektor
neu positioniert wird. Einige LCD-Projektoren haben eine Flüssigkristallanzeigetafel
in einer einzigen Farbe, während
andere jeweils getrennte Flüssigkristallanzeigetafeln
für Rot,
Grün und
Blau haben, wobei die Strahlen vor Projektion durch die Linse optisch
auf eine gemeinsame Achse kombiniert werden.
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Um
eine Anzeige zu generieren, die dem Betrachter ein großes Sichtfeld
bietet, können
Anzeigen aus mehreren Projektoren durch ein als "Fliesen" (Tiling) bekanntes Verfahren miteinander
kombiniert werden. Für
viele Anwendungen ist es wesentlich, dass die Fugen zwischen benachbarten
Anzeigen möglichst
unauffällig
sind. Es ist schwierig, eine unauffällige Fuge dadurch zu bilden,
dass man benachbarte Anzeigen einfach aneinanderstoßen lässt. Erstens
ist eine solche Anordnung sehr empfindlich gegenüber jeglicher Fehlausrichtung.
Zweitens werden bei Verwendung auf Bildschirmen, die keine Flachbildschirme
sind, was häufig
der Fall ist, die Ränder benachbarter
Anzeigen im Allgemeinen unterschiedlichen Krümmungen auf dem Bildschirm
folgen, was es unmöglich
macht eine Stoßfuge
zu bilden.
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Eine
bessere Möglichkeit
besteht darin, benachbarte Anzeigen überlappen zu lassen. In dem Überlappungsbereich
befindet sich ein Mischungsbereich, in dem die Helligkeit jeder
Anzeige so eingestellt ist, dass sie von dem Maximalwert am inneren Rand
des Mischungsbereichs progressiv bis auf Null am äußeren Rand
des Mischungsbereichs abfällt. Bei
entsprechender Wahl der Helligkeitsprofile kann dafür gesorgt
werden, dass die Helligkeit der Summe der beiden Anzeigen über den Überlappungsbereich im
Wesentlichen konstant ist. Dies ergibt eine unauffällige Mischung,
die außerdem
weniger empfindlich ist gegenüber
einer Fehlausrichtung als eine Stoßfuge. Bei Kathodenstrahlröhrenprojektoren
wurde diese Technik erfolgreich angewandt, wobei das Helligkeitsprofil
in dem Mischungsbereich durch Einstellen des Videopegels elektronisch
gesteuert wird.
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Bei
LCD-Projektoren ist die Einstellung der Helligkeit über den
Mischungsbereich durch Einstellen des Videopegels von begrenztem
Nutzen. Denn die LCD-Anzeigetafeln, die als Lichtventile wirken, sind
nicht in der Lage, das Licht in Reaktion auf ein Schwarzpegelsignal
vollständig
zu blockieren. Zusammen mit der hohen Helligkeit der LCD-Projektoren
bedeutet dies, dass eine "Schwarzpegel"-Anzeige immer noch
hell genug ist, um sichtbar zu sein. Wo sich zwei Kanäle überlappen,
werden zwei Schwarzpegel übereinander
gelegt, so dass die Überlappung
merklich heller wird als die Bereiche mit einer einzigen Anzeige.
Wenn die Anzeigen sowohl horizontal als auch vertikal "gefliest" werden, wird es auch
Bereiche geben, wo vier Schwarzpegel übereinander liegen. Während man
eine akzeptable Mischung erreichen kann, wenn die Helligkeit elektronisch über das
Video gesteuert wird, wenn der Inhalt der Szene hell ist, wird die
Qualität
der Mischung bei Szenen mit geringerer Helligkeit zunehmend schlechter.
Aus diesem Grund sollten vorzugsweise optische Verfahren zum Steuern
der Helligkeit jeder Anzeige über
den Überlappungsbereich
verwendet werden.
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Optische
Verfahren zum Steuern der Helligkeit jeder Anzeige über den Überlappungsbereich haben
ihre Grenzen. Das Grundkonzept des optischen Mischens wird verständlich,
wenn man eine zwischen der Austrittspupille des Projektors und dem Bildschirm
befindliche Maske betrachtet. Diese führt zu einer zunehmenden Verringerung
an Helligkeit bis auf maximal Null über den Mischungsbereich. Der Nullpegel
ist nun ein echtes Schwarz, da hier das Licht durch die Maske vollständig blockiert
wird. Mit diesem Verfahren wird also das Problem des Erreichens
eines guten Schwarzpegels gelöst.
