RU2172009C2 - Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device - Google Patents
Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2172009C2 RU2172009C2 RU97101856/28A RU97101856A RU2172009C2 RU 2172009 C2 RU2172009 C2 RU 2172009C2 RU 97101856/28 A RU97101856/28 A RU 97101856/28A RU 97101856 A RU97101856 A RU 97101856A RU 2172009 C2 RU2172009 C2 RU 2172009C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- holograms
- spectral composition
- source
- holographic device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к голографическому устройству формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава и, в частности, к такому устройству, предназначенному для проекции изображений, отображаемых на матричном жидкокристаллическом экране. The invention relates to a holographic device for generating at least one light beam of a given spectral composition and, in particular, to such a device for projecting images displayed on a matrix liquid crystal screen.
Такое устройство, содержащее источник белого света, объемную фазовую голограмму, освещенную вышеуказанным источником и зарегистрированную таким способом, что на ней происходит разложение света в непрерывный спектр от красного до синего, известно из статьи, названной "Compact Spatio-Chromatic Single-LCD Projection Architecture" Loiseaux и др. (публикация S7-4 конференции ASIA DISPLAY 95, прошедшей в Hamamatsu, Япония, в 1995 году). В результате диспергированный пучок освещает растр цилиндрических микролинз под переменным углом падения, зависящим от длины волны. В фокальной плоскости каждой микролинзы строится спектр падающего света, пространственно распределенный по трем колонкам ячеек напротив микролинзы. Дисперсия голограммы, фокус и шаг растра микролинз выбраны таким образом, чтобы цветовой состав света, освещающего каждую из трех колонок ячеек напротив каждой микролинзы соответствовал красной, зеленой и синей областям спектра соответственно. Названные ячейки - это жидкокристаллические ячейки, образующие часть матричного экрана на таких ячейках. Каждый элемент изображения, формируемого этим экраном, образуется тремя ячейками, или пикселом. Они пропускают или не пропускают свет, идущий от голограммы на объектив, который проектирует увеличенное изображение картинки, отображаемой на экране, на непрозрачную или просвечивающую поверхность наблюдения. Такое устройство позволяет увеличивать долю полезно используемого света, излучаемого источником и освещающего жидкокристаллические ячейки экрана, и, следовательно, яркость изображения, проектируемого на поверхность наблюдения, по сравнению с яркостью, достигаемой в обычных проекторах, содержащих матрицы цветных фильтров, помещенных вплотную к жидкокристаллическому экрану. Such a device containing a white light source, a three-dimensional phase hologram illuminated by the above source and registered in such a way that it decomposes the light into a continuous spectrum from red to blue, is known from the article entitled "Compact Spatio-Chromatic Single-LCD Projection Architecture" Loiseaux et al. (Publication of the S7-4 ASIA DISPLAY 95 conference, held in Hamamatsu, Japan, in 1995). As a result, the dispersed beam illuminates the raster of cylindrical microlenses at a variable angle of incidence, depending on the wavelength. In the focal plane of each microlens, an incident light spectrum is constructed, spatially distributed over three columns of cells opposite the microlens. The hologram dispersion, focus and pitch of the microlens raster are selected so that the color composition of the light illuminating each of the three columns of cells opposite each microlens corresponds to the red, green, and blue regions of the spectrum, respectively. The named cells are liquid crystal cells that form part of the matrix screen on such cells. Each element of the image formed by this screen is formed by three cells, or a pixel. They allow or do not allow light coming from the hologram to the lens, which projects an enlarged image of the image displayed on the screen onto an opaque or translucent observation surface. Such a device makes it possible to increase the fraction of useful light emitted by the source and illuminating the liquid crystal cells of the screen, and therefore, the brightness of the image projected onto the observation surface compared to the brightness achieved in conventional projectors containing color filter arrays placed close to the liquid crystal screen.
Устройство, описанное в вышеупомянутой публикации, может использоваться только с жидкокристаллическими экранами, в которых ячейки, образующие пиксел изображения, для красной, зеленой и синей составляющих выстроены вдоль линии, перпендикулярной к направлению ориентации цилиндрических микролинз в растре. Таким образом, такое устройство не может быть использовано, когда ячейки такого триплета расположены, например, при вершинах треугольника, как это часто встречается. The device described in the aforementioned publication can only be used with liquid crystal screens in which the cells forming the image pixel for the red, green and blue components are aligned along a line perpendicular to the orientation direction of the cylindrical microlenses in the raster. Thus, such a device cannot be used when the cells of such a triplet are located, for example, at the vertices of a triangle, as is often the case.
