DE9002794U1

DE9002794U1 - Projektor für die Farbprojektion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern

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Original assignee: GRUNWALD PROJEKTOREN AG RUGGELL LI
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Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2000-03-10

Description

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DIPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNTUS 3 Hannover WOLFSTKASSE 2« · TELEFON (09 II) ·3 45 JO

7. März 1990 Meine Akte: 1112

Grunwald Projektoren AG, Schlattstraße 215, FL 9491 Ryggell (Liechtenstein)

.Projektor für die Farbprojektion von mittiis LCO-Hoduisn erzeugten Bildern

Die Erfindung betrifft «inen Projektor für die Farbprojektion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern, bestehend aus einer Lichtquelle, einer Nondsnsorlinse, mehreren mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen und einem Objektiv, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind.

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

Bei einer anderen Möglichkeit sind auf der Schreibfläche eines Overhead-Projektors drei LCD-Module übereinander

angeordnet. Diese Möglichkeit ist aber ebenfalls mit

I. einer Reihe von Nachteilen behaftet» die nicht nur

darin bestehen, daß ein an sich für die Folien-Projek-

. tion konstruierter Overhead-Projektor benutzt wird,

sondern auch darin bestehen, daß eine schlechte Konver genz (Überlagerung der ^arb^n) erzielt wird, daß eine schlechte Lichtausbeute ^rhalten wird und daß große

LCD-Module benötigt werden, die in der Anschaffung teuer si..d. Auch die Kühlung ist bei dieser Art der Projektion problematisch.

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

Ein weiterer wesentlicher Nachteil solcher Ausfiihringsformen von Projektoren besteht darin, daß bei der Projektion an erhöht liegende Projektionsflächen, wie s-^ sie in Klassenräumen, Konferenzzimmern und Hörsälen

vorhanden sind, damit die Zuschauer über die Köpfe benachbart sitzender Personen herüberschauen können, trapezförmige Verzeichnungen und Ausleuchtungsprobleme auftreten.

Insbesondere bei der zwei*an Art der Projektoren ist die Kühlung problematisch, weil für die auf den Projektor übereinander aufgelegten drei LCD-Module nicht die Projektorkühlung eingesetzt werden kann.

Als Fo 1 arisatoren werden im allgemeinen Polarisationsfolien verwendet, als Kondensor 1insen meist Fresnellinsen.

Eine weitere Möglichkeit ist der TFT-LCD, bei dem eine Vielzahl von Rot-Grün-Blau-Pixeln vorgesehen sind. Dabei wird jeder Pixel von einem zugeordneten Transistor angesteuert. Bis heute ist wegen der sehr klein herzustellenden Pixel eine hohe Auflösung nicht erreichbar. Wegen der notwendigen Winzigkeit der Pixel ist der TFT-LCD enorm teuer.

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

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

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit. einfachen Mitteln einen leicht zu bedienenden und nahezu verzeichnungsfreien Projektor für die Farbprojek-

tion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern zu schaffen, der klein und leicht ist, ein komplettes Projektionssystem mit eigener Lichtquelle aufweist, gut kühlbar ist und über eine gute Lichtausbeute verfügt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei dem Projektor vor und hinter der Gruppe VoH mit Pol 5i"i 55&Idigr;&Ogr;&Ggr;6&Pgr; Versehenen LCD-Modulen je ein Prisma angeordnet ist, die den Strahlengang unter einem stumpfen Winkel so ablenken, daß der Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen und den mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen bestehenden Gruppen parallel versetzt verläuft, und daß vor dem der Lichtquelle zugewandten Prisma und hinter dem dem Objektiv zugewandten Prisma je eine Kondensorlinse angeordnet ist.

Dieser Projektor bildet ein komplettes Projektionssystem mit eigener Lichtquelle und kann durch die Auslegung allein auf die Projektion der mit Hilfe der LCD-Module cii uiiuc" SO uUSycicyu W 6 ~ u &bgr; &Pgr; , &ugr;&agr;&ugr; &thgr;&idiagr;&igr;&igr;&thgr; y 'u &ugr; c

Lichtausbeute erzielt wird.

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

Damit das projizierte Bild verzeichnungsfrei an der Projektionswand erscheint, ist es zweckmäßig, den

Strahlengang etwa 15° zur Horizontalen verlaufen zu lassen und die Prismen so auszulegen, daß sie den Strahlengang um 15° erst in die Horizontale und dann wieder um 15° aus der Horizontalen ablenken, wobei die LCD-Module in vertikalen Ebenen und die Achse des Objektives in einer horizontalen Ebene angeordnet werden.

