GEBIET DER INDUSTRIELLEN ANWENDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Flüssigkristaliprojektor zum Projizieren von Licht, das durch eine
Flüssigkristall-Anzeigetafel übertragen wird, auf einen
Schirm für die Projektion von Fernsehbildern oder zur
Wiedergabe von Videobildern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Flüssigkristall-Projetor gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist aus der EP-A-0 287 234 bekannt.
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Aus der EP-A-0 192 023 ist es bekannt, eine
Flüssigkristalltafel unter einem vorbestimmten Winkel zu einer Ebene
senkrecht zur optischen Achse geneigt anzuordnen.
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Es wurden schon Flüssigkristall-Projektoren vorgeschlagen,
bei denen Flüssigkristalltafeln verwendet werden
(ungeprüfte japanische Patentveröffnetlichung SHO JP-A-61-150487
[H04N9/31]).
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Der vorgeschlagene Projektor ist so ausgelegt, daß drei
Arten von Lichtsignalen R, B und G, die einer Farbtrennung
unterzogen werden, jeweils durch eine Flüssigkristalltafel
zur Modulation mit Buddaten durchgeleitet werden,
woraufhin sie überlagert und durch eine einzige Projektionslinse
auf einen Schirm vor der Linse projiziert werden.
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Da der Schirm vor dem Projektor angeordnet werden muß, wird
zwischen der Projektionslinse und dem Schirm vor ihr
genügend Raum benötigt. Je nach der Form des Raumes, in dem der
Projektor installiert werden soll, steht jedoch ein
derartiger genügender Raum nicht immer zur Verfügung.
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In Fig. 8 hat der herkömmliche Flüssigkristall-Projektor
eine Lichtquelle 2, die eine Metallhalogenlampe 25 aufweist
und in einer mittigen Öffnung 11 eines Parabolreflektors 1
mit einem keramischen Klebstoff 14 befestigt ist.
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Obwohl sie eine hohe Luminanz hat, hat die
Metalihalogenlampe eine kürzere Lebensdauer als andere Lampen und muß
nach etwa 200 Stunden ausgetauscht werden. Das Austauschen
der Metallhalogenlampe wirft das Problem erhöhter Kosten
auf, da die Lampe zusammen mit dem Reflektor ausgetauscht
wird, der die daran befestigte Lampe trägt.
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Bei der Flüssigkristalltafel, die man vorzugsweise bei
einer Temperatur von bis zu 50º C betreibt, erhitzen sich
Polarisationsplatten, die vor und hinter der Tafel
angeordnet sind, auf eine Temperatur, die 30º C höher als die der
atmosphärischen Luft ist, z.B. bei einem
Polarisationsverhältnis von 40 %. Die Wärme wird auf die
Flüssigkristalltafel übertragen, wodurch die Temperatur der Tafel auf über
50º C angehoben wird und daher die Tafel möglicherweise
bricht.
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Um ein hohes Kontrastverhältnis zu erzielen, ist die
üblicherweise verwendete Kristalltafel eine der normalerweise
weißen Bauart. Flüssigkristalltafeln dieser Bauart haben
einen scharfen Vorzugsfeldwinkel (etwa 60), so daß das von
diesem Winkel abweichende Licht zu einem deutlich
verringerten Kontrastverhältnis führt.
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Wie in Fig. 11 gezeigt, wird daher eine
Flüssigkristalleinheit 5 in Form einer Anordnung aus Flüssigkristalltafel 50,
polarisierenden Platten 54, 55 auf der Eingangsseite und
der Ausgangsseite, und Kondensorlinse 56 herkömmlicherweise
um etwa 60 bezüglich einer zur optischen Achse senkrechten
Ebene geneigt angeordnet (unveröffnentlichte japanische
Gebrauchsmusterveröffentlichung SHO JP-U-64-30978
[H04N5/74]). Allerdings dienen die polarisierenden Platten
54, 55 auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite nur dann
zufriedenstellend als Polarisator und Analysator, wenn
Licht auf sie senkrecht einfällt, während die
polarisierenden Platten in der herkömmlichen Anordnung um etwa 60
bezüglich der zur optischen Achse senkrechten Ebene geneigt
sind und daher nicht richtig arbeiten, wodurch Bilder mit
schwachem Kontrast erzeugt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Flüssigkristall-Projektor mit einer minimierten Länge
entlang der Projektionsrichtung bereitzustellen, der in
einem kleinen Raum zum Projizieren von Farbbildern
verwendbar ist, und der Projektor dennoch so ausgelegt ist, daß er
Bilder mit zufriedenstellendem Kontrast projiziert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1
gelöst. Eine spezielle Ausführungsform ist in Anspruch 2
festgelegt.
