NO891216L - Enhetlig forpolariserende prismeenhet for en firefarvers lysventilbilledprosjektor av vaeskekrystalltype. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår billedprojeksjonssystemer, og nærmere bestemt forpolarisatorer for lysventilbilledprosjek-sjonssystemer av væskekrystalltype.

Mens foreliggende oppfinnelse her er beskrevet til en illustrativ utførelseform for en bestemt anvendelse skal det bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. Fagmannen på området vil således se at det kan være mulig med ytterliger modifikasjoner, anvendelse av utførelseformer innenfor rammen av oppfinnelsen.

Utviklingen av lysventil av væskekrystalltypen har åpen døren til et vesentlig fremskritt innenfor store skjermprosjektorer med høy kvalitet. Lysventiler av væskekrystalltypen får reflekterende modusdrift er en tynn film, multisjiktsstruktur som innbefatter et væskekrystallsjikt, et dielektrisk speil, et lysblokkerende sjikt og et fotoreagerende sjikt lagvis mellom to transparente elektroder. En polarisert projeksjons-stråle rettes gjennom væskekrystal1sjiktet til det dielektriske speilet. Et inngangsbilde med lys av lav intensi-tet, slik som det generert av et katodestrålerør tilføres det fotoreagerende sjiktet som derved kobler det elektriske feltet over elektrodene fra det fotoreagerende sjiktet på væskekrystallsjiktet for å aktivere væskekrystallet. Lineært polarisert prosjeksjonslys som passerer gjennom væske-krystallsj iktet og reflekteres fra de dielektriske speilene blir polarisasjonsmodulert i samsvar med informasjonen innfallende på fotolederen. Når en kompleks fordeling av lys, for eksempel ved inngangsbildet av høyoppløsningstypen er fokusert på den fotoledende overflaten omformer derfor bildet til et kopi som kan bli projisert med forstørrelse for å frembringe et lyssterkt bilde på en betraktningsskjerm. U.S. patentnr. 4,019,807 beskriver en slik høytytende lysventil av væskekrystalltypen for drift i refleksjonsmodus.

En grafisk fremvisningsprojektor som anvender en lysventil av væskekrystalltypen som nevnt ovenfor er beskrevet i en artikkel "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, s. 22-23.

Mere raffinerte billedprojeksjonssystemer med lysventil av væskekrystalltypen er vist i følgende patenter: U.S. patentnr. 4,425,028, Nr. 4,544,237, Nr. 4,461,542 og Nr. 4 ,464 ,019.

Disse konstruksjonene gir fargebilder med høy oppløsning og høy kontrast ved å separere en inngangsstråle i forskjellige optiske baner for polarisering og/eller fargebehandling. Strålene blir så kombinert på nytt ved eller før belysningen av et hovedpolariseringsprisme. Noen av de kjente systemene er monokrome, andre anvender to farver, mens noen gir en full farveutgang. Fordelen med farver er velkjent. Et fullfarvesystem er uheldigvis den mest krevende og følgelig også den dyreste anvendelsen for et billedprojeksjonssystem med en lysventil av væskekrystalltypen. Selv om ovenfor nevnte fullfarvesystem effektivt gir farvebilder av høy kvalitet medfører de optiske komponentene for separering og rekombi-nering av strålene betydelige økninger i kostnadene av systemet. Det er også dessuten behov for billigere farve-projektorkonstruksjoner med lysventil av væskekrystalltypen. Det har dessuten vært ønskelig å gi flerfarvemuligheten til mange av de monokrome projektorene som har vært i bruk til nå.

Et firefarvesystem er tilstrekkelig for å tilfredsstille teknikkens behov for et farveprojektorsystem med lysventil av væskekrystalltypen. Som en mindre krevende anvendelse for et projeksjonssystem vil den forenkle farvekravene og gjøre det mulig med et enklere belysningssystem. Det som vil være igjen vil være et behov for et system som kunne tillate tilpas-ningen av eksisterende monokrome projektorer for å tilveiebringe en begrenset flerfarvemulighet.

Behovene ved den tidligere nærbeslektede teknikken angår forpolariserende prismeenheter for en firefarvet billedprojektor med lysventil av væskekrystalltypen ifølge foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen angår en enhetlig enhet som gir en kombinert lysstråle med en første farvekomponent og en første polarlsasjonstllstand og en andre farvekomponent og en andre polrasasjonstilstand. Oppfinnelsen innbefatter et første farvefilter for å reflektere fra en inngangsstråle med ikke-polarisert hvitt lys, lys av en tredje farve og sending av lys av den første og andre farven i en kombinert stråle langs den første optiske bane. En første polarisator er montert på det første filteret for å utlede fra den kombinerte stråle lys av av en andre farve og den første polari-sasjonstilstanden. En andre polarisator er montert på den første forpolarisatoren for utledning fra den kombinerte strålen lys av en første farve og den andre polarlsasjonstllstanden. Mens det frembringes en billigere farvekonstruk-sjon tillater forpolariseringsenheten ifølge oppfinnelsen tilpasning til mange eksisterende monokrome konstruksjoner.

I det foreliggende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene hvor: Fig. l(a) viser toppriss av en forenklet skjematisk fremstilling av forpolariseringsprismeenheten ifølge foreliggende oppfinnelse ved et firefarvers billedprojeksjonssystem som anvender to lysventiler av væskekrystalltypen. Fig. l(b) viser et sideriss av den skjematiske fremstillingen på fig. l(a). Fig. 2(a) viser en transmisjonskurve for et blått filter anvendt ved forpolariseringsprismeenheten ifølge oppfinnelsen . Fig. 2(b) viser transmisjonskurven for et grønt forpolariser ende prisme anvendt ved forpolariseringsprismeenheten ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2(c) viser en transmisjonskurve for et rødpolariserende prisme anvendt ved forpolariseringsprismeenheten ifølge oppf innelsen. Fig. 2(d) viser transmisjonskurven for et hovedpolarisasjonsprisme anvendt ved forpolariseringsprismeenheten ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser en forenklet skjematisk fremstilling av forpolariseringsprismeenheten ifølge oppfinnelsen ved en feltsekvensiell firfarvers bi 1ledprojeksjonssystem som anvender en lysventil av væskekrystalltypen. Fig. 4 viser et styresystem for det feltsekvensielle billed-projeksjonssystemet på fig. 3.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en enkel, billig enhetlig forpolariserende enhet for et firefarvers billedprojeksjonssystem med lysventil av væskekrystalltypen. Den bestemte orienteringen og kombinasjonen av strålesplittere gir en enhetlig konstruksjon hvor det vesentlig elimineres innretningsproblemer forbundet med de mange tidligere konstruksjoner. For polariseringsprismeenheten som er beskrevet her gir en enklere konstruksjon ved å eliminere separeringen og rekombineringen av strålene i forpolarisa-sjonsenheten.

Forpolarisasjonsprismeenheten 10 ifølge foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 1 hvor den anvender et firefarvet billedprojeksjonssystem med to lysventiler av væskekrystalltypen. På frontenden til enheten 10 er et blåf ilter 12. Nullgradersfilteret 12 er en konstruksjon som er vanlig i handelen og som reflekterer blått lys av begge polarisasjoner og sender røde og grønne bølgelengder i en innfallende inngangsstråle med hvitt lys. Blåfilteret 12 kan være inkorporert i et konvensjonelt ultrafiolett (UV) filter (ikke vist) for å redusere antall separate filtere. (UV-filteret er ofte anvendt for å tilveiebringe beskyttelse av oljefilter-prismer og lysventilen av væskestalltypen. En transmisjonskurve for blåfilteret 12 er vist på fig. 2(a).

Blåfilteret 12 er montert på overflaten til et grønn-forpolariserende prisme 14 som er montert ved 90° i forhold til en dertil festet rød forpolariserende prisme 16 og et hovedprisme 18, jfr. fig. l(b). Grønnforpolarisatoren 14 er vist ved 45 grader. Grønnforpolarisatoren 14 kan bli montert ved andre vinkler uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Grønnpolarisatoren 14 er et konvensjonelt MacNeille biprisme konstruert for å sende P-polarisert hvitt lys og rødt S polarisert lys og reflekteret grønt S polarisert lys. (For grønn forpolarlsator 14 blir P polarisert lys definert som et som har en elektrisk feltvektor normalt på siden og S-polarisert lys som et har elektrisk feltvektor parallet med siden). Ved å fjerne grønt S-polarisert lys blir det grønne lyset forpolarisert. En illustrativ transmisjonskurve for en grønn forpolarlsator er vist på fig. 2(b).

En rød forpolarlsator 16 er festet til grønn forpolarlsator 14 og dreiet 90 grader relativt til denne, jfr. fig. l(b). Den røde forpolarisatoren 16 er konstruert for å sende hvitt P og grønt S mens den reflekterer rødt S-lys. Siden rød forpolarlsator 14 er dreiet 90° relativt den grønne forpolarisatoren 14 blir S og P polarisasjon reversert. Det vil si lyset av S og P polarisasjon i forhold til den grønne forpolarisatoren 14 er P og S polarisert, henholdsvis, relativt den røde forpolarisatoren 16. Det røde lyset med en elektrisk feltvektor normalt på siden er nå som følge derav S-polarisert lys i forhold til den røde forpolarisatoren og blir reflektert av den røde forpolarisatoren 16. Det som blir igjen av inngangsbelysningen er en enkelt kombinert stråle som således har to komponentstråler med to farver og polari- sasjonstilstander. Det vil si utgangsstrålen har grønn S polarisert lys (som har en elektrisk feltvektor normalt på siden) og rødt P polarisert lys (som har en elektrisk feltvektor parallelt ved siden). En illustrativ transmisjonskurve for den røde forpolarisatoren 14 er vist på fig. 2(c).

