DE4040081C2 - Stereoskopischer Projektor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen stereoskopischen Projektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher stereoskopischer Projektor ist aus der US 46 47 966 bekannt. Bei diesem Projektor wird das Licht einer Lichtquelle in einem Polarisationsstrahlenteiler in parallel zur optischen Achse der Lichtquelle verlaufende und senkrecht gerichtete Strahlen geteilt. Beide Strahlenbündel fallen auf senkrecht zueinander angeordnete reflektierende LCD-Schirme und werden von ihnen in den Polarisationsstrahlenteiler zurückgeworfen, in dem die ursprünglich parallel zur optischen Achse der Lichtquelle verlaufenden Strahlen nun ebenfalls senkrecht zu dieser Achse abgelenkt werden. Auf diese Weise treten die von beiden Schirmen reflektierten Strahlen parallel zueinander ausgerichtet in die Projektionslinse des Projektors ein und werden durch diese auf einem Schirm abgebildet. Eine solche Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß zwei Lichtquellen zum Projizieren des stereoskopen Bildes benötigt werden.

Ein anderer gattungsgemäßer stereoskopischer Projektor ist aus der Praxis bekannt und in den Fig. 1 und 2 beschrieben. Ein solcher Projektor umfaßt sphärische reflektierende Spiegel 1 und 1′, Lampen 2 und 2′, Kondensorsysteme 3 und 3′, LCD-Paneele 4 und 4′ sowie Projektionslinsen 5 und 5′.

Bei einem solchen herkömmlich ausgebildeten stereosko­ pischen Projektor wird das stereoskopische Bild dadurch erhalten, daß die Polarisationsrichtungen der projizierten Strahlen unter Verwendung von zwei Projektoren senkrecht zueinander gemacht werden und daß dann das Bild von einem rechten Projektor nur mit dem rechten Auge eines Betrachters und das Bild von einem linken Projektor nur mit dem linken Auge eines Betrachters beobachtet wird.

Bei einem derartigen Projektor werden die Lampen 2 und 2′ unabhängig voneinander betrieben. Wenn die Strahlen von den Lampen 2 und 2′ die LCD-Paneele 4 und 4′ passieren, werden sie in der Richtung einer Polarisationsachse von Polarisa­ tionsplatten 41 (Fig. 2), die an den LCD-Paneelen 4 und 4′ befestigt sind, polarisiert. Hierdurch geht etwa die Hälfte der von den Kondensorsystemen 3 und 3′ kondensierten Strahlen verloren, bevor diese die LCD-Paneele 4 und 4′ über eine Polarisationsplatte 41, die an der Lichtquel­ lenseite angeordnet ist, passiert haben. Ein solcher Licht­ verlust tritt auf, da ein Teil des Lichtes in der Form von Wärme an der Polarisationsplatte 41 an der Lichtquellenseite absorbiert wird. Hierdurch wird eine getrennte Kühlvor­ richtung zum Erhöhen des Kühlwirkungsgrades an den LCD- Paneelen 4 und 4′ erforderlich.

