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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Bildprojektor, der eine Lichtquelle, eine Farbtrenneinrichtung,
einen Lichtmodulator und einen Polarisator aufweist, der zwischen
der Farbtrenneinrichtung und dem Lichtmodulator angeordnet ist.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes auf eine Anzeigeoberfläche, wobei
das Verfahren die Schritte aufweist: Ausrichten eines Lichtstrahls
entlang eines Beleuchtungswegs; Trennen des Strahls in eine Vielzahl
verschiedenfarbiger Strahlen; Polarisieren jedes Strahls der farbigen
Strahlen; Modulieren der Polaritäten
ausgewählter
Teile jedes Strahls der farbigen Strahlen; Analysieren der modulierten farbigen
Strahlen; und Rekombinieren der analysierten farbigen Strahlen.
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Ein solcher Bildprojektor und ein
solches Verfahren sind aus dem Dokument
EP 0 786 910 A2 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Bildprojektoren und insbesondere Systeme zum Trennen von
Licht in Komponenten von Farben und zum Rekombinieren dieser Farben.
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1 stellt
einen herkömmlichen
Projektor 100 zum Projizieren eines Bildes dar, das z.
B. von einem Computer oder durch ein Fernsehsignal erzeugt wird.
Der Projektor 100 umfasst einen Beleuchtungsweg 110,
einen durchlässigen
räumlichen
Lichtmodulator (SLM) 120 und einen Projektionsweg 130.
Diese Elemente wirken zusammen, um ein Bild auf eine Oberfläche 140 zu
projizieren. Im Betrieb leuchtet eine Lichtquelle 112 einen
Beleuchtungsstrahl 114 (dargestellt als gestrichelte Linie)
durch eine Kollimatoroptik 116 und einen Polarisator 118 im
Beleuchtungsweg 110, um auf einen SLM 120 aufzutreffen.
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Der SLM 120 wird durch ein
Bildsignal gesteuert und moduliert die Polarität von Licht im polarisierten
Strahl entsprechend individuellen Bildpixeln. Der modulierte Strahl
durchläuft
dann einen Analysator 132, ein Polarisationsfilter, das
orientiert ist, um nur Licht einer ausgewählten Polarität durchzulassen.
Der SLM 120 errichtet die Intensität individueller Pixel durch
ein Modulieren der Lichtpolarität
entsprechend jedem Pixel. Der SLM 120 repräsentiert
ein helles Pixel, indem die Polarität des Lichts, das dieses Pixel
repräsentiert,
moduliert wird, um es dem Analysator 132 zu ermöglichen,
dieses Licht durchzulassen. Der SLM 120 repräsentiert
ein dunkles Pixel, indem die Polarität des Lichts, das dieses Pixel repräsentiert,
moduliert wird, um es dem Analysator 132 zu ermöglichen,
dieses Licht zu blocken. Zwischengrade der Polaritätsmodulation
bieten Helligkeitszwischenniveaus. Der analysierte Strahl läuft dann
durch eine Projektionsoptik 134 zu einer Oberfläche 140.
Der Projektor 100 projiziert somit ein spezifiziertes Bild
unter Verwendung des SLM 120 auf die Oberfläche 140 (z.
B. eine Wand).
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Der Projektor 100 leidet
unter einem merklichen Lichtverlust auf Grund der Präsenz einer
Treiberelektronik (nicht gezeigt), die notwendigerweise bei jedem
Pixelelement des SLM 120 lokalisiert ist. Um diese Schwäche wurde
sich unter Verwendung von Reflexions-SLMs gekümmert, bei denen die Treiberelektronik
auf beiden Seiten des Lichtventils gruppiert ist. Ein herkömmlicher
Reflexions-SLM-Projektor 200 ist in 2 dargestellt.
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Der Projektor 200 der 2 umfasst einen Beleuchtungsweg 210,
einen Reflexions-SLM 220 und einen Projektionsweg 230.
Eine Lichtquelle 212 leuchtet einen Beleuchtungsstrahl 214 (der
als gestrichelte Linie dargestellt ist) durch eine Kollimatoroptik 216 in
einen polarisierenden Strahlteiler 218. Der Strahlteiler 218 polarisiert
den Beleuchtungsstrahl 214 und reflektiert den polarisierten
Strahl auf einen SLM 220. Der SLM 220 moduliert
und reflektiert dann den polarisierten Strahl zurück durch
den Strahlteiler 218, was den reflektierten Strahl unter
Verwendung der gleichen Schnittstelle analysiert, die anfänglich den
Beleuchtungsstrahl 214 polarisiert hat. Der analysierte
Strahl läuft
dann durch eine Projektionsoptik 234 zu einer Oberfläche 240.