Наиболее близким по технической сущности является известное из международной заявки на патент WO 92/09915 устройство освещения трехцветного экрана на жидких кристаллах. Для проекции изображения, отображенного на этом экране, такое устройство содержит три ансамбля призм и голограмм, причем голограммы освещены под углом падения 45o, при котором их угловая селективность высока; каждый ансамбль связан с одной из монохромных компонент изображения. Кроме того, названное устройство содержит систему зеркал для освещения жидкокристаллического экрана излучением, идущим от трех ансамблей. Свет, подвергшийся обработке этими тремя ансамблями, исходит из одного источника, который должен обеспечивать формирование пучка лучей малой расходимости. Следовательно, этот источник должен быть точечным, что предопределяет его малый срок службы и ограниченную мощность. Кроме того, свет, проходящий через три ансамбля, проходит также через многочисленные границы раздела сред и, следовательно, несет потери, вызванные паразитными отражениями от голограмм и от поверхностей призм. Наконец, описанная система является громоздкой и, следовательно, ее включение в проектор, предназначенный для широкого потребления, затруднено.The closest in technical essence is known from the international patent application WO 92/09915 a lighting device for a three-color screen on liquid crystals. For the projection of the image displayed on this screen, such a device contains three ensembles of prisms and holograms, and the holograms are illuminated at an incidence angle of 45 o , at which their angular selectivity is high; each ensemble is associated with one of the monochrome components of the image. In addition, the named device contains a system of mirrors for illuminating the liquid crystal screen with radiation coming from three ensembles. The light processed by these three ensembles comes from one source, which should ensure the formation of a beam of rays of small divergence. Therefore, this source must be point-like, which determines its short service life and limited power. In addition, light passing through three ensembles also passes through numerous media interfaces and, therefore, suffers losses caused by spurious reflections from holograms and from the surfaces of prisms. Finally, the described system is cumbersome and, therefore, its inclusion in the projector, intended for wide consumption, is difficult.
Задачей настоящего изобретения является реализация голографического устройства (формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава, которое предназначено, в частности, для использования в проекторах трехцветных изображений с матричным экраном, состоящим из жидкокристаллических ячеек, и свободного от недостатков описанных выше аналогов. Чтобы достигнуть этого, такое устройство должно обеспечивать эффективное использование световой энергии реального, не точечного, источника белого света и минимизировать световые потери на отражение или рассеяние, имея малые габариты, что облегчает его включение в состав проектора изображений. The present invention is the implementation of a holographic device (the formation of at least one light beam of a given spectral composition, which is intended, in particular, for use in projectors tri-color images with a matrix screen consisting of liquid crystal cells, and free from the disadvantages of the above analogues. To achieve this , such a device should ensure the efficient use of light energy of a real, non-point, white light source and minimize nels reflection loss or dispersion having a small size, which facilitates its incorporation into the image projector.
Задачей настоящего изобретения является также реализация такого устройства, которое было бы совместимо с жидкокристаллическим матричным экраном, в котором ячейки, соответствующие пикселу отображаемого изображения не расположены в линейку, а установлены, например, при вершинах треугольника. The present invention is also the implementation of such a device that would be compatible with a liquid crystal matrix screen, in which the cells corresponding to the pixel of the displayed image are not arranged in a line, but are installed, for example, at the vertices of the triangle.
Эти задачи изобретения, а также некоторые другие, которые будут ясны из нижеследующего описания, решаются тем, что, в голографическом устройстве для формирования как минимум одного пучка света заданного спектрального состава, содержащем зеркало и голограммы, зеркало (7) выполнено плоским и образовано смежными, поочередно прозрачными (6i) и отражающими (5i) участками, голограммы, являющиеся как минимум первой (4) и второй (4') выполнены в виде идентичных отражательных голограмм, каждая из которых порождает как минимум один дифрагированный пучок вышеуказанного спектрального состава, устройство также содержит источник света (1) для освещения названных голограмм (4,4'), посредством названного зеркала (7), под углом падения, близким к нормальному, названные голограммы (4,4') расположены симметрично относительно плоскости названного зеркала (7) так, чтобы быть освещенными посредством прозрачных (6i) и отражающих (5i) участков соответственно зеркала (7) и так, чтобы пучки, дифрагированные первой (4) и второй (4') голограммами были бы отражены и пропущены соответственно отражающими (5i) и прозрачными (6i) участками соответственно зеркала (7), чтобы объединиться в сплошной пучок света вышеуказанного спектрального состава.These objectives of the invention, as well as some others, which will be clear from the following description, are solved by the fact that, in a holographic device for forming at least one light beam of a given spectral composition, containing a mirror and holograms, the mirror (7) is made flat and formed adjacent alternately transparent (6 i) and reflecting (5 i) portions of the hologram are at least a first (4) and second (4 ') are designed as identical reflection holograms, each of which generates at least one diffracted sheaves to the above spectral composition, the device also contains a light source (1) for illuminating the named holograms (4.4 '), by means of the named mirror (7), at an incidence angle close to normal, the named holograms (4.4') are located symmetrically with respect to planes of said mirror (7) so as to be illuminated by transparent (6 i ) and reflecting (5 i ) sections of mirror (7), respectively, and so that beams diffracted by the first (4) and second (4 ') holograms are reflected and passed respectively reflecting (5 i) and Transp GOVERNMENTAL (6 i) areas, respectively, of mirror (7), to join together in a continuous light beam of the aforementioned spectral composition.