Vorteilhaft ist e 5 , W 6 &Ggr;&igr; &Ggr;&igr; die P &Ggr; 1 5 iii 8 &Ggr;&igr; ü &Ggr;&igr; d K ö &Ggr;&igr; d 8 &Ggr;&igr; 5 O &Ggr; &dgr; &Ggr;&igr; durch die Fresnel 1insen realisiert sind.

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

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

die Erzielung einer ausreichenden Tiefenschärfe, wie sie für eine gute Abbildung bei den drei zu durch-

strahlenden LCD-Modulen erforderlich ist, is., es zweckmäßig, wenn der Lichtweg von der Lichtquelle um Paket der LCD-Module erheblich länger als der Lichtweg von den Modulen zum Objektiv ist. Bei den heute vorhandenen Lichtquellen ist dieses eine Grundbedingung für eine gleichmäßig gute Abbildung aller drei LCD-Module.

Um die Gehäusedbmessungen nicht zu groß werden zu lassen, ist es zweckmäßig, wenn im Licntwey von der Lichtquelle zum Paket der Module mindestens ein Umlenkspiegel angeordnet ist, der vorzugsweise als Kaltlichtspiegel gefertigt ist. Im Normalfall sind sogar zwei Umlenkspiegel vorgesehen. Diese haben den Sinn, wen'¹ es sich um Kaltlichtspiegel handelt, die Wärmestrahlen nicht zu reflektieren und damit die LCD-Module vor Erhitzung zu schützen. Der andere wichtige Grund ^für die Anordnung dieser Umlenkspiegel ist die Verlängerung des Lichtweges von der Lichtquelle zum Paket der Module.

Beim Bau eines erfindungsgemäßen Projektors ist es wichtig, eine ausreichende Tiefenschärfe lu erzielen. Da das aus drei LCD-Modulen bestehende Paket relativ dick ist, ist es problematisch, ?n allen Ebenen gleichmäßig scharf abzubilden. Deshalb ist es notwendig, den langen Lichtweg von der Lampe zur Kondensor 1inse zu realisieren. Um diesen langen Lichtweg r. einem relativ klein ausgeführten Gehäuse unterzubringen, sind die Umlenkspiegel notwendig. Erfindungsgemäß gestaltet man die Konstruktion so, daß auf der dem Objektiv abgewandten Seite des Gehäuses zwei Umlenkspiegel übereinander

angeordnet sind, welche von der im Fußteil des Gehäuses genähert unter dem Objektiv angeordneten Lampe den Lichtweg über einen Teil seiner Länge genähert vertikal verlaufen lassen, wobei die Fresnellinsen, die Prismen und das Paket von LCD-Modulen zwischen dem zweiten (gezählt in Lichtlaufrichtung) Umlenkspiegel und dem Objektiv angeordnet sind.

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

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Projektionssystem,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein anders gestaltetes Projektionssystem,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Projektor.

Aus der Lichtquelle 1 austretendes Licht fällt auf eine erste als Kondensor arbeitende Fresnellinse 2 (Fig. 1). Diese Fresnellinse 2 richtet die auffallenden Lichtstrahlen zu parallelen Lichtstrahlen aus, die parallel auf das Prisma 3 fallen, welches als Stufenpris ma ausgebildet ist (ähnlich wie die Fresnellinse eine Stufenlinse ist). Aus dem Prisma 3, in das parallel gerichtetes Licht eintrat, tritt dieses Licht auch parallel wieder aus und durchläufft drei LCD-Module 4 mit ihnen zugeordneten Polarisatoren 5, weiche vorzugsweise auf die Farbkombinationen Magenta, Gelb und Cyan eingestellt sind. Die LCD-Module 4 und die Polarisato-

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ren 5 bilden eine Baugruppe, in der Zwischenräume als Kühlkanäle 6 belassen sind. Aus dieser Baugruppe 4,5,6 der LCD-Module 4 und Polarisatoren 5, die vorzugsweise in Form von Polarisationsfolien ausgebildet sind, tritc das parallel eintretende Licht auch Mieder parallel aus und fällt in das Prisma 7, welches das Licht unter demseiDen Winkel in entgegengesetzter Richtung zum Prisma 3 ablenkt, so daß parallel orient ?rtas Licht auf die nachgeordnete Fresnellinse 7 fällt. Diese bündelt das austretende Licht, welches nachfolgend in das Objektiv 8 eintritt und durch diese? auf die Projektionswand 9 projiziert wird.

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

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Polarisatoren, die den Prismen 3 zugewandt sind, als Polarisationsfolien direkt auf den Prismen 3 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich vier Polarisationsfolien vorgesehen. Dadurch wird bei den beiden äußeren LCD-Modulen nur eine Seite mit einem Polarisator belegt, während der mittleie I.CD-Modu) frei von Polarisatoren ist. Die Kühlmöglichkeit der LCD-Module ist hierdurch wesentlich verbessert.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Projektor. Bei diesem ist die Lichtquelle in einem

Fußteil 14 untergebracht, welches genähert unter dem Objektiv 8 angeordnet ist. Auf der diesen beiden Bauteilen gegenüberliegenden Rückwand des Projektorgehäuses 1 sind zwei Umlenkspiegel 13 angeordnet, die beide als Kaltlichtspiegel ausgebildet sind. Durch diese beiden Umlenkspiegel wird der genähert horizontals Strahlenverlauf von der Lampe in einen genähert vertikalen Strahlenverlauf umgelenkt. Bure'*. den za-eitcn umlenkspiegel wird dann der Strahlengang in einen schräg nach oben verlaufenden Strahlengang reflektiert. Durch ein Suii.^se 15 wird Kühlluft angesaugt und in drei Teils⁺römen der Lichtquelle 1, dem Paket von LCD-Modulen 4 und der t»ektronU: 16 zugeführt.

Durch die Möglichkeit, mit weniger als sechs Polarisationsfolien auszukommen und die benötigten zumindest zum Teil von den LCD-Modulen auf die Prismen oder Fresnellinse·! zu verlegen, wird eine erheblich verbesserte Lichtstärke des projizierten Bildes erreicht, und dieses bereits durch die verbesserten Kühlmöglichkeiten an den LCD-Modulen.

Liste der Bezugszeichen:

1 Lichtquelle

2 Fresnellinse

3 Prisma

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LVit/- riuuu &igr;

5 Polarisator

6 Kühlkanal

7 Fresnellinse

8 Objektiv

9 Projektionswand

10 Projektorgehäuse

11 Lichtstrahlen

12 optische Achse

13 Umlenkspiegel

14 Fußteil

15 Elektronik

16 Gebläse

17 Lufteinlassöffnung

18 Luftauslassöffnungen

19 Luftkanal trennwand

20 Luftkanal

21 luftkanal

22 Luftkanal

Claims

ANSPRÜCHE :

1. Projektor für die Farbprojektion von mittels LCD-Modulen erzeugten Bildern,

bestehend aus einer Lichtquelle, einer kondensorlinse, mehreren mit Polarisatoren versehenen LCD-Modulen und einem Objektiv, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß vor und hinter der Gruppe von mit Polarisatoren (5) versehenen LCD-Modulen (4) je ein Prisma (3) angeordnet ist, die den Strahlengang unter einem stumpfen Winkel so ablenken, daß der Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen (3) und den mit Polarisatoren (5) versehenen LCD-Modulen (4) bestehenden Gruppe parallel versetzt verläuft, und ^laß vor dem der Lichtquelle (1) zugewandten Prisma (3) und hinter dem dem Objektiv (8) zugewandten Prisma (3) je eine Kondensorlinse (2,7) angeordnet ist.

2. Projektor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,

daß die Achse des Objektives (8) und die Ebenen der LCD-Module (4) schräg zum Strahlengang vor und hinter der aus den Prismen (3) und den LCD-Modulen (4) bestehenden Gruppe angeordnet sind,

wobei die (Achse des Objektives (8) senkrecht zu den Ebenen der LCD-Module (4) steht.

3. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ebene der Kondensor 1insen (2,7) senkrecht zu der sie durchsetzenden optischen Achse verlauft

4. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen {3} durch Stufenprismen und die Kondensorlinsen (2,7) durch Fresnel Iinsen realisiert sind.

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

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

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

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

9. Projektor nach Anspruch 1, 7 und dadurch gekennzeichnet,

daß auf der dem Objektiv (8) abgewandten Seite des Gehäuses zwei Umlenkspiegel übereinander angeordnet sind, welche vjo der im Fußteil (14) des Gehäuses genähert unter dem Objektiv angeordneten Lampe den Lichtweg über einen Teil seiner Länge genähert vertikal verlaufen lassen, wobei die Fresnel 1insen (2,7), die Prismen (3) und das Paket von LCD-Modulen zwischen dem zweiten (gezählt in Lichtlaufrichtung) Umlenkspiegel (i3B) und dem Objektiv (8) angeordnet sind.