Der Projektor 200 projiziert somit ein spezifiziertes Bild
unter Verwendung des SLM 220 auf die Oberfläche 240 (z.
B. eine Wand).
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Unter Verwendung des Strahlteilers 218 sowohl
als Polarisator als auch als Analysator ermöglicht es nicht, den Polarisator
und Analysator optimal zu platzieren, sondern erfordert statt dessen
einen Kompromiss. Zusätzlich
ist der Strahlteiler 218 relativ dick und muss sowohl als
Polarisator als auch als Strahlteiler wirken, was in einer relativ
teuren Komponente resultiert.
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Das Dokument
EP 0 782 910 A2 , wie oben erwähnt, offenbart
einen Flüssigkristallprojektor,
der leichtgewichtig und billig ist und fähig ist, eine Verschlechterung
einer projizierten Bildqualität
zu reduzieren. Eine Komponente in dem optischen System des Projektors,
die höchst
wichtig angesichts der Bildqualitätverschlechterung ist, die
durch Aberration und eine Deformierung der Reflexionsebene hervorgerufen
wird, ist eine farbsynthetisierende Komponente, die sich am nächsten zur
Projektionslinse zum Synthetisieren der drei primären Farben
befindet. Ein dichroitisches Prisma wird als farbsynthetisierende Komponente
verwendet, um die Verschlechterung der Bildqualität zu reduzieren,
und eine weitere farbsynthetisierende Komponente wird mit dichroitischen Spiegeln
und einem Reflexionsspiegel gebildet, die leichtgewichtig und billig
sind. Eine Farblichtkomponente, die einer geringeren Eigenschaft
zwischen Reflexions- und Transmissionseigenschaften der leichtgewichtigen
und billigen Komponenten unterworfen ist, die sich in einer Kompromiss-Beziehung befinden,
ist eine Lichtkomponente blauer Farbe, deren Sichtbarkeit für menschliche
Augen die geringste unter anderen ist, so dass menschliche Augen
relativ unempfindlich auf die Verschlechterung der projizierten
Bildqualität
sind.
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Des Weiteren offenbart ein Dokument
EP 0 602 732 A2 ein
optisches System mit einer Astigmatismuskompensation, einschließlich Kompensationsplatten
zum Eliminieren eines Astigmatismus und einer komaoptischen Aberration
in optischen Systemen. Insbesondere werden solche Platten in LCD-Projektionssystemen
verwendet, um Aberrationen in verschiedenen Farbkanälen zu kompensieren, um
einen Astigmatismus und/oder eine Koma bzw. einen Asymmetriefehler
zu reduzieren.
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Angesichts des oben genannten Stands
der Technik besteht ein Bedürfnis
nach einem Bildprojektor und einem Verfahren zum Projizieren eines
Bilds auf eine Anzeigeoberfläche,
das einen Lichtverlust und eine Bildstörung reduziert und die Verwendung günstiger
dünner
Schichtpolarisatoren als polarisierendes Element ermöglicht.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch
den Bildprojektor der eingangs erwähnten Art gelöst, wobei
der Lichtmodulator ein Reflexionslichtmodulator ist, der angeordnet
ist, um Licht vom Polarisator entlang einer ersten Richtung zu empfangen
und eine Reflexionsoberfläche
umfasst, die angeordnet ist, um das Licht, das durch den Lichtmodulator
läuft,
zurück zum
Lichtmodulator entlang einer zweiten Richtung zu reflektieren, die
nicht parallel zur ersten Richtung ist.