Durch Einstellen des Abstands der Maske von dem Projektor kann auf
dem Bildschirm die erforderliche Mischungsbreite erreicht werden.
Die Maske muss sich nicht unbedingt außerhalb des Projektors befinden. Andere
mögliche
Orte sind gleich hinter oder gleich vor den Flüssigkristallanzeigetafeln.
Auch hier kann die Breite des Helligkeitsprofils auf dem Bildschirm nach
Bedarf eingestellt werden, indem der Abstand der Masken von den
Flüssigkristallanzeigetafeln
eingestellt wird.
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Wenngleich
mit diesem Verfahren das Schwarzpegelproblem gelöst wird, ergibt sich aufgrund
eines Merkmals der LCD-Projektoren
noch ein weiteres Problem. Um hohe Helligkeit zu erzielen, ist es
insbesondere notwendig, Licht aus einem großen Raumwinkel um die Lampe
herum zu sammeln. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, dass
ein parabolischer oder elliptischer Spiegel hinter der Lampe angeordnet
wird, um das Licht auf die Flüssigkristallanzeigetafeln
zu lenken. An sich würde
dies jedoch einen dunkleren Mittelbereich der Anzeige ergeben, da
die Lampe jegliches von dem Mittelbereich des Spiegels reflektierte
Licht blockiert, das normalerweise oh nehin beim Einsetzen der Lampe
abgeschnitten wird. Dies wird normalerweise dadurch gelöst, dass
eine Art Lichtintegrationsoptik zwischen dem Lampenspiegel und den
Flüssigkristallanzeigetafeln eingesetzt
wird. Typischerweise handelt es sich dabei um zwei Platten, die
kleine Linsen enthalten. Jede kleine Linse auf der ersten Platte
verbindet sich mit der entsprechenden kleinen Linse auf der zweiten Platte,
um das Licht über
die gesamte Flüssigkristallanzeige
auszubreiten. Als Gesamtwirkung wird eine recht gleichmäßige Ausleuchtung
der Flüssigkristallanzeige
und damit eine recht gleichmäßige Helligkeit der
auf den Bildschirm projizierten Anzeige erreicht.
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Um
das Licht wirksam in die Projektionslinse einzukoppeln, befindet
sich eine aus einer oder mehreren Feldlinsen bestehende Optik im
Bereich der Flüssigkristallanzeigetafel,
um ein Bild der zweiten Integrationsplatte an der Eintrittspupille
der Projektionslinse zu bilden. Das heißt, dass die Pupille der Projektorlinse
nicht gleichmäßig ausgeleuchtet
wird, sondern vielmehr aus einem Muster heller Flecken besteht,
die den kleinen Linsen des Lichtintegrators entsprechen. Das durch
die Mischmaske erzeugte Helligkeitsprofil fällt daher nicht gleichmäßig vom
Maximum auf Null ab, sondern hat eine wellige Struktur. Das Profil
kann je nach Ausrichtung der Lampe, des Spiegels und der Integrationsplatten
von einem Projektor zum anderen variieren. Wenn also zwei solche Muster übereinander
gelegt werden, um eine Mischung zu bilden, führt dies fast zwangsläufig zu
einer signifikanten Welligkeit der Helligkeit über die Mischung.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine hochwertige optische
Mischung durch die oben beschriebenen Mittel zu erzielen, aber mit
neuen Mitteln zur Überwindung
des Problems, das aus der inhärenten
Ungleichmäßigkeit
der Helligkeit auf der Austrittspupille von Lichtventilprojektoren,
wie zum Bei spiel LCD-Projektoren und verschiedenen anderen Lichtventilprojektoren,
entsteht.
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Demzufolge
stellt die vorliegende Erfindung eine Anzeigevorrichtung bereit,
die mindestens zwei Lichtventilprojektoren aufweist, die jeweils
dazu dienen, eine Anzeige bereitzustellen, Masken und optische Steuermittel,
um über
die Masken die Helligkeit jeder Anzeige auf einem durch die sich überlappenden
Teile der Anzeigen gebildeten Überlappungsbereich
zu steuern, wobei die optischen Steuermittel ein optisches Bauteil
aufweisen, das Licht verbreitet und das auf einer Beleuchtungsseite
einer Lichtventil-Anzeigetafel zwischen der Lichtventil-Anzeigetafel
und einer Beleuchtungsintegrationsoptik in jedem Projektor positioniert
ist.
