DE60207076T2

DE60207076T2 - Projektionsvorrichtung mit mitteln zur einstellung der polarisationsrichtung und mit lichtdurchlässigem und -streuendem schirm

Info

Publication number: DE60207076T2
Application number: DE60207076T
Authority: DE
Inventors: Adrianus De Vaan
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: WO2002103452A1; EP1402315B1; DE60207076D1; CN1516824A; JP2004522204A; EP1402315A1; US6715879B2; TW587194B; KR20030026338A; ATE308772T1; US20020191155A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung mit einem Projektor zum Verschaffen eines zu projizierenden Lichtbündels in Form von polarisiertem Licht, einem Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten zu projizierenden Lichtbündels und einem transmissiven Projektionsschirm, wobei das genannte Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels zwischen dem Projektor und dem genannten transmissiven Schirm angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtbündels in Form von polarisiertem Licht in einer Projektionseinrichtung, die einen Projektor zum Verschaffen das genannten zu projizierenden Lichtbündels in Form von polarisiertem Licht, ein Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels und einen transmissiven Projektionsschirm umfasst, wobei das genannte Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels zwischen dem Projektor und dem genannten transmissiven Schirm angeordnet ist.
Eine derartige Projektionseinrichtung und ein derartiges Verfahren zum Projizieren eines Lichtbündels sind aus der US-Patentschrift US 5.694.245 bekannt.
Bei solchen Projektionseinrichtungen wird das als polarisierendes Licht zu projizierende Licht von einem eine Lichtquelle und Flüssigkristallanzeigelemente enthaltenden Projektor verschafft, der einen Flüssigkristallschirm mit einem Flüssigkristall vom TN-Typ zwischen einem Polarisator und einem Analysator umfasst; hierbei sind der Polarisator und der Analysator so angeordnet, dass die durchlassenden Achsen des Polarisators und des Analysators zueinander senkrecht stehen.
Jedes Flüssigkristallanzeigeelementempfängt Licht aus der Lichtquelle und erzeugt von der angelegten Spannung abhängendes moduliertes Licht, um ein Bild zu erzeugen. Das modulierte Licht verlässt das Flüssigkristallelement durch den Analysator als ein Bündel aus moduliertem Licht, das auf dem transmissiven Projektionsschirm projiziert werden soll, wobei die Polarisationsrichtung parallel zum transmittiven Zugang zum Analysator liegt.
Bei einer Ausführungsform der Projektionseinrichtung ist ein λ/2-Plättchen, das von sich aus eine Drehung der Polarisationsrichtung des die Platte durchlaufenden Lichtbündels bewirkt, zwischen dem Projektor und dem transmissiven Projektionsschirm angeordnet, um die Polarisationsrichtung des zu projizierenden Lichtbündels in einem festen Ausmaß zu ändern, sodass die Polarisationsrichtung des auf den transmissiven Projektionsschirm einfallenden Lichtbündels um einen zuvor bestimmten festen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtung des Lichtes, das das Anzeigeelement durch den Analysator verlässt, gedreht wird.
Ein transmissiver Projektionsschirm ist dazu bestimmt, ein Bild von einer Position hinter dem Schirm aus zu projizieren und das Bild aus einer Position vor dem Schirm zu betrachten. Derartige Schirme umfassen eine Diffusionsschicht, um das von dem Projektor von hinten auf die Diffusionsschicht projizierte Licht auf der Vorderseite in mehrere Richtungen zu streuen. Um die Sichtbarkeit und Helligkeit des Bildes auf dem Schirm zu verbessern, sind bisher auf der Vorderseite des Schirms bikonvexe Linsenelemente sowie schwarze Streifen verwendet worden. Die Diffusion solcher Schirme, d.h. die Lichtmenge, die in Richtungen ausgesendet wird, die von der Normalen auf den Schirm abweichen, ist so, dass das meiste Licht auf den Ort gerichtet wird, wo der Entwerfer der Projektionseinrichtung erwartet, dass die Betrachter sich befinden, üblicherweise geradewegs vor dem Schirm. Daher wird der Schirm in solcher Weise aufgebaut, dass das hellste Bild geradewegs vor dem Schirm betrachtet werden kann. Eine andere Folge ist, dass, wenn der Schirm unter einem Winkel betrachtet wird, der Schirm eine geringere Helligkeit aufweist als in dem Fall, wo er direkt von vorn betrachtet wird.