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Die oben genannte Aufgabe wird des
Weiteren durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zum Projizieren eines
Bilds auf eine Anzeigeoberfläche
gelöst,
wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt eines, bevor die analysierten
farbigen Strahlen rekombiniert werden, Reflektierens der modulierten
farbigen Strahlen entlang eines Projektionswegs aufweist, der nicht
parallel zum Beleuchtungsweg ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein ein Farbtrenn- und Rekombinationssystem, das einen Lichtverlust
und eine Bildverzerrung reduziert. Ein Farbtrenn- und Rekombinationssystem
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Paar dichroitischer Filter, die einen
Strahl weißen Lichts
in ein blaues, ein grünes
und ein rotes Lichtbündel
trennen. Das System umfasst auch ein Paar aus Aberrations-kompensierenden
Ele menten (z. B. rückwärtige Oberflächenspiegel
(„back
surface mirrors")
einer vorbestimmten Stärke),
die die optische Stärke
des Glases entzerren bzw. ausgleichen, durch das jedes Lichtbündel läuft. Als
eine Folge der Entzerrung der optischen Stärken ist die Aberration, die jedes
Bündel
erleidet, ungefähr
gleich. Dies reduziert auf vorteilhafte Weise eine Bildverzerrung
und ermöglicht
es den Lichtbündeln,
rekombiniert und anschließend
als eine Gruppe korrigiert zu werden. Verglichen mit einem individuellen
Korrigieren der Aberrationen jedes Lichtbündels ist eine kollektive Korrektur
relativ leicht und günstig.
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Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst
einen Polarisator, der weißes
Licht zu einer Polarität
des Typs P vor einer Trennung in farbige Lichtbündel polarisiert. Die farbigen
Lichtbündel
werden dann unter Verwendung eines Reflexions-SLM moduliert, der
wahlweise die Polarisation der verschiedenfarbigen Lichtbündel ändern kann.
Jedes Bündel der
modulierten Bündel
wird dann an einen jeweiligen Analysator reflektiert, der lediglich
Licht einer Polarisation des Typs S durchlässt. In diesem Fall sind die Analysatoren
Polarisatoren, aber ein Fachmann wird verstehen, dass der Begriff
Analysator jede Einrichtung umfasst, die die Modulation eines Strahls
durch einen SLM erfassen kann. Drei Lambda-Halbe-Plättchen,
wobei eines zwischen jedem s-durchlässigen Polarisator und den
gekreuzten dichroitischen Filtern vorgesehen ist, stellen sicher,
dass die auf die gekreuzten dichroitischen Filter einfallenden modulierten
Bündel
die gleiche Polarität
aufweisen, wie das polarisierte weiße Licht, das durch die gekreuzten
dichroitischen Filter getrennt ist.
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Diese und andere Merkmale, Aspekte
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die
folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und begleitenden Figuren
besser verständlich
werden, wobei:
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1 einen
herkömmlichen
Projektor 100 darstellt, der einen Beleuchtungsweg 110,
einen durchlässigen
räumlichen
Lichtmodulator 120 und einen Projektionsweg 130 umfasst,
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2 einen
herkömmlichen
Reflexions-SLM-Projektor 200 darstellt,
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3 einen
außeraxialen
Projektor 300 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, und
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4 eine
Draufsicht auf einen außeraxialen
Projektor 300 der 3 ist.
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3 stellt
einen außeraxialen
Projektor 300 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Ein Projektor 300 umfasst
eine Lampe 310, die weißes Licht entlang eines Beleuchtungswegs
(gestrichelte Linie) durch eine Blende 312, eine Kondensorlinse 314 und
einen Polarisator 316 leuchtet. Der Polarisator 316 ist
so angeordnet, dass P-polarisiertes Licht im Beleuchtungsweg auf
einen Reflexions-SLM 318 trifft.
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Der SLM 318 reflektiert
Licht vom Beleuchtungsweg entlang eines Projektionswegs (durchgezogene
Linien). Der Projektionsweg umfasst einen Analysator 320,
ein Lambda-Halbe-Plättchen 322 und
eine Projektionsoptik 334. Der Projektionsweg endet bei einer
ausgewählten
Oberfläche 340,
wie z. B. einer Wand oder einem Ansichtsschirm, auf der bzw. dem
ein auf herkömmliche
weise durch den SLM 318 ausgewähltes Bild präsentiert
wird.
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Der SLM 318 ändert wahlweise
die Polarität des
P-polarisierten Lichts vom Polarisator 316 in Reaktion
auf ein Bildsignal. Bei einer Ausführungsform ist der SLM 318 ein μLCD (Mikroflüssigkristallanzeige)
die von sVision, Inc., Santa Clara, CA als Teil der Nr. 0400005
hergestellt wird. In einem „normalen Schwarz"-Betriebsmodus reflektiert
der SLM 318 das P-polarisierte Licht ohne Änderung
der Polarisation, um dunkle Pixel darzustellen, und rotiert die
Polarisation von einer P-Polarisation
zu einer S-Polarisation, um helle Pixel darzustellen. Unterschiedliche
Rotationsgrade werden verwendet, um Zwischenschattierungen darzustellen;
je größer die
S-polarisierte Komponente des reflektierten Lichts, desto heller
das Pixel.