Hovedpolarisasjonsprismet 18 er et konvensjonelt vanlig tilgjengelig MacNeille bi-prisme eller andre egnede strålesplittere. Hovedpolarisatoren 18 er orientert parallelt i forhold til den røde forpolarisatoren 16 slik at S og P polarisasjonskomponenter har samme identitet. Hovedpolarisatoren 18 retter den kombinerte strålen til den første og andre lysventilen 20 og 22 henholdsvis. Rødt P polarisert lys blir sendt til den første lysventilen 20. Den første lysventilen 20 mottar som velkjent inngangssignal fra et første katodestrålerør (CRT) 24 o på en billedelement for billed-elementbasis endres polarlsasjonstllstanden til den røde P-komponenten som en reaksjon derpå. Polarisasjonsmodulert rødt lys reflekteres av den første lysventilen 20 til hovedprismen som S polarisert lys. Det grønne S polariserte lyset reflekteres på lignende måte av hovedpolarisatoren 18 til den andre lysventilen 22. Den andre lysventilen 22 mottar inngangssignal fra en andre CRT 26. Den andre lysventilen 22 retur-nerer grønt polarisasjonsmodulert lys til hovedpolarisatoren 18 som P polarisert lys. Hovedpolarisatoren 18 reflekterer rødt S polarisert lys og sender grønt P polarisert lys til projeksjonsoptikken (ikke vist). Fagmannen på området vil se at ved å variere intensiteten til det røde og grønne utgangs-signalet kan det dannes bilder i gult og orange lys. Intensiteten på de røde og grønne utgangssignalene varieres ved å variere intensiteten på inngangssignalene tilført av første og andre CRT 24 og 26. En firefarvers billedprojektor med to lysventiler er således tilveiebragt med en billig forpolariserende enhet. Det skal bemerkes at forpolarisatoren 10 og hovedpolarisatoren 18 kan bli fremstilt som en eneste sammenhengende enhet.

Foreliggende oppfinnelse tillater også en utførelse av et billedprojeksjonssystem med fire farver med en eneste lysventil. Som vist på fig. 3 er det tilveiebragt ved hjelp av en væskekrystallbryter 30. Den forpolariserende enheten 10 tilveiebringer en kombinert stråle med røde og grønne komponentstråler som beskrevet ovenfor. Når væskekrystallbryteren 30 er av skifter den polarlsasjonstllstanden til den innfallende røde og grønne komponenten til den kombinerte strålen. Når væskekrystallbryteren 30 er på blir strålen sendt med polarisasjonen uendret. Ved denne anvendelsen reflekterer hovedpolarisatoren 40 kun S polarisert lys til lysventilen 50. Bryteren 30 tilveiebringer et rødt S-polarisert lys til hovedpolarisatoren 40 når den er på og grønt S-polarisert lys når den er av. Lysventilen 50 og CRT 60 opereres slik som beskrevet ovenfor for å modellere polarlsasjonstllstanden til innfallende rødt eller grønt lys og returerner den til hovedpolarisatoren 40. Inngangsbildet til lysventilen må bli koblet av CRT unisont med operasjonen av den optiske bryteren 30 slik at riktig rødt og grønt bilde blir tilveiebragt. Bryterhastigheten er slik at de vekslende bildene tilveiebragt av hovedpolarisatoren 40 og projeksjonsoptikken (ikke vist) smeltes sammen i øyet til en observatør. Et fullstendig kombinert bilde blir således tilveiebragt. Ved å variere intensiteten for det røde og grønne bildet fra CRT 60 til lysventilen 50 kan gule og oransje farver bli dannet i tillegg til røde og grønne. Et foldespeil 70 kan bli innbe-fattet for å redusere størrelsen på projeksjonssystemet. Et styresystem for feltsekvensiell billedprojeksjonssystem på fig. 3 er vist på fig. 4. En mikroprosessor basert styrer 70 portfører inngangen til videodata fra en videogenerator til den første og andres lager 100 og 110. Det første og andre lageret tjener som buffere for røde og grønne bilder henholdsvis. Styreren 80 portfører inngangen til dataene for hvert lager til CRT 60 sekvensielt og synkront med aktiver-ingen av væskekrystallbryteren 30. Når CRT 60 forsyner lysventilen 50 med rød billeddata, blir således bryteren 60 aktivert. Når CRT 60 på lignende måte forsyner lysventilen 50 med grønn billeddata, slår styreren av væskekrystallbryteren 30. Fagmannen på området skulle således se her at det er funnet et egnet styreskjerna.

Foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til en spesiell utførelseform i forbindelse med den viste anvendelsen. Fagmannen på ormdået vil imidlertid se at ytterligere modifikasjoner, anvendelser og utførelseformer er mulig Innenfor rammen av opfinnelsen. Oppfinnelsen er således ikke begrenset til de valgte farvene for elementene til forpolariseringsprismeenheten ved den viste utførelseformen. Fagmannen vil således se at andre farver kan bli anvendt for filteret 12 og forpolarisatoren 14 og 16. Oppfinnelsen er ikke begrenset til noen spesiell kombinasjon av farver med polarisasjonstilstandene. Heller ikke er oppfinnelsen begrenset til noen spesiell anvendelse. Mens systemet i fig. 3 ovenfor er spesielt velegnet for gjentilpasning av eksisterende monokrome projektorer skal det bemerkes at oppfinnelsen kan bli anvendt ved enhver anvendelse som krever generering av stråler av mer enn en farve og polarlsasjonstllstanden .

Claims (6)

1. Firefarvet billedprojektor med lysventil av væskekrystalltypen hvor første (20) og andre (22) væskekrystal1-lysventiler modulerer polarisasjonen av inngangslyset som en reaksjon på CRT inngangssignalet (24 og 26), karakterisert ved enhetlig forpolariserende prismeenhet (10) som gir den kombinerte lysstråle med første farvekomponent (R) og første polarlsasjonstllstand (S) og andre farvekomponent (G) og en andre polarlsasjonstllstand (P); og en hovedpolariserende prisme (18) som kobler lyset og den første farven (R) og første polarlsasjonstllstand (S) til et av væskekrystalllysventilen (22) og lys av en andre farve (G) og en andre polarlsasjonstllstand (P) til den andre av lysventilene (26).

2. Projektor ifølge krav 1 med enhetlig forpolariserende prismeenhet (10), karakterisert ved et første farvefilter (1) for å reflektere fra en inngangsstråle med ikke-polariserende hvitt lys, lys av en tredje farve (B) og sending av lys av første (R) og andre (G) farve i en kombinert stråle langs den første optiske bane; en første forpolarlsator (14) montert på det første filteret (12) for å fjerne fra den kombinerte strålen lys av den andre farven (G) og den første polarlsasjonstllstanden (S), en andre forpolarlsator (16) montert på den første forpolarisatoren (14) for å fjerne fra den kombinerte strålen lyset av den første farven (R) og den andre polarlsasjonstllstanden (P).

3. Projektor ifølge krav 2, karakterisert ved innretning for å sende av en første farve (R) og en andre polarlsasjonstllstand (S) til den første (20) væskekrystall-lysventil, ogg innretning for reflektere lys av den andre farven (G) og den andre polarlsasjonstllstanden (P) til den andre (22) væskekrystall -lysventil en .

4 . Projektor med en væskekrystall-lysventil (50) som mudulerer polarisasjon av inngangslys som en reaksjon på et CRT (60) inngangssignal, karakterisert ved en enhetlig forpolariserende prismeenhet (10) som gir den kombinerte lysstråle som har første farvekomponent (R) og første polarlsasjonstllstand (S) og andre farvekomponent (G) og en andre polarlsasjonstllstand (P), en hovedpolarisasjonsprisme (18) som kobler lyset av en av de nevnte polarisasjonstilstandenen (S, P) til væskekrystalllysventilen (50) og avviser lyset av den andre polarlsasjonstllstanden (S, P) og en væskekrystallbryter (30) anbragt mellom den enhetlige forpolariserende prismeenhet (10) og hovedpolariserings-prismen (18) for å skifte polarlsasjonstllstanden til lyset i den kombinerte strålen.

5 . Projektor ifølge krav 4 hvor den enhetlige forpolariserende prismeenheten (10) er karakterisert ved et første farvefilter (12) for å reflektere fra en inngangsstråle med ikke-polarisert hvitt lys, lys av en tredje farve (B) og sending av lys av en første (R) og en andre (G) farve i en kombinert stråle langs den første optiske bane, en første forpolarlsator (14) montert på det første filteret (12) for å fjerne fra den kombinerte strålen lys av den andre farven (G) og den første polarlsasjonstllstanden (S), og en andre forpolarlsator (16) montert på den første forpolarisatoren (14) for å fjerne fra den kombinerte strålen lys av den første farven (R) på den andre polarlsasjonstllstanden (P).

6. Projektor ifølge krav 5, karakterisert ved innretning for å sende lys av en av polarlsasjonstllstanden (S, P) og reflektering av lyset i den andre polarlsasjonstllstanden .