Wenn von dem Schirm viel Licht direkt nach vorn ausgesendet wird, führt dies automatisch zu einer starken Abhängigkeit des Betrachtungswinkels hinsichtlich der Lichtmenge, die in anderen Richtungen betrachtet werden kann. Es gibt Menschen, die eine solche Betrachtungswinkelabhängigkeit nicht akzeptabel finden und daher eine solche Einrichtung, beispielsweise ein Breitbildfernsehgerät, nicht kaufen.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Projektionseinrichtung zu verschaffen, in der die oben genannten Nachteile vermindert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Projektionseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der transmissive Projektionsschirm eine polarisierende Diffusionsschicht umfasst, die für ein Lichtbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung durchsichtig ist und Licht mit einer zweiten, zu der ersten Polarisationsrichtung senkrechten Polarisationsrichtung streut, dass Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des Lichtbündels ausgebildet sind, die Polarisationsrichtung des Lichtbündels um einen einstellbaren Winkel zu drehen, und mit Einstellmitteln gekoppelt ist, um den Winkel, um den die Polarisationsrichtung des Lichtbündels gedreht wird, einzustellen.
Dadurch wird erreicht, dass der Diffusionsgrad und damit das Ausmaß, in dem das Licht von jedem Pixel aus den Projektionsschirm in eine Vielzahl von Richtungen verlässt, durch Einstellen der Polarisationsrichtung des zu projizierenden Lichtbündels einstellbar ist. Wenn, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein geringer Diffusionsgrad gewünscht ist, wird die Polarisationsrichtung des zu projizierenden Lichtbündels so gewählt werden, dass die polarisierende Diffusionsschicht das Licht möglichst ungehindert durchlässt. Wenn jedoch ein großer Bereich um den Schirm herum mit minimaler Helligkeitsvariation und als Funktion des Winkels gewünscht ist, unter dem das Bild auf dem Projektionsschirm betrachtet wird, sollte die Polarisationsrichtung des zu projizierenden Lichtbündels von den einstellbaren Mitteln zum Ändern der Polarisationsrichtung so eingestellt werden, dass in der polarisierenden Diffusionsschicht ein hoher Diffusionsgrad vorliegt.
Polarisierende Diffusionsschichten sind an sich aus unter anderem US-Patent 5.900.977 und der japanischen Offenlegungsschrift 07/333428 bekannt und brauchen in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben zu werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels ein einstellbares Flüssigkristallelement umfasst, dass der Winkel zum Drehen der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels durch das Flüssigkristallelement elektrisch einstellbar ist und dass die Einstellmittel ausgebildet sind, über dem Flüssigkristallelement ein einstellbares elektrisches Feld anzulegen.
Flüssigkristalle sind zum Ändern der Polarisationsrichtungen geeignet und das Ausmaß der Änderung der Polarisationsrichtung kann in Flüssigkristallen mit Hilfe der Intensität eines elektrischen Feldes über dem Flüssigkristallelement auch leicht eingestellt werden.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Projizieren eines Lichtbündels in Form von polarisiertem Licht in einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass ein transmissiver Projektionsschirm verwendet wird, der eine polarisierende Diffusionsschicht umfasst, die für ein Lichtbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung durchsichtig ist, und Licht mit einer zweiten, zu der ersten Polarisationsrich tung senkrechten Polarisationsrichtung streut, dass die Polarisationsrichtung des Lichtbündels mit Hilfe des Mittels zum Ändern der Polarisationsrichtung des Lichtbündels um einen einstellbaren Winkel gedreht wird und wobei der Winkel, um den die Polarisationsrichtung des zu projizierenden Lichtbündels gedreht wird, mit Einstellmitteln zum Einstellen des Ausmaßes, in dem das Lichtbündel von der polarisierenden Diffusionsschicht des transmissiven Projektionsschirms gestreut wird, eingestellt wird.