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Für
veranschaulichende Zwecke betrachte man ein „dunkles" Pixel in dem vorhergehenden normalen
Schwarz-Modus-Beispiel. Der SLM 318 rotiert die Polarisation
des (verzögerten)
Teils des Ppolarisierten Lichtbündels
nicht, das dem Pixel zugeordnet ist. Folglich ist das entlang des
Projektionswegs von diesem Pixel reflektierte Licht ebenfalls P-polarisiert. Dieses
reflektierte Licht wird durch den Analysator 320 geblockt,
der orientiert ist, um lediglich S-polarisiertes Licht durchzulassen.
Somit bildet der Projektor 300 ein dunkles Pixel ab, wenn
es nur eine kleine oder gar keine Verzögerung des einfallenden Strahls gibt.
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Der Projektor 300 projiziert
ein dunkles Pixel, indem dem SLM 318 signalisiert wird,
die Polarisation des P-polarisierten einfallenden Lichts zu drehen,
so dass der SLM 318 S-polarisiertes Licht entlang des Projektionswegs
reflektiert. Dieses S-polarisierte Licht durchläuft den Analysator 320,
um auf die Oberfläche 340 zu
treffen. Bei Ausführungsformen,
die das Lambda-Halbe-Plättchen 322 umfassen,
wird das S-polarisierte Licht durch das Lambda-Halbe-Plättchen zur
P-Polarisation gedreht. Der Zweck des Lambda-Halbe-Plättchens 322 wird
nachfolgend in Verbindung mit 4 erläutert.
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Die Lampe 310 ist z. B.
eine CermaxTM 500 Watt Xenonlampe, die von ILC aus Sunnyvale, Kalifornien
erhältlich
ist. Die Blende 312 ist eine herkömmliche Eingangsblende mit
einem Flächenbzw. Streckenverhältnis („aspect
ratio"), das auf
das Flächenbzw.
Streckenverhältnis
des SLM 318 abgestimmt ist. Bei einer Ausführungsform
sind die Flächen-
bzw. Streckenverhältnisse
des SLM 318 und der Blende 312 jeweils 4 : 3.
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Die Kondensorlinse 314 ist
eine herkömmliche
Linse oder ein System aus Linsen, die angepasst sind, um Licht von
der Blende 312 durch den Polarisator 316 zur Oberfläche des
SLM 318 zu übertragen.
Das Verstärkungsniveau
der Kondensorlinse 314 ist so gewählt, dass die Blende 312 auf
ungefähr die
gleiche Größe wie der
SLM 318 verstärkt
wird. Bei einer Ausführungsform
wird die Verstärkung
der Kondensorlinse 314 gewählt, um die Blende 312 auf eine
Fläche
zu vergrößern, die
leicht größer als
die Vorderseite des SLM 318 ist, um lockere Toleranzen zu
ermöglichen.
Die optischen Spezifikationen für
die Kondensorlinse 314 werden abhängig von der besonderen Anwendung
variieren; die Entwurfsspezifikation für eine besondere Anwendung
ist für
einen Fachmann leicht erhältlich.
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Licht von der Kondensorlinse 314 läuft durch den
Polarisator 316 hindurch, bevor es auf den SLM 318 auftrifft.
Der Polarisator 316 und der Analysator 322 sind
bei einer Ausführungsform
aus HN42HE-Polarisationsmaterial gebildet, das über die Polaroid Corporation
erhältlich
ist. Ein akzeptables Beispiel eines Lambda-Halbe-Plättchens 322 ist
von der Meadowlark Optics aus Longmont, Colorado erhältlich.
Selbstverständlich
könnten
andere Polarisatoren, Analysatoren und Lambda-Halbe-Plättchen verwendet
werden, wie es dem Fachmann klar sein wird, und der Begriff „Analysator" wird in seinem breitesten
Sinne als jedes Gerät
umfassend verstanden, das die Modulation eines Strahls durch einen
SLM erfassen oder filtern kann.
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Wie in 3 dargestellt
sind der Analysator 320 und der Polarisator 316 parallel
zueinander und gegenüber
dem SLM 318 angeordnet. Der Beleuchtungsweg und der Projektionsweg
sind gegenüber
einer imaginären
Linie, die zur Vorderseite des SLM 318 normal orientiert
ist, mit Winkeln angeordnet. Bei einer Ausführungsform bilden die optischen
Achsen des Beleuchtungswegs und des Projektionswegs eine Ebene mit
der Normalen (das heißt,
in der Zeichenebene der 3).
Der Winkel, der durch die Oberflächennormale
und jede optische Achse gebildet wird, beträgt 12°. Somit beträgt der Gesamtwinkel, der das
Beleuchtungslichtbündel
und das Projektionslichtbündel
trennt, 24°.
Dies ist in der 3 dargestellt,
in der der Beleuchtungsweg und der Projektionsweg als mit ungefähr gleichen
Winkeln auf den SLM 318 auftreffend und vom SLM 318 reflektiert
gezeigt sind, und wobei der Beleuchtungsweg und der Projektionsweg
in der gleichen Ebene wie die Seite mit einer imaginären Linie
liegen, die normal zur Vorderseite des SLM 318 ist. Der
12°-Winkel wurde gewählt, um
dem Lambda-Halbe-Plättchen 320 ausrei chend
Raum zu gewähren
und um die Beleuchtungslichtbündel
von den Projektionslichtbündeln
zu trennen, so dass die zwei getrennt polarisiert und analysiert
werden können.
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4 ist
eine Draufsicht auf den außeraxialen
Projektor 300 der 3.
Jedoch stellt die 4, wo
die 3 einen einzelnen
SLM 318 darstellt, den SLM 318 als einen Satz
aus SLMs 318B, 318G und 318R dar. Für die Zwecke
der vorliegenden Anmeldung geben numerische Bezeichnungen, die mit
den Buchstaben B, G und R enden, die primären Farben Blau, Grün bzw. Rot
an. Es ist klar, dass Blau, Grün und
Rot veranschaulichend gemeint sind; andere Farben könnten kombiniert
werden, um Bilder zu bilden, wie es für einen Fachmann leicht verständlich sein
wird.
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Die rückwärtige Brennweite des Projektors 300 (das
heißt,
die Entfernung zwischen einer Projektionslinse 324 und
jedem SLM) ist für
jedes farbige Lichtbündel
identisch. Die physische Größe der gekreuzten
dichroitischen Filter 415R und 415B und das Bedürfnis, den
Beleuchtungsstrahl und den Projektionsstrahl zur getrennten Polarisation
und Verzögerung
zu trennen, erfordert, dass die rückwärtige Brennweite des Projektors 300 relativ
zur effektiven Brennweite der Projektionslinse 324 groß ist.
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Die Lampe 310 und Blende 312 sind
die gleichen, wie in Verbindung mit 3 beschrieben.
Ein Spiegel 410 ist positioniert, um es zu ermöglichen, die
Lampe 310 und die Blende 312 vom Beleuchtungsweg
zu versetzen. Ein Spiegel 410, ein herkömmlicher Kaltlichtspiegel („cold mirror"), reflektiert sichtbares
Licht und lässt
infrarote (IR) und ultraviolette (UV)Strahlen durch, so dass IR-
und UV-Licht aus dem System heraus gelenkt wird. Dies reduziert vorteilhafterweise
die Menge der thermischen Energie, die auf die restlichen optischen
Komponenten einfällt.
Ein solcher Kaltlichtspiegel ist z. B. von Melles Griot aus Irvine,
Kalifornien als Teil Nr. PN 03 MCS 007 erhältlich.
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Das sichtbare Licht läuft vom
Spiegel 410 durch die Kondensorlinse 314 und wird
dann in blaue, grüne
und rote Komponenten oder Lichtbündel
durch gekreuzte dichroitische Filter 415B und 415R getrennt.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die Farbkomponenten nicht monochromatisch
sein müssen
und dass jedes farbige Lichtbündel
Licht verschiedener Wellenlängen
beinhaltet. Die dichroitischen Filter 415B und 415R reflektieren
blaues bzw. rotes Licht und ermöglichen
es den übrigen
Farben, zu passieren. Somit läuft
die blaue Komponente des sichtbaren Lichts vom Spiegel 410 durch
den dichroitischen Filter 415R und wird vom dichroitischen
Filter 415B in eine Blaukanaloptik 420B reflektiert.
Auf ähnliche
Weise läuft
die rote Komponente des sichtbaren Lichts vom Spiegel 410 durch
den dichroitischen Filter 415B und wird vom dichroitischen
Filter 415R in eine Rotkanaloptik 420R reflektiert.
Die restliche (grüne)
Komponente des sichtbaren Lichts läuft vom Spiegel 410 sowohl
durch das dichroitische Filter 415R als auch 415B in
eine Grünkanaloptik 420G.
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Zusätzlich zum Trennen des Beleuchtungsstrahls
in blaue, grüne
und rote Bündel
rekombinieren die dichroitischen Filter 415B und 415R die
blauen, grünen
und roten Bündel,
nachdem sie in den jeweiligen Blau-, Grün- und Rotkanaloptiken 420B, 420G bzw.
420R individuell moduliert sind. (Dieser Aspekt der Erfindung wird
nachfolgend detailliert erläutert).
Somit werden die Kombination der dichroitischen Filter und die Optik
für die
drei Bündel
insgesamt als ein Trenn- und Rekombinationssystem 450 bezeichnet.
Bei anderen Ausführungsformen
könnte eine ähnliche
Konfiguration lediglich zum Trennen oder lediglich zum Rekombinieren
verwendet werden.
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Bei einer Ausführungsform reflektiert das
dichroitische Filter 415B Wellenlängen von 400 bis 500 nm, und
das dichroitische Filter 415R reflektiert Wellenlängen von
600 bis 690 nm. Die grüne
Komponente liegt somit im 500 bis 600 nm-Band zwischen den Bandbreiten
der Filter 415B und 415R. Die dichroitischen Filter 415B und 415R sind
drei Millimeter dick bzw. stark und bestehen aus BK7-Glas. Selbstverständlich könnten andere
Dicken bzw. Stärken
und andere Materialien (z. B. Quarzglas) verwendet werden, wie es
einem Fachmann leicht verständlich
sein wird. Eine Ausführungsform
verwendet Filter, die von OCA Applied Optics aus Garden Grove, Kalifornien hergestellt
werden, und könnten
unter Verwendung von Beschichtungen hergestellt werden, die von OCA
Applied Optics unter der Marke Microplasma hergestellt werden.
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Das blaue Bündel, das von der Blaukanaloptik 420B empfangen
wird, läuft
unter dem Lambda-Halbe-Plättchen 322B (s. 3) und durch den Polarisator 316B.
Der Polarisator 316B und der Analysator 320B sind
als ein Element 316B/320B in der 4 dargestellt, da, wie in 3 gezeigt, der Polarisator 316 sich
direkt über
dem Analysator 320 befindet. Das P-polarisierte blaue Licht
wird von einer Rückseite
eines Faltspiegels („folding
mirror") 444B auf
den SLM 318B reflektiert, wenn es durch den Polarisator 316B hindurch
ist.
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Der Spiegel 444B umfasst
ein 1,5-Millimeter-Glassubstrat mit einer Rückseite, die mit einem Reflexionsmaterial,
wie z. B. Aluminium, beschichtet ist. Der Spiegel 444B ist
mit 45° relativ
zum einfallenden blauen Bündel
vom dichroitischen Filter 415B angeordnet.
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In der Ausführungsform der 4 wird die Stärke des Spiegels 444B halb
so stark wie die Stärke
des dichroitischen Filters 415B gewählt. Dies ruft vorteilhafterweise
Aberrationen hervor, wie z. B. einen Astigmatismus und eine Koma,
die fast gleich zu Aberrationen sind, die durch das dichroitische
Filter 415B im grünen
Bündel
hervorgerufen werden, das durch beide dichroitischen Filter 415R und 415B läuft. Der
Spiegel 444B ist halb so stark wie der dichroitische Spiegel 415B,
da von der Rückseite
des Spiegels 444B zurückreflektiertes
Licht die Dicke des Spiegels 444B zweimal durchläuft. Somit
ist der Gesamtbetrag des durchlaufenen Glases für Licht, das durch den dichroitischen
Filter 415B läuft,
der gleiche wie für
Licht, das vom Spiegel 444B reflektiert wird. Folglich
ist die gesamte Dicke des Glases, durch das das blaue Lichtbündel läuft, die
gleiche wie die Gesamtdicke, durch die das grüne Lichtbündel läuft. Diese Äquivalenz ist wichtig, da sie
es ermöglicht,
die Aberrationen, die in den grünen
und blauen Lichtbündeln
eingeführt
sind, zu korrigieren, nachdem sie rekombiniert sind. Ohne die korrigierende
Wirkung des Spiegels 444B würde jedes der blauen und grünen Lichtbündel eine
unabhängige
Korrektur erfordern, was schwierig zu erreichen ist.