Des weiteren tritt bei einem derartigen herkömmlichen System ein Trapezverzerrungsphänomen (keystoning) auf, bei dem die beiden Bilder verzerrt werden, wenn ein Bild auf den Schirm 6 oder die Leinwand projiziert wird. Dies ist auf die Ver­ wendung von zwei Projektoren zurückzuführen und führt zu einer hohen Beanspruchung der Augen eines Betrachters. Es macht darüber hinaus ein kompliziertes Projektionslinsen­ antriebssystem erforderlich, um die beiden Bilder in Über­ einstimmung zu bringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stereoskopischen Projektor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Projektor vorrichtungstechnisch einfacher wird und mit gegenüber den bekannten Vorrichtungen verringertem Energiebedarf und Wärmeverlust arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Projektor der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die von der Lichtquelle des Kondensors abgesendeten Lichtstrahlen in einem ersten Polarisationsstrahlenteiler zum einen in Strahlen, die parallel zur optischen Achse (erste Linie) des Kondensorsystems verlaufen und zum anderen in Strahlen aufgeteilt werden, die senkrecht zur optischen Achse (zweite Linie) verlaufen und damit parallel zur optischen Achse eines Linsensystems gerichtet sind. Die parallel zur optischen Achse (erste Linie) verlaufenden Strahlen fallen auf den ersten Spiegel und werden von diesem zum ersten LCD-Paneel als parallel zur optischen Achse (zweite Linie) des Linsensystems verlaufende Strahlen reflektiert. Die das erste LCD-Paneel durchdringenden Strahlen passieren anschließend ohne weitere Ablenkung den zweiten Polarisationsstrahlenteiler und werden durch die Linsen auf dem Schirm abgebildet. Die Strahlen, die senkrecht zur optischen Achse (erste Linie) abgelenkt den ersten Polarisationsstrahlenteiler verlassen, treffen auf den zweiten Spiegel und werden von diesem auf das zweite LCD- Paneel reflektiert. Die das zweite LCD-Paneel durchdringenden Strahlen werden in dem Polarisationsstrahlenteiler dann um 45° abgelenkt, so daß sie ebenfalls parallel zur zweiten Linie gerichtet sind und durch diese auf den Schirm projiziert werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden Polarisationsstrahlenteiler in Verbindung mit entsprechend angeordneten Spiegeln ist es möglich, ohne aufwendige Steuereinrichtungen für das Projektionslinsensystem und bei geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ein stereoskopisches, mit Hilfe von lichtdurchlässigen LCD-Paneelen erzeugtes Bild abzubilden. Der Anteil des in Wärme umgesetzten Lichtes wird auf ein Minimum reduziert, so daß sich dieser Projektor auch für die Projektion stereoskopischer Bilder auf großflächigen Schirmen eignet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines herkömmlich ausgebilde­ ten stereoskopischen Projektors;

Fig. 2 eine Ansicht eines LCD-Paneeles gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 5 den Aufbau eines stereoskopischen Pro­ jektors gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine Funktionsdarstellung eines Polari­ sationsstrahlenteilers, der einen wesent­ lichen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfaßt ein stereoskopischer Pro­ jektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung ein Kondensorsystem E, das einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel A, ein Lichtquellensystem B, wie beispielsweise eine Lampe, eine Strahlenführungseinheit C und einen sphärischen Spiegel D in der Form eines ringförmigen Bandes, zwei Polarisationsstrahlenteiler F-1 und F-2, zwei Lagen von Spiegeln G-1 und G-2 zum Umlenken der Strahlungsbahn um einen Winkel von 90°, zwei Lagen von LCD-Paneelen H-1 und H-2, eine Feldlinse I, ein Infra­ rottrennfilter J und eine Projektionslinse K aufweist.

Das Kondensorsystem E und der erste Polarisationsstrahlen­ teiler F-1 sind entlang der gleichen Linie X angeordnet. Ein vom Lichtquellensystem B abgegebener Strahl wird vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 aufgeteilt und dann gerade oder nach Krümmung rechtwinklig dazu weitergeleitet.

Der zweite Polarisationsstrahlenteiler F-2, die Feldlinse I und die Projektionslinse K sind auf einer Linie Y ange­ ordnet, die die Linie X rechtwinklig kreuzt. Das erste und zweite LCD-Paneel H-1 und H-2 sind benachbart zur hinteren und linken Seite des zweiten Polarisationsstrahlenteilers F-2 angeordnet. Der erste Spiegel G-1 befindet sich an der Rückseite des ersten LCD-Paneeles B-1, und der zweite Spiegel G-2 befindet sich an der linken Seite des zweiten LCD-Paneeles H-2.

Der erste Spiegel G-1 reflektiert einen gerade verlaufenden Strahl, der vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 ge­ teilt worden ist, durch das erste LCD-Paneel H-1 in Richtung auf den zweiten Polarisationsstrahlenteiler F-2. Der zweite Spiegel G-2 reflektiert einen rechtwinklig verlaufenden Strahl, der vom ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1 ge­ teilt worden ist, durch das zweite LCD-Paneel H-2 in Richtung auf den zweiten Polarisationsstrahlenteiler F-2.

Der Polarisationsstrahlenteiler F (Fig. 6) ist mit zwei rechtwinkli­ gen Prismen L (beispielsweise BK7, Borsilikatglas 7) ver­ sehen, die über ihre Schrägflächen aneinandergeklebt sind. Ein spezieller dielektrischer Mehrschichtfilm ist auf den Befestigungsflächen ausgebildet. Die Überzugsschicht ist durch Überziehen eines speziellen dielektrischen Filmes unter dem Brewster′schen Winkel oder einem Polarisations­ winkel relativ zum auftreffenden Strahl ausgebildet.