Dadurch wird erreicht, dass der Betrachtungswinkel, unter dem der Projektionsschirm betrachtet werden kann, in einfacher Weise einstellbar ist, nämlich durch Einstellen der Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung, ohne eine zu große Menge abnehmender Helligkeit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen bekannten Projektor zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsschirm 2 über ein zu projizierendes Lichtbündel, bezeichnet durch die Bezugszeichen 13 und 3. Zwischen dem Projektionsschirm 2 und dem Projektor 1 ist ein einstellbarer Flüssigkristall 4 angeordnet. Das Bild auf dem Projektionsschirm 2 kann von einem Betrachter betrachtet werden, wobei eines seiner Augen durch das Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. Der Projektionsschirm 2 umfasst bekannte bikonvexe Linsen 6, einen Diffusionsschirm 7 und eine Fresnel-Linse 8. Erfindungsgemäß ist zwischen der Fresnel-Linse 8 und dem Diffusionsschirm 7 eine polarisierende Diffusionsschicht 9 vorgesehen. Polarisierende Diffusionsschichten sind an sich bekannt, beispielsweise aus dem US-Patent 5.900.977 und der japanischen Offenlegungsschrift 07/333428.
Das Flüssigkristallelement 4 umfasst in bekannter Weise nicht gesondert dargestellte Elektroden, die über eine Leitung 10 mit einer Spannungsquelle 12 verbunden sind, welche mit Hilfe bekannter Einstellmittel 12 auf eine gewünschte Spannung einstellbar ist.
In bekannter Weise wird das Licht aus dem Lichtbündel 13 zwischen dem Projektor 1 und dem Flüssigkristallelement 4 polarisiert. In Abhängigkeit von der Spannung, die von der Spannungsquelle 11 an dem Flüssigkristallelement 4 über die Leitung 10 angelegt wird, wird die Polarisationsrichtung des Bündels 3 um einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Polarisationsrichtung des Bündels 13 gedreht, wie mit Hilfe des Pfeils 14 schematisch dargestellt ist.
Die Spannung, die an das Flüssigkristallelement 4 mit Hilfe der Spannungsquelle 11 über die Leitung 10 angelegt wird, ist mit Hilfe bekannter Einstellmittel 12 wie z.B. Drehknöpfe, Schieber, Ausgangssignale von programmierbaren Einrichtungen usw. bekannt.
Der Projektionsschirm 2 ist so ausgebildet, dass ohne das Vorhandensein der polarisierenden Diffusionsschicht 9 das meiste den Schirm 7 und die bikonvexen Linsen 6 durchlaufende Licht den Projektionsschirm 2 in einer mehr oder weniger nach vorn gerichteten Richtung verlässt. Daher ist der Betrachtungswinkel, d.h. der Winkel unter dem das Bild auf dem Schirm mit genügender Helligkeit betrachtet werden kann, relativ klein.
Zur Vergrößerung des Betrachtungswinkels muss in dem Projektionsschirm 2 ein größeres Maß an Streuung erfolgen. Diese Streuung sollte vorzugsweise einstellbar sein. Dies wird erreicht, indem eine polarisierende Diffusionsschicht 9 in dem Projektionsschirm 2 zusammen mit einem Mittel 4 zum Ändern der Polarisationsrichtung zwischen dem Projektor 1 und dem Projektionsschirm 2 angeordnet wird.
Die polarisierende Diffusionsschicht 9 lässt Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung nahezu unverändert und streut Licht einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung in sehr großem Maße.