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Die
EP-A-0786687 offenbart eine Anzeigevorrichtung, die mindestens zwei
Projektoren, Masken und ein optisches Steuermittel aufweist. Das
optische Steuermittel hat jedoch kein optisches Bauteil, das Licht
verbreitet.
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Wie
oben angegeben, befindet sich das optische Bauteil auf der Beleuchtungsseite
der Lichtventil-Anzeigetafel in jedem Projektor. Die genaue Lage ist
nicht entscheidend, und sie kann für verschiedene Projektoren
aufgrund der mechanischen Zugänglichkeit
ausgewählt
werden. So kann das optische Bauteil zum Beispiel angrenzend an
die Lichtventil-Anzeigetafel positioniert sein, zum Beispiel zwischen der
Lichtventil-Anzeigetafel
und einer Feldlinse.
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Die
Anzeigevorrichtung kann eine Vorrichtung sein, bei der das optische
Bauteil ein vergrauter oder geschliffener Glasschirm ist. Alternativ
kann das optische Bauteil ein holographisches lichtverbreitendes
Bauteil sein. Alternativ kann das optische Bauteil ein Mikrolinsenarray
sein. Alternativ kann das optische Bauteil ein Zylinderlinsenarray
sein.
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Falls
gewünscht,
können
auch noch optische Bauteile einer anderen Art verwendet werden.
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Vorzugsweise
sind die Lichtventilprojektoren LCD-Projektoren. Eine Ausführungsform
der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
bekannte Anzeigevorrichtung; und
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2 eine
Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Anhand
von 1 ist eine Anzeigevorrichtung mit zwei LCD-Projektoren 1 und 2 dargestellt, die
jeweils dazu dienen, eine Anzeige bereitzustellen. Der Projektor 2 ist
mit einem optischen Steuermittel dargestellt, das eine Flüssigkristall-Anzeigetafel 3,
eine Feldlinse 4, einen ersten Integrator 5 und einen
zweiten Integrator 6 umfasst. Licht trifft auf den zweiten
Integrator 6 wie durch den Pfeil 7 angedeutet.
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Der
Projektor 2 hat eine Projektionslinsenpupille 8,
und ein Bild 9 des zweiten Integrators 6 erscheint
in der Pupille 8.
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Wie
dargestellt, ist der Projektor 1 ähnlich konstruiert wie der
Projektor 2. Masken 10, 11 werden in
der dargestellten Weise verwendet, um eine Anzeige auf einem Bildschirm 12 bereitzustellen.
In 1 ist schematisch dargestellt, wie die in 1 dargestellte
Anzeigevorrichtung zu einer schlechten optischen Mischung mit einer
Welligkeit in der Mischung der Bilder aus den Projektoren 1 und 2 führt.
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Anhand
von 2 ist nun eine ähnliche Anzeigevorrichtung
wie die in 1 gezeigte dargestellt. Ähnliche
Teile wurden zum leichteren Vergleich und zum besseren Verständnis mit
denselben Bezugszeichen versehen. In 2 hat der
Projek tor 2 das in 1 dargestellte
optische Steuermittel, doch weist das optische Steuermittel außerdem ein
optisches Bauteil 13 auf. Das optische Bauteil 13 verbreitet
oder streut zum Beispiel das Licht. Das optische Bauteil 13 ist
auf der Beleuchtungsseite der Flüssigkristall-Anzeigetafel 3 positioniert.
Insbesondere ist das optische Bauteil 13 angrenzend an
die Flüssigkristallanzeigetafel 3 positioniert.
Noch spezieller ist das optische Bauteil 13 zwischen der
Flüssigkristallanzeigetafel 3 und
der Feldlinse 4 positioniert. Gemäß 2 ist der
Projektor 1 ähnlich
konstruiert. Die Pupille 8 wird im Wesentlichen gleichmäßig ausgeleuchtet,
und es befindet sich kein Bild 9 in der Pupille 8.
Gemäß 2 wird
also eine glatte optische Mischung erzielt.
