NO165776B - Billedprojeksjonssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et billedprojeksjonssystem av den art som angitt i innledningen til krav 1 og krav 2.

Utviklingen av væskekrystall-lysventiler har muliggjort store fremskritt innenfor projektorer for store skjermer av høy kvalitet. Væskekrystall-lysventilen av den reflekterende typen er en tynn film, flerlagskonstruksjon innbefattende et væskekrystallsjikt, et dielektrisk speil, et lysblokkerende sjikt og et fotoreagerende sjikt lagt i lag mellom to transparente elektroder. En polarisert projeksjonsstråle blir rettet gjennom væskekrystallsjiktet mot det dielektriske speilet. Et inngangsbilde med lav lysintensitet, slik som det generert av ét katodestrålerør, blir tilført det fotoreagerende sjiktet som derved kopler det elektriske feltet over elektrodene fra det fotoreagerende sjiktet på væskekrystall-sj iktet for å aktivere væskekrystallen.. Lineærpolarisert projeksjonslys som passerer gjennom væskekrystallsjiktet og som reflekteres fra det dielektriske spellet blir polarisa-sjonsmodulert i samsvar med informasjonen innfallende på fotolederen. Dersom en kompleks lysfordeling, f.eks. et innført bilde av høy oppløsning, blir fokusert på den fotoledende overflaten, omformer anordningen bildet til en kopi som kan bli projeksert med forstørrelser for å frem-bringe et bilde av høy lysstyrke på en betraktningsskjerm. US-patent nr. 4.019.807 beskriver en slik væskekrystall-lysventil av den høyreflekterende typen.

En grafisk fremvisningsprojektor som anvender en væskekrystall-lysventil av ovenfor nevnte type er beskrevet i en artikkel med tittelen "Application of the Liquid Crystal Light Valve to a Large Screen Graphics Display", publisert i 1979 i "Society for Information Display (SID), International Symposium, Digest of Technical Papers", mai 1979, side 22-23. Dette fremvisningssystemet, en type som foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet mot, men ikke utelukkende, projekserer et bilde i stor målestokk med gulhvite tegn på en mørkeblå bakgrunn. Systemet innbefatter et katodestrålerør

(CRT) som frembringer inngangsavbildningen, projeksjonsoptikk som tilveiebringer den lyssterke, kollimerte utgangsstrålen og nødvendig lyspolarisasjon og vaeskekrystall-lysventilen som utgjør grensesnittet mellom inngang og utgangsfunksjonene.

Systemet anvender en energikraftig lyskilde slik som en xenonbuelampe for å belyse vaeskekrystall-lysventilen gjennom kollimasjon og polariseringsoptikk. Lys utstrålt fra xenonbuelampen blir sendt til en hovedpolariserende prisme hvor det blir atskilt i S- og P-komponenter. P-komponenten passerer gjennom prismen, mens S-komponenten blir reflektert mot lysventilen. Informasjon fremvist av katodestrålerøret blir overført av fiberoptikk til ene siden av lysventilen som endrer polarisasjonstilstanden fra S til P. Lys blir overført gjennom prismet og avbildet på en skjerm ved hjelp av projeksjonslinse. I dette henseende virker hovedprismet som en analysator, som omformer polarisasjonsmodulasjonen til lysstyrke eller intensitetsmodulasjon.

Kvaliteten på det projekserte bildet er generelt en funksjon av lysstyrke, oppløsning og kontrast. Billedkvaliteten kan generelt bli forbedret ved å anbringe et forpolariserende prisme i den optiske banen I fronten av et hovedpolariserende prisme. Det forpolariserende prismet er delvis effektivt ved overvinning av manglene ved hovedpolariseringsprismet. Dvs. siden hovedpolariseringsprismet Ikke er 100% effektivt ved overføring av lys med en polarisasjon og reflektering av lys med en annen, og lys med en uønsket polarisasjon, kan nå lysventilen og bli modulert og reflektert tilbake gjennom hovedprismet på projeksjonsllnsen. Dette medfører en farveforvrengning og/eller reduksjon i kontrast og opp-løsning.