Wenn daher ein nicht polarisierter Strahl rechtwinklig auf eine Fläche des Polarisationsstrahlenteilers F auftrifft, wird er in zwei S, P-polarisierte Strahlen aufgeteilt, deren Laufrichtungen senkrecht aufeinander stehen, wobei der Tei­ lungsgrad über 97% liegt. Die P-polarisierte Komponente des auftreffenden Strahles passiert den Polarisationsstrahlen­ teiler F ohne jegliche Reflexion unmittelbar, während die S-polarisierte Komponente an jeder Schicht des aus mehreren Schichten bestehenden dielektrischen Filmüberzuges teilweise reflektiert wird. Da zwischen der aus mehreren Schichten be­ stehenden Überzugsschicht ein Spalt ausgebildet ist, um dem Resonanzzustand gerecht zu werden, wird der teilweise re­ flektierte Strahl verstärkt und beim Reflektieren überlappt und tritt dann rechtwinklig zur Einfallsrichtung aus.

Da die Dicke des mehrschichtigen dielektrischen Filmüber­ zuges etwa einige Wellenlängen beträgt, besteht kein Problem in bezug auf Störbilder.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der vorliegenden Erfin­ dung im Detail erläutert.

Wenn Strahlen von der Lichtquelle abgegeben werden, werden sie parallel zu einer optischen Achse geführt und passieren einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel A, einen sphärischen reflektierenden Spiegel D in Ringbandform und eine Strahlenführungseinheit C. Nach dem Passieren eines Infrarotabtrennfilters J werden thermische Anteile entfernt, und der Strahl wird in zwei polarisierte Strahlen aufge­ teilt, deren Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Dies geschieht am ersten Polarisationsstrahlenteiler F-1. Die polarisierten Strahlen passieren das erste und zweite LCD-Paneel H-1 und H-2, nachdem sie vom ersten Spiegel G-1 und vom zweiten Spiegel G-2 abgelenkt worden sind, so daß auf diese Weise ein linkes und rechtes Bild­ signal erhalten wird. Die polarisierten Strahlen, die in der vorstehend beschriebenen Weise verarbeitet worden sind, laufen wiederum durch den zweiten Polarisationsstrahlen­ teiler F-2. Dann geraten die Strahlenbahnen in Überein­ stimmung und verlaufen parallel zueinander durch die Pro­ jektionslinse K über die Feldlinse I. Danach werden das linke und rechte Videosignal über die beiden polarisierten Strahlen, deren Polarisationsrichtung senkrecht aufeinander­ stehen, auf einen Schirm M projiziert, so daß Betrachter durch Verwendung einer Polarisationsoptik das stereosko­ pische Bild aufnehmen können.

Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung bei dem stereoskopischen Projektor nur eine Lichtquelle und eine Projektionslinse Verwendung finden, ist es möglich, das Produkt einfach und mit geringem Gewicht auszubilden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, umfaßt ein stereoskopischer Projektor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ein Kondensorsystem E, einen Polarisa­ tionsstrahlenteiler F, einen reflektierenden Spiegel G, zwei LCD-Paneele H3 und H4 oder Diafilme, zwei Feldlinsen I-1 und I-2 und zwei Projektionslinsen K-1 und K-2.

Das Kondensorsystem E, der Polarisationsstrahlenteiler F und der reflektierende Spiegel G sind entlang der Linie X ange­ ordnet. Ein erstes LCD-Paneel H-3, eine erste Feldlinse I-1 und eine erste Projektionslinse K-1 sind auf der Linie Y1 angeordnet, die die Linie X senkrecht schneidet. Mit einem vorgegebenen Abstand sind ein zweites LCD-Paneel H-4, eine zweite Feldlinse I-2 und eine zweite Projektionslinse K-2 auf der Linie Y2 angeordnet, die die Linie X senkrecht schneidet.

Bei dieser Ausführungsform wird der vom Kondensorsystem E ausgehende Strahl vom Polarisationsstrahlenteiler F geteilt und direkt vorwärts geleitet oder um einen rechten Winkel abgelenkt. Der abgelenkte Strahl passiert das erste LCD- Paneel H-3, die erste Feldlinse I-1 und die erste Projek­ tionslinse K-1. Der direkt weitergeleitete Strahl wird vom Spiegel G rechtwinklig abgelenkt und passiert dann das zweite LCD-Paneel H-4, die zweite Feldlinse I-2 und die zweite Projektionslinse K-2.