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Mit dem Flüssigkristallprojektor der vorliegenden Erfindung
ist es möglich, die Lichtquellenlampe allein von dem
Reflektor getrennt auszutauschen. Außerdem wird verhindert,
daß bei der Flüssigkristalltafel ein Temperaturanstieg
stattfindet, wodurch sie erfindungsgemäß geschützt wird.
Durch Bereitstellen einer bezüglich der optischen Achse
geneigten Flüssigkristalltafel ist der Projektor so
ausgelegt,
daß er Bilder mit zufriedenstellendem Kontrast
projiziert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen
Flüssigkristallprojektors;
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die den Projektor im Einsatz
zeigt;
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Fig. 3 ist eine Vorderansicht eines anderen
erfindungsgemäßen Flüssigkristallprojektors;
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Fig. 4 ist eine Draufsicht der Projektors im Einsatz;
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Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines Befestigungsrahmens zur
Verwendung in dem Projektor;
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Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Umschalteinrichtung
für den Projektor zeigt;
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Fig. 7 ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht, die eine
Lichtquelle und eine Reflektorlampe zeigt;
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Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen
Lichtquelle;
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Flüssigkristalltafel-Einheit;
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Fig. 10 ist eine Schittansicht einer anderen
erfindungsgemäßen Flüssigkristalltafel-Einheit;
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Fig. 11 ist eine Vorderansicht, die einen
Flüssigkristallprojektor des Stands der Technik schematisch zeigt; und
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Fig. 12 und 13 sind Diagramme, welche die Beziehung
zwischen dem Kontrast und dem Neigungswinkel der
Kondensorlinse oder der Flüssigkristalltafel zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Fig. 1 enthält ein flaches Gehäuse 6 eine in einem
Reflektor 1 angeordnete Lichtquelle 2 mit einer
Metallhalogenlampe. Es werden durch die Lichtquelle 2 parallele
Strahlen durch ein Filter 15 zum Blockieren von UV-Strahlen
emittiert.
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Die parallelen Strahlen werden bei einem Spiegel 60 vor der
Lichtquelle reflektiert. Das Licht wird dann in drei
Komponenten blau, rot und grün geteilt unter Verwendung eines
dichroitischen Spiegels 61 zum Reflektieren von nur blauem
Licht und Übertragen von anderem Licht und eines zweiten
dichroitischen Spiegels 69 zum Reflektieren von nur rotem
Licht. Jede der Lichtkomponenten wird durch eine
Flüssigkristalltafel-Einheit 5 hindurchgeleitet und zu diesem
Zeitpunkt mit einem Bildsignal moduliert. Die modulierten
Strahlen werden durch dritte und vierte dichroitische
Spiegel 63, 64 hindurchgeleitet, überlagert und zusammengesetzt
und dann zu einer Projektionslinse 65 vor dem Spiegel 64
weitergeleitet. Die oben beschriebene Anordnung ist
dieselbe wie bei bekannten Flüssigkristallprojektoren. Gemäß
der Erfindung wird jedoch eine unter einem Winkel von 45º
zur optischen Achse geneigte reflektierende Platte 30 vor
der Projektionslinse 65 angeordnet.
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Bei dem von der Projektionslinse 65 austretenden Strahl
wird die optische Achse um 90º durch die reflektierende
Platte 3 umgelenkt und wird durch eine vordere Öffnung 67
des Gehäuses 6 hindurchgleitet und auf einen vor der
Öffnung angeordneten Schirm 66 projiziert.
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Das Gehäuse 6 wird horizontal auf einen geeigneten Tisch
gestellt oder kann durch eine Klammer 68, wie man in Fig. 2
sieht, an eine Wand hinter dem Gehäuse 6 gehängt werden.
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Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Lichtquelle 2 entfernbar in
einer Öffnung 11 des Reflektors 1 eingefügt.
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Der Reflektor 1 hat eine Klammer 13, die von einem
rohrförmigen Abschnitt 12, der die Öffnung 11 festlegt, hiervon
nach außen ragt. Die Lichtquelle 2 hat ein Endglied 21, das
mit einem gestuften Abschnitt 22 gebildet ist, der bei
einer festgelegten Höhe von der Lampe 65 herausragt und
eine herausragende Klammer 23 gegenüber der Klammer 13 des
Reflektors 1 hat.
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Wenn die Lampe 25 von einem Ort oberhalb des Reflektors 1
durch die Öffnung 11 nach unten ins Innere des Reflektors 1
eingefügt wird, kommt der gestufte Abschnitt 22 des
Endglieds 21 mit der oberen Kante des rohrförmigen Abschnitts
12 in Berührung und wird von ihm abgestützt, wodurch die
Lampe 25 am Brennpunkt des Reflektors 1 wie festgelegt
positioniert wird.
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Die Lichtquelle 2 wird an dem Reflektor 1 lösbar befestigt,
indem man durch die beiden Klammern 13, 23 eingeführte
Befestigungsschrauben 24 spannt.
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Der Reflektor 1 ist auf einer Befestigungsplatte 10 in dem
Gehäuse 6 befestigt, und ein Stöpsel 27 wird mit den
Anschlüssen 26 mit dem Endglied 21 verbunden, wodurch die
Lampe 25 eingeschaltet wird. Wenn die Schrauben 24 entfernt
werden, kann die Lichtquelle 2 von dem Reflektor 1 alleine
nach oben durch seine Öffnung ii entfernt werden und läßt
sich daher leicht austauschen. Der Projektor 1 ist
kostengünstig,
da der Reflektor 1 wiederholt verwendet werden
kann.
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Erfindungsgemäß werden Bilder in einer seitlichen Richtung
unter einem Winkel von 90º bezüglich einer Ebene
projiziert, welche den optischen Weg von der Lichtquelle 2 zu
der Projektionslinse 65 enthält, so daß der optische
mechanische Aufbau innerhalb des Gehäuses 6, selbst wenn er groß
ist, keinen Einfluß auf die Projektionsrichtung auf den
Schirm 66 bewirkt. Somit kann die Installationslänge des
Projektors im allgemeinen so klein sein wie die Dicke des
Gehäuses 6, was dazu führt, daß Bilder selbst in einem
kleinen Raum auf einen großen Schirm projiziert werden
können.
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Fig. 3 und 4 zeigen die Erfindung, die mit einer Stütze 31
verwendet wird, die duch eine Befestigungsschraube 34 an
dem Gehäuse 6 außerhalb von der Projektionslinse 65 lösbar
befestigt ist. Ein in Fig. 5 gezeigter Befestigungsrahmen
32 ist an der Stütze 31 mit Schrauben (nicht gezeigt)
befestigt, die durch in dem Rahmen 32 gebildete obere Löcher 33
hindurchtreten.
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Ein Paar Querträgerplatten 35 erstrecken sich parallel
zueinander von den oberen und unteren Abschnitten des
Befestigungsrahmens 32. Eine reflektierende Platte 3 wird
zwischen den Querträgerplatten gehalten und um einen Winkel
von etwa 45º zur optischen Achse geneigt prositioniert. Die
zwischen den Querträgerplatten 35, 35 positionierte
reflektierte Platte 3 wird durch einen oberen und einen unteren
Drehpunkt 37, 37 gehalten und kann in ihrem Winkel
eingestellt werden. Die reflektierende Platte 3 wird unter einem
vorbestimmten Winkel durch Einstellschrauben 36, 36
befestigt, die sich von der oberen und der unteren
Querträgerplatte 35 aus erstrecken.
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Der von der Projektionslinse 65 austretende Lichtstrahl
wird durch die reflektierende Platte 30 um einen Winkel von
90º innerhalb einer horizontalen Ebene abgelenkt und auf
einen Schirm 66 projiziert, der sich auf einer Seite des
Gehäuses 6 befindet.
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Wenn der Schirm 66 auf der anderen Seite gegenüber der in
Fig. 4 gezeigten Position angeordnet ist, wird der
Befestigungsrahmen 32 von der Stütze 31 entfernt, daraufhin
herumgedreht und an der Stütze 31 erneut befestigt, wodurch der
von der Projektionslinse 65 austretende Strahl zu der
anderen Seite hin projiziert werden kann.
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Der Befestigungsrahmen 32 ist mit Hilfsbefestigungslöchern
38 in einem seitlichen Abschnitt von ihm 90º von der oberen
oder der unteren Querträgerplatte 35 entfernt um den
Mittelpunkt des Rahmens ausgebildet. Das Licht von der
Projektionslinse 65 kann nach oben oder nach unten um einen
Winkel von 90º reflektiert werden, indem man den
Befestigungsrahmen 32 von der Stütze 31 entfernt, den Rahmen 32 um
90º verdreht und den Rahmen 32 erneut unter Verwendung der
Hilfslöcher 38 an der Stütze 31 befestigt.
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In diesem Fall ist der Schirm an der Decke angebracht, und
auf einem Bett liegende Betrachter können Bilder anschauen,
die auf den Schirm an der Decke projiziert werden.
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Wenn vor dem Projektor der vorliegenden Erfindung ein
großer Raum zur Verfügung steht, werden der
Befestigungsrahmen 32 und die Stütze 31 von dem Gehäuse entfernt, und
der Schirm wird vor dem Projektor zum Projizieren von
Bildern angeordnet. Wenn für den Schirm auf beiden Seiten des
Raums oder im oberen Bereich des Raums Platz vorhanden ist,
wird die Stütze 31 an dem Gehäuse 6 befestigt, und der
Befestigungsrahmen 32 wird an der Stütze 31 befestigt, wobei
die geeigneten Löcher 33 oder 38 für die Stütze 31
positioniert
werden, wodurch Bilder auf den auf der einen oder der
anderen Seite oder an der Decke des Raums vorgesehenen
Schirm projiziert werden können.
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Wenn die reflektierende Platte 3 vor der Projektionslinse
65 angeordnet wird, um den Bildstrahl durch die
reflektierende Platte 3 zu reflektieren, wird das Bild seitlich
umgedreht. Um dies zu korrigieren, wird eine
Umschaltschaltung 4 für die Steuerungsschaltungen 42 der in Fig. 6
gezeigten Flüssigkristalltafeln 5 vorgesehen.
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Die Flüssigkristalltafel 50 hat 240 Zeilen, die jeweils 384
Pixel aufweisen, ist mit einem
Zweirichtungs-Schieberegister 43 in der horizontalen Richtung und einem
Schieberegister 44 in der vertikalen Richtung verbunden und wird für
die Zeitabstimmung und Schieberichtung durch die
Steuerungsschaltung 42 gesteuert.
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Wie man aus der Anordnung von Fig. 1 und 3 mit den
Flüssigkristalltafel-Einheiten 5, der reflektierenden Platte 60
sowie dem dritten und dem vierten dichroitischen Spiegel
63, 64 sieht, unterscheidet sich der grüne Strahl G von dem
roten und dem blauen Strahl R, B durch die Anzahl der
Reflektionen innerhalb des Gehäuses 6. Entsprechend ist das
Horizontalansteuerung-Schieberegister 43 für die
Flüssigkristalltafel 5 für den grünen Strahl G mit einem Inverter
45 versehen, um die Schieberichtung umzukehren.
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Wegen der bereitgestellten reflektierenden Platte 3 wird
ein Umschaltschalter 40 manuell oder automatisch betätigt,
wodurch ein Transistor 41 in den Nichtleitungsbereich
gebracht wird, um das Potential bei einem Punkt A in der
Schaltung von "H" zu "L" zu bringen. Die
Steuerungsschaltung 42 erzeugt ein Schieberichtung-Umkehrsignal, um die
Schieberichtung des Horizontalrichtung-Schieberegisters 43
umzukehren.
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Das Potential bei einem Punkt A der Umschaltschaltung ist
"H", wenn die reflektiernde Platte nicht verwendet wird,
oder ändert sich zu "L", wenn die reflektierende Platte
vorhanden ist, so daß stets normale Bilder auf den Schirm
projiziert werden.
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In Fig. 9, welche die Flüssigkristalltafel-Einheit 5 zeigt,
ist eine polarisierende Platte 55 auf der Eingangseite an
der hinteren Oberfläche einer Kondensorlinse 56 mit einem
durchsichtigen Siliziumklebstoff angebracht, und die Linse
ist mit einem wärmeableitenden Rahmen 59 mittels eines
thermisch leitenden Klebstoffs verbunden.
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Ein Befestigungsrahmen 51 hat Stäbe 51a, die sich von jeder
seiner vier Ecken erstrecken und einen
Flüssigkristalltafel-Tragerahmen 57 halten, wobei ein Abstandshalter
dazwischen vorgesehen ist. Der wärmeableitende Rahmen 59 liegt
auf dem äußeren Ende des Abstandshalters auf und ist mit
dem Stab mittels einer Mutter verbunden. Der
Tafel-Tragerahmen 57 wird zwischen dem Befestigungsrahmen 51 und dem
wärmeableitenden Rahmen 59 geringfügig beweglich gehalten.
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Eine polarisierende Platte 54 auf der Ausgangsseite ist an
einem Glassubstrat 54a befestigt, das mit einem die Wärme
ableitgenden Rahmen 59a mittels eines thermisch leitenden
Siliziumklebstoffs verbunden ist.
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Eine Flüssigkristalltafel 50 hat wärmeableitende
Glasplatten 52, 53, die an den jeweiligen Oberflächen davon mittels
eines durchsichtigen Siliziumklebstoffs befestigt sind, und
wird daher vor einem Temperaturanstieg geschützt.