Задачи решаются также тем, что названные чередующиеся участки зеркала (7) имеют форму полос (5i, 6i) с прямолинейными границами, параллельными ребру двугранного угла, ограниченного плоскостями голограмм (4,4').The problems are also solved by the fact that the said alternating sections of the mirror (7) are in the form of strips (5 i , 6 i ) with rectilinear boundaries parallel to the edge of the dihedral angle bounded by the planes of the holograms (4.4 ').
Задачи решаются также тем, что названные прозрачные и отражающие участки зеркала (7) расположены в шахматном порядке. The tasks are also solved by the fact that the aforementioned transparent and reflective sections of the mirror (7) are staggered.
Задачи решаются также тем, что зеркало (7) наклонено к оси пучка света, испущенного источником (1) под углом β таким, что пучок света вышеуказанного спектрального состава, который выходит из устройства, значительно наклонен к оси пучка, испущенного источником (1). The problems are also solved by the fact that the mirror (7) is inclined to the axis of the beam of light emitted by the source (1) at an angle β such that the light beam of the above spectral composition that leaves the device is significantly inclined to the axis of the beam emitted by the source (1).
Задачи решаются также тем, что оно содержит линзу (2) для коллимации света, идущего от источника (1). The problems are also solved by the fact that it contains a lens (2) for the collimation of light coming from the source (1).
Задачи решаются также тем, что часть пучка, испущенного источником (1), пропущенная или отраженная зеркалом (7), дифрагируется голограммой (4,4'), которую она освещает под углом θ таким, что она отражается или пропускается соответственно участком (5i, 6i) зеркала (7), смежным с тем, который пропустил или отразил соответственно названную часть пучка от источника.The problems are also solved by the fact that part of the beam emitted by the source (1), transmitted or reflected by the mirror (7), is diffracted by a hologram (4.4 '), which it illuminates at an angle θ such that it is reflected or transmitted, respectively, by the section (5 i , 6 i ) mirrors (7) adjacent to the one that missed or reflected the named part of the beam from the source, respectively.
Задачи решаются также тем, что каждая из голограмм (4,4') формирует как минимум два дифрагированных пучка, имеющие каждый заданный спектральный состав, причем углы дифракции двух пучков таковы, что следы центральных лучей названных дифрагированных пучков в плоскости зеркала (7) лежат на оси одного и того же участка зеркала. The problems are also solved by the fact that each of the holograms (4.4 ') forms at least two diffracted beams having each given spectral composition, and the diffraction angles of two beams are such that the traces of the central rays of these diffracted beams in the mirror plane (7) lie on axis of the same mirror section.
Задачи решаются также тем, что каждая из голограмм (4,4'), кроме того, формирует третий дифрагированный пучок, имеющий заданный спектральный состав; угол дифракции θ1 этого третьего пучка таков, что след его центрального луча в плоскости зеркала (7) лежит на оси участка этого зеркала, ближайшего к участку того же функционального назначения и содержащего следы центральных лучей двух других дифрагированных пучков.The problems are also solved by the fact that each of the holograms (4.4 '), in addition, forms a third diffracted beam having a given spectral composition; the diffraction angle θ 1 of this third beam is such that the trace of its central ray in the plane of the mirror (7) lies on the axis of the portion of this mirror closest to the region of the same function and containing traces of the central rays of two other diffracted beams.
Задачи решаются также тем, что отражающие (5i) и прозрачные (6i) участки зеркала (7) имеют ширины l(5i) и l(6i) такие, что:
,
,
где L0 - максимальное расстояние от зеркала (7) до любой одной из голограмм, i - номер рассматриваемого участка (5i, 6i), возрастающий от полос 50 и 60, расположенных на расстоянии L0 от голограмм, θ - угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость, перпендикулярную зеркалу (7), β - угол падения пучка, идущего от источника (1), на это зеркало.The problems are also solved by the fact that the reflecting (5 i ) and transparent (6 i ) sections of the mirror (7) have widths l (5 i ) and l (6 i ) such that:
,
,
where L 0 is the maximum distance from the mirror (7) to any one of the holograms, i is the number of the considered section (5 i , 6 i ), increasing from the
Задачи решаются также тем, что отражающие (5i) и прозрачные (6i) участки зеркала (7) имеют ширины l(5i) и l(6i), промежуточные между значениями, полученными из формул пункта 7 для углов θ и θ1 соответственно.The problems are also solved by the fact that the reflecting (5 i ) and transparent (6 i ) sections of the mirror (7) have the widths l (5 i ) and l (6 i ) intermediate between the values obtained from the formulas of
Задачи решаются также тем, что проектор изображений, отображаемых на матричном экране (12) с жидкокристаллическими ячейками (15R, 15V, 15B), помещенном вплотную к растру (13) оптических микролинз, установленных для фокусировки каждой из них как минимум одного пучка света (16R, 16V, 16B) заданного спектрального состава на соответствующей ячейке (15R, 15V, 15B) экрана (12), содержит голографическое устройство по любому из пунктов с 1 по 8 для освещения линз (14ij) растра (13) как минимум одним пучком света заданного спектрального состава.The problems are also solved by the fact that the projector of images displayed on a matrix screen (12) with liquid crystal cells (15 R , 15 V , 15 B ) placed close to the raster (13) of optical microlenses installed to focus each of them at least one beam light (16 R , 16 V , 16 B ) of a given spectral composition on the corresponding cell (15 R , 15 V , 15 B ) of the screen (12), contains a holographic device according to any one of items 1 to 8 for lighting lenses (14 ij ) raster (13) with at least one light beam of a given spectral composition.
Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений матричный экран (12) состоит из групп расположенных в линейку ячеек (15R, 15V, 15B), причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране (12).The problems are also solved by the fact that in the image projector the matrix screen (12) consists of groups of cells located in a line (15 R , 15 V , 15 B ), each group corresponding to an image element displayed on the screen (12).
Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений матричный экран (12) состоит и; групп ячеек (15R, 15V, 15B), расположенных не на одной прямой, причем каждая группа соответствует элементу изображения, отображенного на экране.The problems are also solved by the fact that in the image projector the matrix screen (12) consists of and; groups of cells (15 R , 15 V , 15 B ) located not on one straight line, and each group corresponds to an image element displayed on the screen.
Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений ячейки (15R, 15V, 15B) каждой группы расположены в конфигурации "Δ".
Задачи решаются также тем, что в проекторе изображений голографическое устройство формирует три пучка света: красный, зеленый и синий соответственно.The tasks are also solved by the fact that in the image projector the cells (15 R , 15 V , 15 B ) of each group are located in the "Δ" configuration.
The tasks are also solved by the fact that in the image projector, a holographic device generates three beams of light: red, green and blue, respectively.
Устройство согласно изобретению находит применение в проекторе изображений, отображаемых на жидкокристаллическом матричном экране, помещенном вплотную к растру оптических микролинз, установленных для фокусировки каждой из них как минимум одного пучка света заданного спектрального состава на соответствующую ячейку экрана; этот проектор включает в себя голографическое устройство согласно изобретению для освещения растра линз как минимум одним пучком света заданного спектрального состава. The device according to the invention finds use in a projector of images displayed on a liquid crystal matrix screen placed close to the raster of optical microlenses installed to focus each of them at least one light beam of a given spectral composition on the corresponding screen cell; this projector includes a holographic device according to the invention for illuminating a raster of lenses with at least one light beam of a given spectral composition.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут изложены в описании со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:
- фиг. 1 - график, представляющий зависимость угловой селективности отражательной голограммы от угла падения пучка лучей, освещающего голограмму; он используется для объяснения работы устройства согласно данному изобретению,
- фиг.2 - схема устройства согласно изобретению в осевом разрезе,
- фиг.3 - схема проектора изображений, снабженного устройством согласно изобретению.Other characteristics and advantages of the present invention will be described in the description with reference to the drawings, which represent the following:
- FIG. 1 is a graph representing the dependence of the angular selectivity of a reflective hologram on the angle of incidence of a beam of rays illuminating the hologram; it is used to explain the operation of the device according to this invention,
- figure 2 - diagram of a device according to the invention in axial section,
- figure 3 is a diagram of an image projector equipped with a device according to the invention.
Из приложенного фиг. 1 ясно, что угловая селективность Δθ т.е. угловое отклонение от Брэгговского падения, соответствующее падению КПД отражательной голограммы до уровня 50% своего максимального значения, есть функция, с одной стороны, оптимального угла падения i освещающего голограмму пучка и, с другой стороны, толщины слоя, в котором зарегистрирована вышеуказанная голограмма. Из этого графика вытекает, что угол Δθ максимален, когда луч падает по нормали (i=0o) к плоскости голограммы. Для голограммы толщиной 10 мкм Δθ следовательно составляет около 12o. Это практически означает, что КПД голограммы остается высоким, когда угол падения освещающего голограмму пучка не отклоняется от нормали на угол, превышающий 12o. Понятно, что такой допуск особенно благоприятен, когда пучок, освещающий голограмму, испущен реальным, не точечным, источником и, следовательно, имеет существенную расходимость, что является наиболее распространенным случаем.From the attached FIG. 1 it is clear that the angular selectivity Δθ i.e. the angular deviation from the Bragg drop corresponding to the drop in the efficiency of the reflective hologram to the level of 50% of its maximum value is a function, on the one hand, of the optimal angle of incidence i illuminating the hologram of the beam and, on the other hand, of the thickness of the layer in which the above hologram is recorded. From this graph it follows that the angle Δθ is maximum when the beam falls along the normal (i = 0 o ) to the plane of the hologram. For a hologram with a thickness of 10 μm, Δθ is therefore about 12 o . This practically means that the efficiency of the hologram remains high when the angle of incidence of the beam illuminating the hologram does not deviate from the normal by an angle exceeding 12 o . It is clear that such a tolerance is especially favorable when the beam illuminating the hologram is emitted by a real, non-point source, and therefore has a significant divergence, which is the most common case.