Durch Einstellen der Spannung am Flüssigkristallelement 4 kann dafür gesorgt werden, dass die Polarisationsrichtung des Bündels 3 einer Polarisationsrichtung entspricht, für die die polarisierende Diffusionsschicht 9 durchsichtig ist, oder einer Polarisationsrichtung, für die die polarisierende Diffusionsschicht 9 Licht möglichst stark streut, oder einer Polarisationsrichtung, die zwischen diesen Extremen liegt.
Im Vorhergehenden ist die Einstellung der elektrischen Spannung am Flüssigkristallelement 4 mit Hilfe eines Mittels 12 dargestellt worden. In Abhängigkeit von der Spannungsquelle 11 kann die Spannung am Flüssigkristallelement 4 kontinuierlich oder schrittweise eingestellt werden.
Im Vorhergehenden ist ein Flüssigkristallelement 4 mit Hilfe eines Beispiels als Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung beschrieben worden. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fachkundigen jedoch auch andere Mittel zum Ändern der Polarisationsrichtung des Bündels 13 in die Polarisationsrichtung des Bündels 3 bekannt, beispielsweise drehbare Spiegelflächen, eventuell kombiniert mit λ/4-Plättchen usw.
Nach der vorhergehenden Beschreibung wird der Fachkundige imstande sein, viele Abwandlungen und Ausführungsformen zu bedenken. Alle diese Abwandlungen und Ausführungsformen sollen als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet werden.

Claims

Projektionseinrichtung mit einem Projektor (1) zum Verschaffen eines zu projizierenden Lichtbündels (3, 13) in Form von polarisiertem Licht, einem Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten zu projizierenden Lichtbündels (3, 13) und einem transmissiven Projektionsschirm (2), wobei das genannte Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) zwischen dem Projektor (1) und dem genannten transmissiven Schirm (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der transmissive Projektionsschirm (2) eine polarisierende Diffusionsschicht (9) umfasst, die für ein Lichtbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung durchsichtig ist und Licht mit einer zweiten, zu der ersten Polarisationsrichtung senkrechten Polarisationsrichtung streut, und dass das genannte Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) hinsichtlich des Drehwinkels einstellbar ist und mit Einstellmitteln (10, 11, 12) gekoppelt ist, um den Winkel zum Drehen der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) einzustellen.
Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) ein einstellbares Flüssigkristallelement (4) umfasst, dass der Winkel zum Drehen der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) durch das Flüssigkristallelement (4) elektrisch einstellbar ist und dass die genannten Einstellmittel (10, 11, 12) ausgebildet sind, über dem genannten Flüssigkristallelement (4) ein einstellbares elektrisches Feld anzulegen.
Verfahren zum Projizieren eines Lichtbündels in Form von polarisiertem Licht in einer Projektionseinrichtung, die einen Projektor (1) zum Verschaffen das genannten zu projizierenden Lichtbündels (3, 13) in Form von polarisiertem Licht, ein Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) und einen transmissiven Projektionsschirm (2) umfasst, wobei das genannte Mittel (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) zwischen dem Projektor (1) und dem genannten transmissiven Schirm (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein transmissiver Projektionsschirm (2) verwendet wird, der eine polarisierende Diffusionsschicht (9) umfasst, die für ein Lichtbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung durchsichtig ist, und Licht mit einer zweiten, zu der ersten Polarisationsrichtung senkrechten Polarisationsrichtung streut, und dass die Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) mit Hilfe dieses Mittels (4) zum Ändern der Polarisationsrichtung des genannten Lichtbündels (3, 13) um einen einstellbaren Winkel gedreht wird und wobei der Winkel zum Drehen der Polarisationsrichtung des genannten zu projizierenden Lichtbündels (3, 13) mit einstellbaren Mitteln (4) zum Einstellen des Ausmaßes, in dem das genannte Lichtbündel (3, 13) von der polarisierenden Diffusionsschicht (9) des genannten transmissiven Projektionsschirms (2) gestreut wird, eingestellt wird.