Gemäß Fig. 5 umfaßt ein stereoskopischer Projektor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Kondensorsysteme E-1 und E-2, zwei LCD-Paneele H-5 und H-6, einen Polarisationsstrahlenteiler F, eine Feldlinse I und eine Projektionslinse K.

Das erste Kondensorsystem E-1, der Polarisationsstrahlen­ teiler F, die Feldlinse I und die Projektionslinse K sind auf der Linie Y angeordnet, während das zweite Kondensor­ system E-2 und das zweite LCD-Paneel H-6 auf der Linie X angeordnet sind, die die Linie Y rechtwinklig schneidet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der vom ersten Kondensorsystem E-1 abgegebene Strahl direkt durch das erste LCD-Paneel H-5 und den Polarisations­ strahlenteiler F weitergeleitet und dringt durch die Feld­ linse I und die Projektionslinse K. Der vom zweiten Kon­ densorsystem E-2 abgegebene Strahl dringt durch das zweite LCD-Paneel H-6 und wird dann vom Polarisationsstrahlen­ teiler F rechtwinklig abgelenkt und dringt auch durch die Feldlinse I und die Projektionslinse K.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, einen stereoskopischen Projektor zu konstruieren, der keine komplizierte Projektionslinsenantriebseinheit benötigt.

Da nahezu 100% des von der Lichtquelle ausgehenden Strahles genutzt werden, wird der Energieverlust reduziert.

Des weiteren wird der thermische Anteil des Spektrums ent­ fernt, bevor der Strahl auf das LCD-Paneel trifft, so daß kein separates Kühlsystem erforderlich ist.

Das Trapezverzerrungsphänomen tritt nicht auf, so daß die Belastung der Augen des Betrachters verringert wird.

Die vorstehend beschriebene Erfindung findet nicht nur bei einem LCD-Projektor, sondern auch bei einem Diaprojektor Anwendung.

Claims (3)

1. Stereoskopischer Projektor mit einem Kondensorsystem (E) und einem ersten Polarisationsstrahlenteiler (F-1), die auf einer ersten Linie (X) angeordnet sind, mit einer Projektionslinse (K), die auf einer zweiten Linie (Y) angeordnet ist, die die erste Linie (X) rechtwinklig schneidet, und mit einem ersten und zweiten LCD-Paneel (H-1, H-2),
dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein zweiter Polarisationsstrahlenteiler (F-2) und eine Feldlinse (I) ebenfalls auf der zweiten Linie (Y) in Strahlenrichtung vor der Projektionslinse (K) angeordnet sind,
• - daß die LCD-Paneele (H-1, H-2) lichtdurchlässig sind,
• - daß das erste LCD-Paneel (H-1) benachbart zur Rückseite und das zweite LCD-Paneel (H-2) benachbart zur linken Seite des zweiten Polarisationsstrahlenteilers (F-2) angeordnet sind;
• - daß ein erster Spiegel (G-1) an der Rückseite des ersten LCD-Paneels (H-1) angeordnet ist, der die auf ihn treffenden polarisierten Strahlen zu dem ersten LCD- Paneel (H-1) reflektiert und
• - daß ein zweiter Spiegel (G-2) an der linken Seite des zweiten LCD-Paneels (H-2) vorgesehen ist, der die auf ihn treffenden polarisierten Strahlen zu dem zweiten LCD-Paneel (H-2) reflektiert.

2. Stereoskopischer Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensorsystem (E) einen nicht sphärischen reflektierenden Spiegel (A), ein Lichtquellensystem (B), eine Strahlenführungseinheit (C) und einen ringbandförmigen sphärischen reflektierenden Spiegel (D) umfaßt.

3. Stereoskopischer Projektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polarisationsstrahlenteiler (F-1, F-2) zwei senkrechte Prismen (L) besitzt, die an ihren Schrägflächen miteinander verklebt und dazwischen mit einem mehrschichtigen dielektrischen Film versehen sind, der unter dem Brewst′schen Winkel oder einem Polarisationswinkel relativ zu einem einfallenden Strahl beschichtet ist, so daß der einfallende Strahl in zwei Strahlen aufgeteilt werden kann, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen.