DE3930774A1

DE3930774A1 - Projector for video colour picture - has three mutually inclined mirror faces in intersection point of partial light current axes

Info

Publication number: DE3930774A1
Application number: DE3930774A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Leica Industrieverwaltung GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-11
Also published as: JPH03149541A

Abstract

The projector uses differently coloured partial light beams, controlled by three LC photovalves, with the beam axes coinciding in a common intersection point. The beams are deflected into a projector objective lens for additive superimposition for a colour image. In the intersection point (16) coincide three, mutually inclined mirror faces (17,17',17''). The pupil (19) of the projector objective lens (18) is divided into three segmentse (21,21',21'') with the same surfaces. Only one of the partial light beam (14R,G,B) passes through a single segment. Each partial light beam pref. has its own light source (10,10',10'') with a coil (20,20',20'') offset w.r.t. the optical axis, and a condenser (13,13',13'') with a selective filter. ADVANTAGE - Simple design, and low light losses.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion von Video- Farbbildern mittels dreier durch Flüssigkristall-Lichtventile ge steuerter, verschiedenfarbiger Teillichtströme, deren optische Achsen sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen und die in ein Projektionsobjektiv zur additiven Überlagerung zu einem far bigen Bild umgelenkt werden.The invention relates to a device for projecting video Color images using three ge through liquid crystal light valves controlled, differently colored partial luminous fluxes, their optical Axes meet at a common intersection and the in a projection lens for additive superimposition to a far big picture can be redirected.

Aus der EU 02 66 184 A2 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, in der weißes Licht aus einer Lichtquelle mittels dichroitischer Spiegel in drei farbige Teillichströme zerlegt wird. Im einzelnen reflektiert ein erster dichroitischer Spiegel nur das blaue Licht, ein zweiter das grüne und ein dritter das rote Licht. Jeder re flektierte farbige Teillichtstrom passiert sodann ein entsprechen des Flüssigkristall-Lichtventil und erzeugt jeweils ein Bild der entsprechenden Farbe. Diese Bilder werden mittels eines dichroiti schen Spiegelprismas vereinigt, das aus vier rechtwinkligen Pris men gebildet ist, von denen jedes eine den rechten Winkel umfas sende dichroitische Spiegelfläche aufweist. Das auf diese Weise kombinierte Bild wird mittels eines Projektionsobjektivs auf einen Schirm projiziert. Der Platzbedarf dieser bekannten Vorrichtung ist gering, jedoch ist das erforderliche dichroitische Spiegel prisma schwierig herzustellen. Weiterhin können bei dieser Anord nung Bildstörungen gerade in der Mitte des Bildfeldes auftreten.Such a device is known from EU 02 66 184 A2, in the white light from a light source using dichroic Mirror is broken down into three colored partial streams. In detail a first dichroic mirror only reflects the blue light, a second the green and a third the red light. Everyone right reflected colored partial luminous flux then passes a corresponding of the liquid crystal light valve and generates an image of each corresponding color. These images are created using a dichroiti mirror prism united, that of four right-angled prisms men is formed, each of which includes the right angle transmit dichroic mirror surface. That way Combined image is projected onto a Screen projected. The space requirement of this known device is small, but the dichroic mirror required prism difficult to manufacture. Furthermore, with this arrangement image disturbances appear just in the middle of the image field.