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Wenn
der Projektor 2 getrennte Flüssigkristallanzeigetafeln 3 für die Farben
Rot, Grün
und Blau hat, dann wird gemäß 2 ein
optisches Bauteil 13 hinter jeder getrennten Flüssigkristallanzeigetafel
bereitgestellt.
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Im
Betrieb der in 2 dargestellten Anzeigevorrichtung
verursacht das optische Bauteil 13 ein Verschwimmen des
in der Projektionslinsenpupille 8 gebildeten Bildes des
zweiten Integrators 6. Der zweite Integrator 6 ist
in Form einer Platte dargestellt. Im Vergleich zu dem in 1 dargestellten
Anzeigesystem ergibt das in 2 dargestellte
Anzeigesystem durch Verwendung des optischen Bauteils 13 eine
gleichmäßigere Verteilung über die
Pupille 8. Diese gleichmäßigere Verteilung über die
Pupille 8 ergibt in Verbindung mit der Mischmaske 11 einen glatteren Übergang
von maximaler Helligkeit bis null Helligkeit. Wenn zwei solche Profile
von den Projektoren 1 und 2 übereinander gelegt werden,
ist die kombinierte Helligkeit über
den Mischungsbereich im Wesentlichen gleichmäßig, was eine unauffällige Mischung
ergibt.
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Die
Qualität
der Mischung wird über
den gesamten Helligkeitsbereich der Projektoren 1 und 2 aufrechterhalten.
Das optische Bauteil 13 führt nicht zum Verschwimmen
des projizierten Bildes der Flüssigkristallanzeige,
da sich das optische Bauteil 13 vor der Flüssigkristallanzeigetafel 3 befindet.
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Die
Verwendung des optischen Bauteils 13 kann zu einem gewissen
Verlust an Anzeigehelligkeit führen,
da der Verteilungsvorgang dazu führen
kann, dass etwas Licht die Linsenpupille 8 verfehlt. In
der Praxis kann der Grad der Verteilung für einen speziellen Projektor
optimiert werden, um eine hochwertige Mischung zu ergeben, während gleichzeitig
die Menge des die Pupille 8 verfehlenden Lichts gering gehalten
wird.
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In
seiner einfachsten Form kann das optische Bauteil 13 ein
vergrauter oder geschliffener Glasschirm sein. Es können optische
Bauteile benutzt werden, die ein veränderliches Maß an Streuung
ergeben, so dass ein Optimum verwendet werden kann. Ein Nachteil
der Verwendung des optischen Bauteils 13 besteht darin,
dass es einen zusätzlichen
Lichtverlust gibt, da eine signifikante Menge an Licht nach hinten
gestreut wird. Der Wirkungsgrad kann verbessert werden, indem holographische Diffusoren
verwendet werden, die einen großen
Teil des einfallenden Lichts über
einen gegebenen Kegelwinkel nach vorn verteilen. Optische Bauteile
mit verschiedenen Kegelwinkeln können
ausprobiert werden, um einen optimalen Wert für einen speziell verwendeten
Projektor zu erhalten. Falls gewünscht, können optische
Bauteile verwendet werden, die den Lichtstrahl in eine elliptische
Form ausbreiten, was von Nutzen sein kann, wenn eine Mischung nur
in einer Ebene erforderlich ist, wie zum Beispiel bei einem System,
das durch eine einzige Reihe oder Spalte von Anzeigen gebildet wird.
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Es
versteht sich, dass die oben anhand der beigefügten Zeichnungen beschriebene
Ausführungsform
der Erfindung lediglich als Beispiel genannt wurde und dass Modifikationen
möglich
sind. So kann zum Beispiel ein hoher Wirkungsgrad bei der Anzeigevorrichtung
erzielt werden, indem ein optisches Bauteil 13 in Form
eines Mikrolinsenarray verwendet wird, wo der Betrag der Lichtstreuung durch
die Blendenzahl der Linsen in dem Mikrolinsenarray bestimmt wird.
Bei Verwendung des Mikrolinsenarray ist eine Moiréstreifenbildung
infolge einer Interferenz zwischen dem Mikrolinsenarray und der Pixelstruktur
der Flüssigkristallanzeige
sorgfältig
zu vermeiden. Wo eine Mischung nur in einer Dimension erforderlich
ist, kann ein Zylinderlinsenarray verwendet werden.