Отметим также, что, как следует из фиг. 1, при падении освещающего голограмму пучка, существенно отличающимся от нормального, угол Δθ сильно уменьшается. Так, например, при угле падения i=45o, соответствующем углу падения, использованном в устройстве, описанном в вышеуказанной заявке на патент WO 92/09915, угловая селективность характеризуется углом Δθ порядка 2o для голограммы толщиной 10 мкм. При таком угле падения для формирования восстанавливающего пучка необходимо использовать существенно менее протяженный и, следовательно, менее мощный источник, чем при нормальном падении. Измерение спектральной селективности голограммы как функции угла падения пучка также показывает, что она почти не меняется при изменении угла падения от i=45o до нормального падения. Используем отмеченные особенности в устройстве согласно изобретению, которое теперь опишем в связи с рассмотрением фиг. 2.Note also that, as follows from FIG. 1, when the beam illuminating the hologram falls significantly different from normal, the angle Δθ decreases significantly. So, for example, when the angle of incidence i = 45 o corresponding to the angle of incidence used in the device described in the above patent application WO 92/09915, the angular selectivity is characterized by an angle Δθ of the order of 2 o for a hologram with a thickness of 10 μm. At this angle of incidence, the formation of a regenerating beam requires the use of a substantially less extended and, therefore, less powerful source than with normal incidence. Measurement of the spectral selectivity of the hologram as a function of the angle of incidence of the beam also shows that it almost does not change when the angle of incidence from i = 45 o to normal incidence. We use the noted features in the device according to the invention, which we will now describe in connection with the consideration of FIG. 2.
На этом чертеже схематически представлен источник света 1, который может быть не точечным, излучение этого источника, коллимируемое линзой 2, ось 3 коллимированного пучка, который освещает отражательную голограмму 4 после прохождения между участками 51, 52 и т.д. в форме полос, отражающих с обеих сторон и заключенных каждая между пропускающими участками 61, 62 и т.д. в форме полос плоскою зеркала, образованного прозрачной подложкой, на которой закреплены вышеуказанные отражающие полосы. Отражающие полосы также могут быть локализованы между двумя опорными прозрачными пластинами, внешние стороны которых могут пройти противоотражательную обработку. Границы, разделяющие полосы 5i, и 6i, прямолинейны и перпендикулярны плоскости фиг. 2.This drawing schematically shows a light source 1, which may not be point, the radiation of this source, collimated by lens 2, the
Согласно изобретению поверхность голограммы 4 перпендикулярна оси 3 пучка, испущенного источником 1. Голограмма 4 зарегистрирована таким образом, что часть светового потока от источника, здесь в виде парциальных пучков, которые проходят через прозрачные участки 6, порождает парциальные дифрагированные пучки, наклоненные под углом дифракции θ к нормали к поверхности голограммы; этот угол θ выбран таким образом, чтобы каждый парциальный дифрагированный пучок попадал бы на поверхность отражающей полосы 5i зеркала 7, смежной с прозрачной полосой 6i, через которую прошел падающий на голограмму парциальный пучок, породивший этот дифрагированный парциальный пучок.According to the invention, the surface of the hologram 4 is perpendicular to the
Парциальные дифрагированные пучки, параллельные направлению оси 8 центрального парциального пучка (см. фиг. 2), отсылаются затем полосами 5i; зеркала 7 в направлении 9, к выходному устройству (не представленному здесь), например к жидкокристаллическому матричному экрану, как это будет видно из дальнейшего рассмотрения.Partial diffracted beams parallel to the direction of
Таким образом, устройство согласно изобретению обладает следующими преимуществами. С одной стороны, оно наилучшим образом использует световую энергию, излученную не точечным источником 1, из-за нормального падения пучка 3 на голограмму, но причинам, указанным в связи с анализом фиг. 1. С другой стороны, пучок нулевого порядка, отраженный голограммой 4 в направлении нормали к ней, возвращается обратно к источнику 1, через прозрачные участки 6i полосчатого зеркала 7, без паразитных отражений этого пучка в устройстве, способных загрязнить полезный пучок 9.Thus, the device according to the invention has the following advantages. On the one hand, it makes the best use of the light energy emitted by a non-point source 1, due to the normal incidence of the
Кроме того, оно имеет значительно меньшие габариты, чем обычное устройство, лишенное полосчатого зеркала 7. Действительно, в этом последнем, при желании сохранить преимущества малой угловой селективности голограмм, освещенных под нормальным углом падения, дифрагированный пучок 8 можно использовать только тогда, когда он достаточно удален от оси 3 падающего пучка, чтобы можно было разместить на пути пучка 8 выходное устройство, такое как, например, матричный экран на жидких кристаллах. Тогда расстояние, разделяющее источник 1 и голограмму 4, должно быть большим. Благодаря полосчатому зеркалу устройства согласно изобретению дифрагированный пучок отсылается в направлении оси 9, сильно наклоненной к оси 3. Тогда этим пучком можно осветить матричный экран на жидких кристаллах, расположенный достаточно близко к зеркалу; расстояние, разделяющее источник 1 и голограмму, может быть уменьшено; эти два фактора позволяют реализовать очень компактное устройство, совместимое, например, с проектором, предназначенным для широкого потребления, как будет видно в дальнейшем. In addition, it has significantly smaller dimensions than a conventional device devoid of a