Siden forpolariserlngsprismen på grunn av kostnaden kan ha samme konstruksjon som hovedprismen, vil denne ha lik refleksjonskoeffIsient og transmisjonskoeffisientskarak-teristikker. Når to prismer imidlertid er anvendt i kombina-sjon, er den ytterligere virkningen slik som stor forbedring i kvaliteten på det projekserte bildet. Forpolariserings-prisme fjerner hovedsakelig lys av en polarisasjon fra lyset som belyser hovedprismen. Hovedprismen virker så på strålen for i hovedsaken å fjerne restlyset til den uønskede polarisasjonen.

Ved noen anvendte er det imidlertid ønskelig å anvende en andre lyskrystall-lysventil for å øke informasjonsfremvis-ningsevnen og allsidigheten. Ved denne anvendelsen blir bruken av forpolariserende prisme problematisk for så vidt som den andre lysventilen ville kreve lys av den polarisasjonen som ellers ville bli fjernet av det forpolariserende prismet. Anvendelsen av en andre lysventil har som et resultat fremtvunget et kompromiss i kvaliteten av det projekserte bildet.

Foreliggende oppfinnelse overvinner ulempene ved tidligere kjente anordninger ved å tilveiebringe farvevalgt for-pol ar isas jon av lys som faller oppå to eller flere lysventiler ved anvendelse av ett eller flere polariserende prismer.

Ovennevnte ulemper overvinnes nærmere bestemt ved hjelp av billedprojeksjonssystem av Innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår henholdsvis av krav 1 og krav 2. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av krav 3.

Hovedprismet slipper gjennom lys av en første polarisasjon til en første lysventil og lys av en andre polarisasjon til en andre lysventil på vanlig måte. Den første lysventilen ser lys av en første farve og en første polarisasjon og det andre lyset ser lys av en andre farve og en andre polarisasjon. Utgangen til hver lysventil blir så tilført projeksjonslinsen ved hjelp av hovedpolariseringsprismet.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk den foretrukne utførelsesformen av

oppfinnelsen.

Fig. 2 viser skjematisk en alternativ utførelsesform av

oppf inne1sen.

Den foretrukne utførelsesformen av billedprojeksjonssystemet med tofarvet væskekrystall-lysventil ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i fullt perspektiv på fig. 1. Systemet 10 Innbefatter en xenonbuelampe 12 som en lyskilde. En kollima-sjonslinse 14 er montert i koaksial innretning med lampen 12. Xenonbuelampen 12 og kollimasjonslinsen 14 samvirker for å tilveiebringe en stråle av høy Intensitet og upolarisert kollimasjonslysenergi som Inneholder hele det synlige spektrumet eller hvitt lys. Andre lysenergikilder kan bli anvendt her uten å avvike fra rammen til foreliggende oppfinnelse.

En forpolariserende strålespalte 16 er innrettet med lampen 12 og kolllmasjonsllnsen 14. Forpolarisasjonsstrålespalter 16 er fortrinnsvis et polarisasjonsselektivt lysdelende interferensbelegg eller en flerbrytningssjiktanordning av typen beskrevet I US-patent nr. 2.403.731. Som beskrevet I dette patentet er flere brytningssjikt av tynne filmbelegg med egnet brytningsindeks og tykkelse avsatt på grensesnittet mellom to glasskubehalvdeler slik at sjiktet danner en 45° vinkel med de kryssende sidene til kuben. Det tynne filmbe-legget er virksomt for å overføre lys av hovedsakelig en første polarisasjon, her P, og reflektere lys av i hovedsaken en andre polarisasjon her S. den forpolariserende strålespalteren 16 slipper hovedsakelig følgelig gjennom P-komponentene i en retning mens den reflekterer S-komponenten i en annen. Dette medfører to hovedsakelig polariserte stråler. Den polariserte strålen er vist på figuren som en horisontalorientert bølge. Den S-polariserte strålen er vist som en vertlkalorlentert bølge.

Ved den foretrukne utførelsesformen på fig. 1 er den P-polariserte strålen sendt til en første dikroitisk separator 18. Den S-polariserte strålen blir sendt til en andre dikroitisk separator 20. De dikroitiske separatorene 18 og 20 og dikroitisk addereren 22 påvirker ikke polarisasjonstil-standene til lysstrålene. Separatorene 18 og 20 har bølge-lengdeselektiverende belegg som er virksomme ved reflektering av lys av en farve mens lys av en annen overføres.