Aus der DE 37 20 375 C2 ist eine elektrooptische Projektionsvor richtung mit einer Lichtquelle und einer Einrichtung zur Erzeugung eines weißen Parallellichtstrahlenbündels bekannt, das mit Hilfe eines Umlenkspiegels umgelenkt wird und eine Lichtventileinheit beaufschlagt. In der Lichtventileinheit wird entsprechend den zu projizierenden Bildern das weiße Lichtstrahlenbündel in seiner Farbverteilung und Intensitätsverteilung so beeinflußt, daß mit Hilfe eines Objektivs auf einer Leinwand ein Projektionsbild er stellt wird. Die Lichtventileinheit enthält einen polarisierenden Strahlenteilerwürfel, dessen Oberseite als Lichteinlaß für das weiße parallellichtstrahlenbündel und dessen dem Objektiv zuge wandte Seite als Lichtauslaß dient. Der Strahlenteilerwürfel ist ein Mac Neille-Prisma, das aus einem hochbrechenden Glas besteht und das einfallende unpolarisierte Lichtstrahlenbündel in zwei Lichtbündel entgegengesetzter Polarität aufteilt. Dem Strahlentei lerwürfel sind zwei Farbteilerwürfel zugeordnet, in denen die bei den Lichtbündel in Farben zerlegt und an sechs reflektiven Flüs sigkristall-Lichtventilen, die an unterschiedlichen Stirnflächen der beiden Farbteilerwürfel angebracht sind, reflektiert werden. Mit dieser bekannten Projektionseinrichtung ist es möglich, sechs Bildauszüge im Strahlenteilerwürfel zu überlagern, um auf diese Weise farbige Projektionsbilder zu erhalten. Der optische Aufwand ist indessen beträchtlich, und die hohen Lichtverluste sind unbe friedigend. DE 37 20 375 C2 describes an electro-optical projection direction with a light source and a device for generating a white parallel light beam known with the help a deflecting mirror is deflected and a light valve unit acted upon. In the light valve unit, the projecting images the white beam of light in his Color distribution and intensity distribution so influenced that with He uses a lens on a screen to make a projection image is posed. The light valve unit contains a polarizing one Beam splitter cube, the top of which serves as a light inlet for the white parallel light beam and its lens attached turned side serves as light outlet. The beam splitter cube is a Mac Neille prism made of a high refractive glass and the incident unpolarized light beam in two Splits light beams of opposite polarity. The radiation team ler cubes are assigned to two color divider cubes, in which the at the beam of light broken down into colors and on six reflective rivers sig crystal light valves on different end faces of the two color divider cubes are reflected. With this known projection device it is possible to have six Superimpose image excerpts in the beam splitter cube in order to achieve this Way to get colored projection images. The visual effort is, however, considerable, and the high light losses are unaffected peaceful.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Projektion von Video-Farbbildern der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei einfachem Aufbau durch geringe Lichtverlu ste im gesamten Strahlengang auszeichnet.The invention has for its object a device for Projection of color video images of the type mentioned at the beginning create that with a simple structure due to low light loss distinguishes in the entire beam path.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merk male des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the characterizing note male of claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Er invention are the subject of the subclaims.

Durch die Anordnung der drei Spiegelflächen mit nahezu 100%iger Reflexion im Schnittpunkt der drei Teillichtströme wird eine Strahlzusammenführung auf geometrischem statt auf physikalischem Weg erzielt. Auf diese Weise werden Lichtverluste bei einem ein fachen Aufbau gering gehalten.By arranging the three mirror surfaces with almost 100% Reflection at the intersection of the three partial luminous fluxes becomes one Beam merging on geometrical instead of physical Way achieved. In this way there will be a loss of light fold structure kept low.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Be schreibung eines schematisch in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels hervor. Dabei wurde auf die Wiedergabe bekannter oder zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlicher Bauteile verzichtet.Further details of the invention are given in the following Be Description of a schematically shown in the drawing example. It became known on the playback or components that are not required to understand the invention waived.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsge mäßen Vorrichtung und Fig. 1 is a perspective view of the device according to the invention and

Fig. 2 eine segmentierte Pupille des Projektionsobjektivs. Fig. 2 shows a segmented pupil of the projection lens.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist drei Lichtquellen 10, 10′, 10′′ mit einem Reflektor 11, 11′, 11′′ auf. Der Lichtquelle 10 ist ein Rotfilter 12 _R mit einer Kondensorlinse 13, der Lichtquelle 10′ ein Grünfilter 12 _G mit einer Kondensorlinse 13′ und der Lichtquelle 10′′ ein Blaufilter 12 _B mit einer Kondensorlinse 13′′ zugeordnet. Auf diese Weise werden drei Teillichtströme 14 _R, 14 _G und 14 _B in den Grundfarben Rot, Grün und Blau gebildet. Die drei Teillichtströme 14 _R, 14 _G und 14 _B treten durch jeweils drei Flüssigkristall-Licht ventile 15 _R, 15 _G und 15 _B. Letztere steuern als sogenannte aktive LCD-Matrizen die Teillichtströme 14 _R, 14 _G, 14 _B pixelweise und sind in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise beispielweise in der DE 31 30 407 A1 beschrieben. Die drei Teillichtströme 14 _R, 14 _G und 14 _B sind so gegeneinander geneigt, daß sich ihre optischen Achsen in einem gemeinsamen Schnittpunkt 16 treffen. In diesem stoßen drei Spiegelflächen 17, 17′, 17′′ zusammen, die wiederum derart ge geneinander geneigt sind, daß die drei Teillichtströme 14 _R, 14 _G, 14 _B in eine gemeinsame Richtung umgelenkt werden, welche mit der opti schen Achse eines Projektionsobjektivs 18 übereinstimmt. Die Aus bildung der drei Teillichtströme 14 _R, 14 _G, 14 _B entspricht dabei den üblichen Projektionsstrahlengängen, wonach mittels eines Beleuch tungssystems in der Nähe der Vorlage, d. h. im vorliegenden Fall der Flüssigkristall-Lichtventile 15 _R, 15 _G, 15 _B, die Lichtquelle in die Pupille 19 des Projektionsobjektivs 18 abgebildet wird. Die Wendel 20, 20′, 20′′ einer jeden Lichtquelle 10, 10′, 10′′ ist hier indessen nicht exakt in der optischen Achse, sondern geringfügig seitlich versetzt davon angeordnet. Auf diese Weise entstehen in der Pupille 19 des Projektionsobjektivs 18 in drei etwa flächen gleichen Segmenten 21, 21′, 21′′ jeweils in einer der Grundfarben ge färbte Lichtquellenbilder. In Fig. 2 ist diese in drei dreieckför mige Segmente 21, 21′, 21′′ unterteilte Pupille 19 des Projektions objektivs 18 gezeigt. Die von den drei Lichtquellen 10, 10′, 10′′ ausgehenden farbigen Teillichtströme 14 _R, 14 _G, 14 _B werden sodann mittels des Projektionsobjektivs 18 additiv auf einen hier nicht gezeigten Projektionsschirm zu einem farbigen Bild überlagert. The device shown in Fig. 1 has three light sources 10 , 10 ', 10 ''with a reflector 11 , 11 ', 11 ''. The light source 10 is a red filter 12 _R with a condenser lens 13 , the light source 10 'a green filter 12 _G with a condenser lens 13 ' and the light source 10 '' a blue filter 12 _B with a condenser lens 13 '' assigned. In this way, three partial light flows 14 _R , 14 _G and 14 _{B are formed} in the basic colors red, green and blue. The three partial luminous fluxes 14 _R , 14 _G and 14 _B each pass through three liquid crystal light valves 15 _R , 15 _G and 15 _B. The latter, as so-called active LCD matrices, control the partial light flows 14 _R , 14 _G , 14 _B pixel by pixel and their structure and mode of operation are described, for example, in DE 31 30 407 A1. The three partial luminous fluxes 14 _R , 14 _G and 14 _B are inclined towards one another in such a way that their optical axes meet at a common intersection 16 . In this meet three mirror surfaces 17 , 17 ', 17 ''together, which in turn are inclined in such a way that the three partial light fluxes 14 _R , 14 _G , 14 _B are deflected in a common direction, which with the optical axis of a projection lens 18 matches. From the formation of the three partial light currents 14 _R , 14 _G , 14 _B corresponds to the usual projection beam paths, after which by means of a lighting system in the vicinity of the original, ie in the present case the liquid crystal light valves 15 _R , 15 _G , 15 _B , the light source is imaged in the pupil 19 of the projection lens 18 . The filament 20 , 20 ', 20 ''of each light source 10 , 10 ', 10 '' is here not exactly in the optical axis, but slightly laterally offset therefrom. In this way arise in the pupil 19 of the projection lens 18 in three approximately flat segments 21 , 21 ', 21 ''ge colored in one of the primary colors light source images. In Fig. 2 this is shown in three dreieckför shaped segments 21 , 21 ', 21 ''divided pupil 19 of the projection lens 18 . The outgoing from the three light sources 10 , 10 ', 10 ''colored partial light flows 14 _R , 14 _G , 14 _B are then additively superimposed by means of the projection lens 18 on a projection screen, not shown here, to form a colored image.

Die drei Spiegelflächen 17, 17′, 17′′ sind hier nach Art eines Tri pelspiegels eben ausgebildet. Zur Erhöhung der Abbildungsleistung kann jedoch auch eine sphärische oder torische Form zweckmäßig sein. Um eine Störung der Abbildung durch die nur partielle Aus nutzung der Pupille 19 des Projektionsobjektivs 18 weitgehend aus zuschalten, sind die Spiegelflächen 17, 17′, 17′′ hier unmittelbar vor der Hinterlinse des Projektionsobjektivs 18 angeordnet. Um Vi gnettierungen zu vermeiden, muß das Projektionsobjektiv 18 in die sem Fall relativ große freie Linsendurchmesser aufweisen.The three mirror surfaces 17 , 17 ', 17 ''are flat here in the manner of a tri mirror. However, a spherical or toric shape can also be expedient to increase the imaging performance. In order to largely switch off a disturbance of the image due to the partial use of the pupil 19 of the projection lens 18 , the mirror surfaces 17 , 17 ', 17 ''are arranged here directly in front of the rear lens of the projection lens 18 . To avoid Vi gnettierungen, the projection lens 18 must have relatively large free lens diameter in this case.

Gemäß einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform können die Spiegelflächen in besonders platzsparender Weise auch inner halb des Projektionsobjektivs angeordnet sein. Dazu müssen Linsen, die vor dem Auftreffen der Teillichtströme auf die Spiegelflächen vom Licht durchsetzt werden, in allen drei Kanälen vorhanden sein und die Fokussierung in an sich bekannter Weise durch Verschieben einzelner Linsen hinter den Spiegelflächen erfolgen.According to a further embodiment, not shown here, can the mirror surfaces also in a particularly space-saving manner be arranged half of the projection lens. To do this, lenses, that before the partial light flows hit the mirror surfaces be penetrated by light, be present in all three channels and focusing in a manner known per se by shifting individual lenses behind the mirror surfaces.

Eine gleichfalls im Rahmen der Erfindung liegende, nicht gezeigte Ausführungsform sieht einen Tripelspiegel vor, bei dem die drei Segmente streifenförmig ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung entstehen die drei Lichtquellenbilder nur in einer Richtung seit lich versetzt, beispielsweise übereinander. Der gemeinsame Schnittpunkt der optischen Achsen, in welchem die Spiegelflächen zusammentreffen, ist in diesem Falle virtuell. Diese Ausführungs form kann bei Verwendung von Lichtquellen mit langgestreckter Wen del vorteilhaft sein.A, not shown, also within the scope of the invention Embodiment provides a triple mirror, in which the three Segments are formed in strips. With this arrangement the three light source images have only been created in one direction since Lich offset, for example, one above the other. The common one Intersection of the optical axes, in which the mirror surfaces in this case is virtual. This execution shape can be used when using light sources with elongated Wen del be advantageous.

Claims

1. Device for the projection of color video images by means of three liquid crystal light valves controlled, different colored partial light streams, the optical axes of which meet at a common intersection and which are deflected into a projection object for additive superimposition to form a colored image, characterized in that in the intersection ( 16 ) three mutually inclined mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') meet, and that the pupil ( 19 ) of the projection lens ( 18 ) in three approximately equal segments ( 21 , 21 ', 21 '') is divided, each of which is penetrated by only one of the three partial luminous fluxes ( 14 _R , 14 _G , 14 _B ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that each of the three partial luminous fluxes ( 14 _R , 14 _G , 14 _B ) has its own light source ( 10 , 10 ', 10 '') with a helix ( 20 , 20 ', 20 '') and a condenser lens ( 13 , 13 ', 13 '') with a spectrally selective filter ( 12 _R , 12 _G , 12 _B ) are assigned.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') are arranged directly in front of the rear lens of the projection lens ( 18 ).

4. The device according to claim 1, characterized in that the mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') are arranged within the projection lens ( 18 ).

5. Device according to one of claims 1, 3 or 4, characterized in that the mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') are flat.

6. Device according to one of claims 1, 3 or 4, characterized in that the mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') are spherical or toric.

7. The device according to claim 1, characterized in that the segments ( 21 , 21 ', 21 '') are triangular.

8. The device according to claim 1, characterized in that the segments ( 21 , 21 ', 21 '') are formed in strips.

9. The device according to claim 1, characterized in that the three mirror surfaces ( 17 , 17 ', 17 '') form a triple mirror.