Ясно, что голограмма 4 устройства, изображенного на фиг. 2, позволяет формировать и направлять в направлении оси 9 только дискретные парциальные пучки, дифрагированные голограммой 4. Во многих случаях использования и особенно в случае, касающемся проекции изображений с матричного экрана на жидких кристаллах, нужно располагать сплошным дифрагированным пучком. Для этого согласно изобретению в устройстве устанавливают вторую голограмму 4', идентичную голограмме 4; две голограммы располагают в плоскостях, симметричных относительно плоскости полосчатого зеркала 7, при этом ребро двугранного угла, ограниченного плоскостями этих голограмм, параллельно границам, разделяющим прозрачные и отражающие участки зеркала. Таким образом, как представлено на фиг. 2, часть 3 коллимированного светового потока от источника, которая не освещают голограмму 4, отражается от полос 5i, к голограмме 4' в направлении 10. Голограмма 4' посылает обратно в направлении 11 дифрагированные парциальные пучки; эти парциальные пучки проходят через прозрачные полосы 6i зеркала 7, чтобы заполнить промежутки между парциальными пучками, отраженными в направлении 9, параллельном направлению 11. Понятно, поэтому, что дифрагированный пучок света, выходящий из устройства, является сплошным и имеет везде заданный спектральный состав.It is clear that the hologram 4 of the device shown in FIG. 2, it allows only discrete partial beams diffracted by hologram 4 to be formed and directed in the direction of axis 9. In many cases of use, and especially in the case concerning the projection of images from a matrix screen on liquid crystals, it is necessary to have a continuous diffracted beam. For this, according to the invention, a second hologram 4 'is installed in the device, identical to hologram 4; two holograms are placed in planes symmetrical with respect to the plane of the banded
На фиг. 2 зеркало 7 представлено наклоненным под 45o к оси 3 пучка, испущенного источником 1, в таком случае голограммы 4 и 4' оказываются расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Однако понятно, что наклон β зеркала 7 к оси 3 может быть отличным от 45o, при выполнении условия нормального падения пучков, испущенных источником 1, на голограммы 4 и 4'.In FIG. 2, the
Проектор, изображенный на фиг. 3, включает, по существу, жидкокристаллический матричный экран 12, помещенный вплотную к растру 13 микролинз 14ij, предназначенному для фокусировки пучков 16R, 16V, 16B красного, зеленого и синего света, соответственно, на соответствующие ячейки экрана 12. Три жидкокристаллические ячейки, такие как 15R, 15V, 15B, сгруппированные в конфигурации Δ , вместе составляют элемент цветного изображения (пиксел); эти ячейки избирательно управляют прохождением через них пучков света 16R, 16V, 16B соответственно к объективу 17, проецирующему свет, пропущенный экраном 12, на непрозрачную или просвечивающую поверхность (не представлена), где формируется увеличенное изображение, наблюдаемое пользователями проектора.The projector shown in FIG. 3 includes a substantially liquid
Этот проектор оснащен устройством формирования трех пучков красного, синего и зеленого излучения согласно изобретению, включающем источник света 1, голограммы 4 и 4' и зеркало 7 устройства, изображенного на фиг. 2. На фиг. 3 схематически показано изменение ширины полос 5i и 6i, зеркала 7, которая прогрессивно уменьшается в направлении участков, наименее удаленных от голограмм 4 и 4', что соответствует уравнениям, приведенным ниже.This projector is equipped with a device for generating three beams of red, blue and green radiation according to the invention, including a light source 1, holograms 4 and 4 'and a
Из фиг. 2 вытекает, что расстояние, измеренное вдоль луча, дифрагированного любой одной из голограмм 4, 4', между его точкой эмиссии с голограммы и его точкой отражения или прохождения через зеркало 7 изменяется в сечении дифрагированного пучка плоскостью чертежа. Из этого следует, что ширина полос 5i и 6i не может быть постоянной, принимая в расчет постоянство угла дифракции θ Показано, что ширины l(5i) и l(6i) полос 5i, и 6i, задаются следующими выражениями:
,
,
где L0 - это максимальное расстояние от зеркала до любой одной из голограмм, i - номер рассматриваемой полосы, возрастающий от полос 50 и 60, расположенных на расстоянии L0 от голограмм, θ - угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость чертежа, β - угол падения пучка 1 на зеркало 7, равный наклону этого зеркала к оси этого пучка.From FIG. 2 it follows that the distance measured along the beam diffracted by any one of the holograms 4, 4 ′ between its point of emission from the hologram and its point of reflection or passage through the
,
,
where L 0 is the maximum distance from the mirror to any one of the holograms, i is the number of the strip in question, increasing from the
Опишем работу устройства. Устройство позволяет формировать несколько пучков, света различных спектральных составов, например, пучки красного, зеленого и синего цвета, полезные в случае использования изобретения, который будет упомянут в связи с фиг. 3. Для этого, источник 1 может излучать белый свет и голограммы 4, 4' могут быть записаны так, чтобы формировать три дифрагированных пучка, например красного, зеленого и синего света; эти пучки дифрагируются по направлениям, которые совпадают в проекции на плоскость чертежа, но которые различаются в проекции на плоскость, перпендикулярную плоскости чертежа (плоскость зеркала 7, например). Понятно, что парциальные пучки трех цветов отражаются или пропускаются одними и теми же полосами зеркала 7. Сформированными таким образом на выходе устройства тремя пучками с копланарными осями можно корректно осветить жидкокристаллические ячейки матричного экрана, в котором пиксел изображения образован тремя линейно расположенными ячейками, управляющими прохождением излучения красного, зеленого или синего цвета, соответственно, к поверхности, на которую проецируется с увеличением изображение, сформированное на жидкокристаллическом экране. We describe the operation of the device. The device allows the formation of several beams, light of various spectral compositions, for example, beams of red, green and blue, useful in the case of using the invention, which will be mentioned in connection with FIG. 3. For this, the source 1 can emit white light and holograms 4, 4 'can be recorded so as to form three diffracted beams, for example red, green and blue light; these beams are diffracted in directions that coincide in the projection onto the plane of the drawing, but which differ in projection onto a plane perpendicular to the plane of the drawing (
Однако это расположение пучков неприемлемо, когда вышеуказанные ячейки расположены не в линейку а, например, при вершинах треугольника, согласно конфигурации, названной "Δ". Устройство согласно настоящему изобретению применимо для освещения экрана, в котором ячейки расположены в этой конфигурации, как это будет объяснено в связи с рассмотрением фиг. 3, на котором представлена оптическая часть проектора цветных изображений, отображаемых на жидкокристаллическом экране: проектор улучшен включением устройства согласно изобретению. However, this arrangement of the beams is unacceptable when the above cells are not arranged in a ruler, but, for example, at the vertices of a triangle, according to a configuration called "Δ". The device according to the present invention is applicable for illuminating a screen in which cells are arranged in this configuration, as will be explained in connection with the consideration of FIG. 3, which shows the optical part of the projector of color images displayed on a liquid crystal screen: the projector is improved by turning on the device according to the invention.
Из схемы, представленной на фиг. 3 для ячеек 15R, 15V, 15B, например, вытекает, что микролинза 1411 растра 13 фокусирует пучки света 16R, 16V, 16B на ячейках 15R, 15V, 15B соответственно, при этом оси пучков 16R и 16V расположены в одной и той же плоскости, пересекающей одну и ту же полосу 52, тогда как пучок 16B распространяется от полосы 51 того же функционального назначения, ближайшей к полосе 52. Очевидно, что прозрачные полосы 6i используются таким же образом, что и отражающие полосы 5i, как показано на чертеже в связи с микролинзой 1414 растра 13. Этот результат достигнут попросту путем задания соответствующего угла дифракции θ1 (см. фиг. 2) излучения синего цвета, на голограммах 4,4', отличного от углов дифракции пучков красного и зеленого цветов и выбранных так, чтобы пучок 16B, например, отражался бы от полосы 51 тогда как пучки 16R, 16V отражались бы от полосы 52. Понятно, что таким образом одна и та же микролинза, например 1411, фокусирует пучки красного, зеленого и синего света на три ячейки 15R, 15V, 15B, расположенные в конфигурации Δ, как представлено на фиг. 3. Именно в этом состоит важное преимущество устройства согласно изобретению перед устройством, описанным в публикации конференции ASIA DISPLAY 95, упомянутой выше, которое может быть использовано только вместе с матричными экранами, в которых ячейки, соответствующие одному элементу изображения, расположены в линию. Это расположение, впрочем, совместимо, как было показано выше, с другим способом реализации устройства согласно изобретению.From the circuit shown in FIG. 3 for cells 15 R , 15 V , 15 B , for example, it follows that the microlens 14 11 of the
Из приведенных выше формул вытекает, что ширина l(5i) или l(6i) полос зеркала 7 есть функция угла дифракции. При использовании как минимум двух значений этого угла, как в данном случае, когда ячейки расположены в конфигурации Δ, вычисления дают два значения ширины для каждой полосы зеркала. Для нее выбирают значение, промежуточное между двумя рассчитанными значениями, обеспечивая минимальное ухудшение параметров устройства.It follows from the above formulas that the width l (5 i ) or l (6 i ) of the bands of
Из всего сказанного вытекает, что устройство согласно изобретению обладает искомыми преимуществами, а именно: эффективным использованием световой энергии, испущенной протяженным, то есть не точечным, источником; компактностью, обеспечивающей его совместимость с проекторами, предназначенными именно для широкого потребления, исключением паразитного излучения, вызванного пучками нулевого порядка дифракции используемых голограмм, посредством отражения этого света непосредственно к источнику. Кроме того, устройство согласно изобретению, которое исключает применение растра фильтров, обычно используемых для спектральной селекции излучения, проходящего через ячейки матричного экрана, обладает высокой световой эффективностью, которая обеспечивает формирование с помощью проектора, оборудованного этим устройством, яркого и насыщенного цветного изображения. From the foregoing, it follows that the device according to the invention has the desired advantages, namely: the efficient use of light energy emitted by an extended, that is, not a point source; compactness, ensuring its compatibility with projectors designed specifically for widespread consumption, with the exception of spurious radiation caused by beams of zero diffraction order of the holograms used, by reflecting this light directly to the source. In addition, the device according to the invention, which eliminates the use of a raster of filters, usually used for spectral selection of radiation passing through the cells of the matrix screen, has high luminous efficiency, which ensures the formation of a bright and saturated color image using a projector equipped with this device.