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Der Spiegel 444B besteht
bei der Ausführungsform,
bei der das dichroitische Filter 415B aus drei Millimeter
BK7-Glas besteht, aus 1,5-Millimeter-BK7-Glas. Des Weiteren könnte das
dichroiti sche Filter 415B sowie der Spiegel 444B auch
mit einem anderen Winkel angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein
Anordnen des Spiegels 444B mit einem flacheren Winkel (das
heißt,
wo der Einfallswinkel relativ zur Oberflächennormalen des Spiegels 444B weniger als
45° beträgt, die
Polarisationseffekte verringern. Jedoch minimiert der dargestellte
45°-Winkel
vorteilhafterweise einige Verzerrungstypen und vereinfacht ein Unterbringen.
Der Spiegel 444B ist vorzugsweise für ein hohes Reflexionsvermögen blauen
Lichts in der interessierenden Bandbreite optimiert.
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Eine Aberration kann unter Verwendung
von anderen Elementen als Faltspiegeln angepasst werden. Zum Beispiel
könnte
ein einfaches Glaselement der gleichen Dicke wie das dichroitische
Filter 415B senkrecht zu dem Weg des blauen Lichtbündels zwischen
das dichroitische Filter 415B und dem SLM 316B platziert
werden. Der Spiegel 444B könnte dann entfernt oder mit
einem Frontflächen-Reflexionsspiegel
ersetzt werden. Der Spiegel 444B und andere Elemente, die
eine ähnliche
Aberrationskompensation vorsehen, werden insgesamt als Aberrationskompensationselemente
bezeichnet.
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Die Dicke bzw. Stärke des Spiegels 444B und
des dichroitischen Filters 415B und das Stärkeverhältnis zwischen
den beiden könnte
wie erforderlich geändert
werden, um eine durch die farbigen Lichtbündel hervorgerufene Aberration
zu entzerren. Dies könnte
notwendig sein, falls der für
den Spiegel 444B verwendete Glastyp unterschiedlich zu
dem für die
dichroitischen Filter verwendeten ist oder falls das ausgewählte Aberrationskompensationselement
mit anderen Winkeln positioniert wird. Die geeignete Stärke und
der geeignete Winkel des Spiegels 444B oder anderer Aberrationskompensationselemente hängt von
der durch das Element hervorgerufenen Aberration ab. Der wichtige
Punkt ist, dass die Aberration, die in jedem Farbkanal hervorgerufen
wird, gleich sein sollte. Der Begriff „optische Stärke" bedeutet, eine bestimmte
Stärke
entlang eines optischen Pfads zu fördern, der eine ausgewählte Aberration
hervorruft. Somit umfasst ein Anpassen der optischen Stärken zweier
Elemente ein Auswählen
geeigneter Winkel und Materialien, um die Aberration, die durch
die Elemente hervorgerufen wird, zu entzerren.
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Jedem der SLMs 318B, 318G und 318R geht eine
Frontlinse (nicht gezeigt) voraus, die herkömmlicherweise die optische
Achse des farbigen Lichtbündels
wieder richtet, so dass das Bündel
durch die Eintrittspupille der Projektionslinse 324 läuft. Die SLMs 318B, 318G und 318R modulieren
unabhängig die
blauen, grünen
und roten Bündel
des Beleuchtungsstrahls, um das gewünschte projizierte Bild zu erzeugen.
Die modulierten Strahlen, die von den SLMs reflektiert werden, werden
dann auf die gleiche Weise rekombiniert, wie sie getrennt werden.
Zum Beispiel reflektiert der Spiegel 444B das modulierte blaue
Licht vom SLM 318B zum Analysator 320B. Wie im
Zusammenhang mit der 3 erläutert, blockt
der Analysator 320B das P-polarisierte Licht und lässt das
S-polarisierte Licht zum Lambda-Halbe-Plättchen 322B durch.
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Die SLMs 318B, 318G und 318R sind
bei einer Ausführungsform
monolithische Reflexions-LCDs (Flüssigkristallanzeigen). Andere
SLMs könnten
ebenfalls verwendet werden, einschließlich einer Korrekturplatte
(„correction
plate"), die reflektierend
und durchlässig
ist, und eines DLPs, wie es einem Fachmann klar sein wird. Der SLM-Projektor 300 wäre anders
für die
SLMs konfiguriert, die Licht ohne Beeinflussung der Polarität modulie ren.
Jedoch könnte
ein solcher Projektor noch immer Nutzen aus den verschiedenen Aspekten
des hier beschriebenen Projektors ziehen.
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Das Lambda-Halbe-Plättchen 322B ändert die
Polarisation des modulierten blauen Lichts von der S-Polarisation
zur P-Polarisation, bevor das modulierte blaue Licht auf das dichroitische
Filter 415B trifft. Dies ist wichtig, da die Bandbreite
des dichroitischen Filters 415B leicht anders für P-polarisiertes Licht
als für
S-polarisiertes Licht ist. Es ist auch wichtig, dass der Beleuchtungsstrahl
und das reflektierte Bündel
das Filter 415B mit dem gleichen Einfallswinkel treffen.
In der Ausführungsform
der 4 treffen z. B.
der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte blaue Bündel beide
das Filter 415B mit dem gleichen Winkel, aber in entgegengesetzten
Richtungen. Das Lambda-Halbe-Plättchen 322B ist
vorzugsweise für das
blaue Lichtbündel
farbkorrigiert. (Lambda-Halbe-Plättchen 322G und 322R sind
auf ähnliche
Weise für
die jeweiligen interessierenden Farben farbkorrigiert.) Ein Vorsehen
der gleichen Polarisation und des gleichen Einfallswinkels sowohl
für den
Beleuchtungsstrahl als auch die zurückkommenden Lichtbündel stellt
sicher, dass die Bündel
bei der gleichen Wellenlänge
rekombiniert werden, bei denen sie getrennt wurden.
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Die Rotkanaloptik 420R arbeitet,
wie oben in Verbindung mit der Blaukanaloptik 420B beschrieben.
Eine Erläuterung
der Rotkanaloptik 420R wird deshalb aus Gründen der
Kürze weggelassen.
Die Grünkanaloptik 420G ist ähnlich zur
Blau- und Rotkanaloptik 420B und 420B, aber umfasst
keinen Spiegel. Das grüne
Lichtbündel
läuft durch
die gleiche Glasmenge und beinhaltet deshalb einen ähnlichen Aberrationsgrad
wie das blaue Bündel
und das rote Bündel.
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Wie in 4 gezeigt
kombinieren die gekreuzten dichroitischen Filter 415R und 415B die
modulierten blauen, grünen
und roten Lichtbündel.
Die kombinierten Bündel
werden dann über
den Spiegel 410 (s. 3)
und durch eine Projektionsoptik 334 übertragen. Die Projektionsoptik 334 kann
auf herkömmliche
Weise gestaltet sein, um ähnliche
Aberrationen in allen drei Lichtbündeln (rot, grün und blau) zu
korrigieren.
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Die Filter 415R und 415B sind
nahe der Eintrittspupille des Projektors 300 positioniert,
so dass der leichte Schatten, der durch das Zusammentreffen erzeugt
wird, nicht im projizierten Bild erscheint. Das bedeutet, die durch
das Zusammentreffen erzeugte Verdunkelung wird gleichmäßig über das
Bild verbreitet. Die Eintrittspupille könnte durch einen Fachmann auf
geeignete Weise im Projektor 300 platziert werden.
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Das starke, auf die verschiedenen
Komponenten des Projektors 300 einfallende Licht erzeugt eine
wesentliche Menge an Hitze. Die SLMs, der Polarisator und die Analysatoren
werden deshalb mit Kühlkörpern versehen,
die üblicherweise
an die Fassungen dieser Vorrichtungen angebracht werden. Ein Lüfter ist
ebenfalls vorgesehen und Luft bewegt sich frei innerhalb des Projektors 300,
um Wärme
auszulüften.
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Während
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden Variationen dieser Ausführungsformen
für einen
Fachmann klar sein. Zum Beispiel müssen die dichroitischen Filter 415R und 415B nicht in
einer X-Konfiguration orientiert sein, könnten aber anstatt dessen getrennt
sein. Des Weiteren könnte
das Glas der Spiegel 444B und 444R keilförmig sein,
um eine bessere Aberrationskorrektur vorzusehen. Deshalb sollte
der Schutzbereich der beigefügten
Ansprüche
nicht auf die vorhergehende Beschreibung begrenzt sein.