Den første dikroitiske separatoren 18 mottar P-polarisert hvitt lys og reflekterer P-polarisert grønt lys. I virkelig-heten trekker den ut grønt lys fra det Innfallende hvite lyset. Den grønne P-polariserte utgangsstrålen er vist på fig. 1 som en stiplet horisontal bølge. En andre dikroitisk separator 20 mottar refleksjonen av den S-polariserte strålen fra polarisatoren 16. Den dikroitiske separatoren 20 trekker ut rødt lys fra innfallende hvitt lys og reflekterer det til den dikroitiske addereren 22. Den dikroitiske addereren 22 kombinerer strålen fra separatorene 18 og 20 og tilveiebringer en utgangsstråle som består av grønt lys som er P-polarisert og rødt lys som er S-polarisert.

Den kombinerte strålen belyser hovedprismen 24 som også er en polariserende strålespalte av den ovenfor beskrevne Mac-Neille-bi-prismevarianten. Ved den foretrukne utførelses-formen er hovedprismen 24 en optimal konstruksjon som er identisk med den til forpolariseringsstrålespalter 16. Hovedprismen overfører grønt P-polarisert lys gjennom et trimmefilter 26 til en første lysventil 28. Hovedprismen 24 reflekterer også rødt S-polarisert lys gjennom et trimmefilter 30 til en andre lysventil 32. Siden hovedprismen også er en polarisator drives den på det innfallende P-polariserte lyset for i hovedsaken å fjerne enhver rest av S-polarisert lys som ikke ble fjernet av det forpolariserende prismet 16. Det samme er tilfelle for det S-polariserte lyset som faller inn på hovedprismet 24. Nettoresultatet er en betydelig forbedring ved kontrasten uten å gi avkall på den andre farvekanalen ved bruk av en enkel forpolariserende strålespalte.

TrlmmefUtrene 26 og 30 er konstruert for å forhindre at lys av feil farve når lysventilen. Som beskrevet i US-patent nr. 4.019.807 modulerer lysventilene 28 og 32 polarisasjonen til det innfallende lyset i samsvar med tilstedeværelsen av skrivelys fra en modulerende kilde, slik som katodestrålerør 34 og 36, henholdsvis.

Lyset vekslet av lysventilene 28 og 32 blir returnert ved hovedprismet 24 hvor modulasjon av en polarisasjon blir omformet for modulasjon av lysstyrken. Hovedprismet 24 kombinerer det modulerte lyset fra lysventilene 28 og 32 og overfører det til projeksjonslinsen 38 for projeksjon på en skjerm eller flate (ikke vist) på vanlig måte. Det skal bemerkes at strålespalterne ble konstruert og vurdert ved hjelp av tynnfilmdatamaskinprogram.

Den alternative utførelsesformen av billedprojeksjonssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse med tofarvet væskekrystall-ventil er vist i perspektiv på fig. 2. Systemet 10' innbefatter en xenonbuelampe 12' som en lyskilde. En kollima-sjonslinse 14' er montert i en koaksial Innretning med lampen 12'. Xenonbuelampen 12' og kollimasjonslinsen 14' samvirker for å tilveiebringe en stråle med høy intensitet av upolarisert hvitt kollimasjonslys. Som nevnt ovenfor kan andre lyskilder bli anvendt her uten at de avviker fra oppfinn-elsens ramme.

En dikroitisk separator 16<*> er anordnet i den optiske banen til lampen 12<*> i aksial innretning ved en tilnærmet 45<* >vinkel i forhold til den. Separatoren 16' har et selektivt bølgelengdebelegg som ved den foretrukne utførelsesformen virker som refleksjon for grønt lys og sender ut rødt lys. Det grønne lyset blir vist på figuren som en stiplet bølge. Det røde lyset er vist med en heltrukket bølgelinje.

Det grønne lyset blir sendt til et reléspeil 18' som kan være et vanlig plant forsølvet speil. Speilet 18' er montert parallelt i forhold til separatoren 16' slik at grønt lys blir omdirigert langs en optisk bane parallelt med den innfallende på separatoren 16'.