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Die Flüssigkristalltafel 50 und der wärmeableitende Rahmen
59a werden an gegenüberliegenden Seiten des
Befestigungsrahmens 51 gehalten.
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Der Tafel-Tragerahmen 57 ist an seiner oberen, seiner
unteren und seitlichen Seite mit einem Einstellmechanismus 58
ausgestattet, durch den die Position des
Befestigungsrahmens 51 relativ zu dem Tafel-Tragerahmen 57 eingestellt
werden kann, um die Konvergenz des zusammengesetzten
Strahls einzustellen.
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Fig. 10 zeigt eine andere erfindungsgemäße
Flüssigkristalltafel-Einheit. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine
Flüssigkristalltafel 50 um einen Winkel θ geneigt
angeordnet, der dem Vorzugsfeldwinkel entspricht, und Stützen 58,
59 sind an der vorderen und der seitlichen Seite eines
Befestigungsrahmens 51 angeordnet, um eine Kondensorlinse 56
sowie eine vordere und eine hintere polarisierende Platte
55, 54 näherungsweise senkrecht zur optischen Achse zu
positionieren.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Flüssigkristalltafel 50 jeder
Flüssigkristalltafel-Einheit 5 entsprechend dem Vorzugsfeldwinkel geneigt ist, wie
schon bekannt ist, und daß die Kondensorlinse 56 senkrecht
zu optischen Achse positioniert ist. In Fig. 12 wurde der
Neigungswinkel e der Kondensorlinse 56 mit jeder
Flüssigkristalltafel 50 verändert, die um einen Winkel
entsprechend dem Vorzugsfeldwinkel geneigt ist, um die sich
hieraus ergebenden Kontrastveränderungen zu bestimmen. Wie die
Kennlinienkurve von Fig. 12 zeigt, hat die Anmelderin
herausgefunden, daß der Kontrast verbessert werden kann, wenn
sich der Neigungswinkel θ um den Wert von 0º von dem
Vorzugsfeldwinkel von 3 bis 6º aus nähert.
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Die Anmelderin änderte weiterhin den Neigungswinkel 0 der
Flüssigkristalltafel 50, wobei die Kondensorlinse 56
senkrecht zur optischen Achse positioniert war, um die sich
ergebenden Kontraständerungen auf dem Schirm unterteilt in
den oberen, den mittleren und den unteren Bereich zu
überprüfen.
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Das Ergebnis ist in Fig. 13 gezeigt, die aufzeigt, daß in
dem oberen Bereich des Schirms der Kontrast abnimmt, wenn
der Neigungswinkel θ der Flüssigkristalltafel zunimmt, daß
jedoch in dem mittleren und dem unteren Bereich die Zunahme
des Winkels umgekehrt den Kontrast verbessert.
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Da der Kontrast im mittleren Bereich des Schirms im
allgemeinen als wichtig betrachtet wird, ist es wünschenswert,
daß der Neigungswinkel θ der Flüssigkristalltafel 50 auf 6º
eingestellt wird. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden,
daß, wenn sich der Neigungswinkel θ der
Flüssigkristalltafel einem Wert von 6º jenseits von 3º nähert, der obere
oder der mittlere Bereich des Schirms örtlich ausblaßt und
in dem Fall, bei dem das projizierte Bild durchgehend
schwarz ist, weißlich wird. Daher ist der optimale
Neigungswinkel der Flüssigkristalltafel vorzugsweise etwa 3º,
um sowohl einen verbesserten Kontrast als auch ein
Ausblassen zu verhindern.
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Die auf der Austrittsseite jeder Flüssigkristalltafel
angeordnete polarisierende Platte 54 erzeugt, wenn sie um
denselben Winkel wie die Flüssigkristalltafel 50 geneigt wird,
ungefähr dieselbe Wirkung.
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Man glaubt, daß das Problem des Ausblassens eng mit der
Wärrneableitungseffizienz der Flüssigkristalltafel
zusammenhängt. Falls dieses Problem durch Zwangskühlung der
Flüssigkristalltafel beseitigt werden kann, kann die
Flüssigkristalltafel auch z. B. um einen Winkel von 6º geneigt
werden.
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Die Umschalteinrichtung zur zeitlichen Umkehr des Bildes
bei Verwendung der reflektierenden Platte 3 ist nicht auf
die elektrische Einrichtung für das Schieberegister 43
beschränkt, sondern enthält auch Einrichtungen zur optischen
Umkehr des Bildes unter Verwendung eines Spiegels oder
Prismas.