Изобретение не ограничено описанными и изображенными способами реализации, которые были приведены только в качестве примеров. Так, например, полосчатое зеркало может быть заменено зеркалом, состоящим из участков, соответственно прозрачных и отражающих, расположенных в шахматном порядке, но в разрезе сохраняющим расположение, представленное на фиг. 2. Участки полосчатого зеркала и парциальные пучки, описанные выше, становятся тогда прерывистыми в направлении, перпендикулярном плоскости фиг. 2 без изменения их свойств и расчета их размеров в проекции на плоскость чертежа. The invention is not limited to the described and depicted implementation methods, which were given only as examples. Thus, for example, a banded mirror can be replaced by a mirror consisting of sections, respectively transparent and reflective, arranged in a checkerboard pattern, but in a section preserving the arrangement shown in FIG. 2. The banded mirror portions and partial beams described above then become discontinuous in a direction perpendicular to the plane of FIG. 2 without changing their properties and calculating their sizes in projection onto the plane of the drawing.
Можно было бы также, например, полезно использовать возможную высокую спектральную селективность голограмм устройства согласно изобретению и малую угловую селективность этих голограмм, для того чтобы собирать и обрабатывать световой сигнал, идущий от удаленного и подвижного источника, такого как отражатель лазерного излучения, установленный на спутнике. It would also be useful, for example, to use the possible high spectral selectivity of the holograms of the device according to the invention and the small angular selectivity of these holograms in order to collect and process the light signal coming from a remote and moving source, such as a laser reflector mounted on a satellite.
Claims (15)
где Lo - это максимальное расстояние от зеркала (7) до любой одной из голограмм;
i - номер рассматриваемого участка (5i 6i), возрастающий от полос 50 и 60, расположенных на расстоянии Lo от голограмм;
θ - угол дифракции, измеренный в проекции на плоскость, перпендикулярную зеркалу (7);
β - угол падения пучка, идущего от источника (1), на это зеркало.9. The holographic device according to claim 7, characterized in that the reflecting (5 i ) and transparent (6 i ) sections of the mirror (7) have widths 1 (5 i ) and 1 (6 i ) such that
where L o is the maximum distance from the mirror (7) to any one of the holograms;
i is the number of the considered section (5 i 6 i ), increasing from the bands 5 0 and 6 0 located at a distance L o from the holograms;
θ is the diffraction angle measured in projection onto a plane perpendicular to the mirror (7);
β is the angle of incidence of the beam coming from the source (1) onto this mirror.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101856/28A RU2172009C2 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101856/28A RU2172009C2 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97101856A RU97101856A (en) | 1999-04-10 |
RU2172009C2 true RU2172009C2 (en) | 2001-08-10 |
Family
ID=35746987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97101856/28A RU2172009C2 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2172009C2 (en) |
-
1997
- 1997-02-07 RU RU97101856/28A patent/RU2172009C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10809541B2 (en) | Projection device and projection-type video display device | |
KR101001451B1 (en) | Illuminating optical system | |
JP3130315B2 (en) | Lighting equipment | |
US6402325B1 (en) | Illuminating optical system having multiple light sources and lenticular arrays for use with a projection-type display unit | |
JP2000503423A (en) | Display device and flat-screen television screen using this device | |
US6869189B2 (en) | Illumination optical unit employing dichroic mirror wheel and image display system including the illumination optical unit | |
EP0763945A2 (en) | Illumination optical system, projection optical system and display apparatus using the same | |
EP0460241A1 (en) | Optical apparatus for generating polarized light | |
JP2000504440A (en) | Image projection module and image projection apparatus provided with this module | |
JPH09288268A (en) | Liquid crystal display provided with off-axis full color holographic filter | |
US6301026B1 (en) | Holographic illumination device | |
US5653520A (en) | Liquid crystal display projector | |
JP4148490B2 (en) | Projection type display using polarization beam splitter | |
EP1382996B1 (en) | Illuminating optical system and projector | |
US20100118411A1 (en) | Integrator and illuminating apparatus using the integrator | |
US6024451A (en) | Illumination system and image projection device provided with such an illumination system | |
CN115356887A (en) | Lighting system | |
US6323896B1 (en) | Holographic device for formation of light beams with predetermined spectral compositions and projector of video images containing such a device | |
CN110531573B (en) | Light source device and projection type image display device | |
JPH05181135A (en) | Polarizing illuminating device and projection display device using it | |
RU2172009C2 (en) | Holographic device for formation of minimum one light beam of preset spectral composition and picture projector containing such a device | |
JP3433127B2 (en) | Image projection display device | |
EP1021745B1 (en) | Holographic device for formation of light beams with predetermined spectral compositions and projector of video images containing such a device | |
JPH11160791A (en) | Illumination optical device and projection display device using the same | |
US6798580B2 (en) | Projection type image display apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040208 |