Det kollimerte upolariserte røde lyset sendt av separatoren 16' blir tilført en første forpolariserende strålespalter 20'. Det kollimerende upolariserte grønne lyset fra relé-speilet 18' blir tilført en andre forpolariserende strålespalter 22'. Strålespalterne 20' og 22' er fortrinnsvis polariserende selektive, lysdelende interferensbelegg eller et flerbrytningssjikt av den typen beskrevet i US-patent nr. 2.403.731.

Den forpolariserende strålespalteren 20' slipper hovedsakelig den røde P-komponenten ut av systemet og reflekterer hovedsakelig den røde S-komponenten (vist som en heltrukket vertikalrettet bølge) til den dikroitiske addereren 24'. Den forpolariserende strålespalteren 22' reflekterer likeledes den S-polariserte komponenten til det innfallende grønne lyset ut av systemet og slipper gjennom hovedsakelig den P-polariserte komponenten (som vist med striplet horisontal-trukket orientert bølge til den dikroitiske addereren 24'. Det skal bemerkes at uønskede komponenter kan bli fjernet ved hjelp av f.eks. en optisk dump som ikke er vist på tegningen.

Den dikroitiske addereren 24' er av en konstruksjon og utforming lignende, om ikke identisk, med den til den dikroitiske separatoren 16'. Den dikroitiske addereren 24' er parallell med den dekroitiske separatoren 16' slik at rødt lys reflektert fra forpolariseringsstrålespalteren 20' blir kombinert med det grønne lyset sluppet igjennom av den forpolariserende strålespalteren 22' til en enkel stråle som belyser en tredje polariserende strålespalter 26', som heretter blir henvist til som hovedprismet.

Hovedprismet 26' er fortrinnsvis et polariserende selektivt, lysdelende interfererende belegg eller flerbrytningssjikt av typen beskrevet i US-patent nr. 2.403.731. Hovedprismet 26' skulle være av en optimal konstruksjon identisk med den til forpolariseringsstrålespalteren 20<*> eller 22'. Hovedprismet 26' overfører i hovedsaken grønt P-polarisert lys gjennom et trimmefilter 28<*> til en første lysventil 30'. Hovedprismet 26' reflekterer også i hovedsaken rødt S-polarisert lys gjennom et trimmefilter 32' til en andre lysventil 34'. Siden hovedprismet også er en polarisator, opererer den på innfallende P-polariserte lys for i hovedsaken å fjerne enhver rest med S-polarisert lys som ikke har blitt fjernet av det forpolariserende prismet 22'. Det samme er tilfelle for S-polarisert lys innfallende på hovedprismet 24'. Bet opererer på innfallende S-polarisert lys for hovedsakelig å fjerne enhver P-rest som ikke har blitt fjernet av det forpolariserende prismet 20'. Bruken av forpolariserende strålespaltere 20<*> og 22' tilveiebringer således en betydelig forbedring ved kontrasten uten utelatelsen av den andre farvekanalen.

Som beskrevet i US-patent nr. 4.019.807 modulerer lysventilene 30' og 34' polarisasjonen til det innfallende lyset i samsvar med tilstedeværelsen av skrivelys fra en modulasjons-kllde slik som katodestrålerør 36<*> og 38', henholdsvis.

Lyset vekslet av ventilen 30' og 34' blir returnert til hovedprismet 26" hvor modulasjonen av polarisasjonen blir omformet til modulasjoner av lysstyrke. Hovedprismet 26' kombinerer det modulerte lyset fra lysventilene 30<*> og 34' og sender det til projeksjonslinsen 40<*> for projeksjon på en skjerm eller flate, ikke vist.

Det skal bemerkes at strålespalterne ble konstruert og beregnet ved hjelp av tynnfilmdatamasklnprogram.

Foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet med henvisning til en bestemt utførelsesform og rettet mot en bestemt anvendelse. Det skal bemerkes at fagmannen på området vil kunne modifisere foreliggende oppfinnelse innenfor dens ramme.

Claims (3)

1. Billedprojeksjonssystem innbefattende: - en høyintensitetslampe (12), for å tilveiebringe lys, - et system med dikroitiske separatorer (18,20) og forpolarisasjonsstrålespalter (16,24) for å spalte og forpolarisere lyset sendt ut fra lampen (12) til stråler av forskjellig farve og polarisasjonstilstand, - reflekterende lysventiler (28,32) for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til hver av lysstrålene, og - innretning (24) for å kombinere de modulerte lysstrålene til en enkel utgangsstråle, karakterisert ved at for projeksjon av to farvebilder består systemet med dikroitiske separatorer og forpolarisasjonsstrålespalterne av: - en første forpolarisasjonsstrålespalter (16) for å spalte og forpolarisere lyset fra lampen (12) i første og andre stråler med første og andre polarisasjonstilstander, henholdsvis, - en første dikroitisk separator (18) for å utlede lys av en første farve fra den første strålen, - en andre dikroitisk -separator (20) for å utlede lys av en andre farve fra den andre strålen, - en dikroitisk adderer (22) for å kombinere den første og andre strålen i en første enkel stråle med hovedsakelig to komponenter, idet den første komponenten har hovedsakelig lys av en første farve og en første polarisasjonstilstand og den andre komponenten har vesentlig lys av en andre farve og en andre polarisasjonstilstand, - en andre polarisasjonsstrålespalter (24) for å spalte den første enkle strålen og reflektere lys av den første farven og polarisasjon og sending av lys av den andre farven og polarisasjon, - en første lysventil (32) for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til lys reflektert av polarisasjonsstrålespalteren (24) fra den første polarisasjonstllstanden til den andre polarisasjonstllstanden, og - en andre lysventil (28) for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til lyset sendt av polarisasjonsstrålespalteren (24) fra den andre polarisasjonstllstanden til den første polarisasjonstllstanden, idet den andre polarisasjonsstrålespalteren (24) er i samme grad innretning for kombinering av de modulerte strålene til en enkel utgangsstråle.

2. Billedprojeksjonssystem innbefattende: - en høy intensitetslampe (12') for å tilveiebringe lys, - et system av dikroitiske separatorer (16') og forpolarisasjonsstrålespalterne (20' ,22',26') for spalting og forpolarisering av lys sendt fra lampen (12') til stråler av forskjellig farve og polarisasjonstilstander, - de reflekterende lysventiler (30',34') for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til hver av lysstrålene , og - en Innretning (26') for å kombinere de modulerte lysstrålene til en enkel utgangsstråle, karakterisert ved at projeksjonen til et tofarvet billedsystem med dikroitiske separatorer og forpolarisasjonsstrålespaltere består av - en første dikroitisk separator (16') for separering av lys fra lampen (12') til første og andre farvekomponenter, - den første innretning (20') for forpolarisering av første farvekomponent til en første polarisasjonstilstand, - en andre innretning (22') for forpolarisering av den andre farvekomponenten i en andre polarisasjonstilstand, - en tredje innretning (24') for kombinering av de polariserte utgangssignalene til første og andre innretning i en første enkel stråle som har to komponenter, idet den første komponenten har hovedsakelig lys av en første farve og polarisasjonstilstand og den andre komponenten har hovedsakelig lys av en andre farve og polarisasjonstilstand, - en polarisasjonsstrålespalter (26') for spalting av den første enkle strålen og reflektering av lys av den første farven og polarisasjonstilstand og sending av lys av en andre farve og polarisasjonstilstand, - en første lysventil (34') for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til lys reflektert av nevnte polarisasjonsstrålespalteren (26') fra den første polarisasjonstllstanden til den andre polarisasjonstllstanden, og - en andre lysventil (30') for selektiv modulering av polarisasjonstllstanden til lys sendt av polarisasjonsstrålespalteren (26') fra den andre polarisasjonstllstanden til den første polarisasjonstllstanden, - idet polarisasjonsstrålespalteren (26') er i samme grad Innretning for kombinering av modulerte stråler 1 den enkle utgangsstrålen.

3. Billedprojeksjonssytem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forpolariseringsstrålespalteren (16,24,26') og/eller innretning (20',22') for forpolarisering er en strålepolariseringsspalter av bl-prismetypen.