DE10342765A1

DE10342765A1 - Bildprojektionsvorrichtung mit optischem Schalter

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Publication number: DE10342765A1
Application number: DE10342765A
Authority: DE
Inventors: Chang-wan Suwon Hong; Sang-whoe Suwon Dho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2004-04-15
Also published as: KR20040025761A; KR100503467B1; US6799850B2; US20040080714A1

Abstract

Eine Bildprojektionsvorrichtung umfasst optische Schalter in einer ersten optischen Schalteinheit, die in einer Quadratmatrixanordnung angeordnet sind, sowie eine zweite optische Schalteinheit mit optischen Schaltern in einer Einfachfolge zum selektiven Reflektieren der von der ersten optischen Schalteinheit reflektierten monochromatischen Lichtstrahlen. Eine Lichtquelle strahlt eine Vielzahl von monochromatischen Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen aus, und die monochromatischen Lichtstrahlen werden durch die optischen Schalter und einen Rechteckstrahlerzeuger geführt, sodass sie auf eine Paneleinheit fallen, um einen monochromatischen Farbstreifen mit einer vorbestimmten Größe zu realisieren. Die Lichtnutzung wird durch die Verwendung der ersten und zweiten optischen Schalteinheiten erhöht, wobei außerdem eine Überlappung zwischen monochromatischen Farbstreifen durch die Verwendung eines digitalen Mikrospiegel(DMD)-Panels oder eines Flüssigkristall-auf-Silizium(LCOS)-Panels mit einer schnellen Reaktionsfähigkeit verhindert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildprojektionsvorrichtung und insbesondere eine Bildprojektionsvorrichtung, die ein Bild unter Verwendung von optischen Schaltern in einer Quadratmatrixanordnung und optischen Schaltern in einer Einfachfolgenanordnung realisiert.

Ein Projektor ist eine Bildprojektionsvorrichtung, die ein Bild anzeigt, indem sie ein Eingabesignal auf eine Bildfläche projiziert. Die Bildprojektionsvorrichtung wird allgemein an Orten wie einem Präsentationsraum, einem Theater oder auch einem Haushalt verwendet.

Herkömmlicherweise wurde ein großflächiges Bild realisiert, indem ein Bild auf einer Flüssigkristallanzeige (LCD) oder einer Kathodenstrahlröhre (CRT) durch eine Linse vergrößert und dann auf eine Bildfläche projiziert wird. Obwohl ein derartiges Bild vergrößert werden kann, wird es nicht mit einer hohen Bildqualität erzeugt. Um dieses Problem zu beseitigen, wurde eine Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung eines digitalen Mikrospiegel (DMD)-Panels vorgeschlagen.

Der DMD ist ein optischer Halbleiterschalter, der einen Mikrospiegel verwendet. Der Mikrospiegel steuert die Lichtreflexion in Übereinstimmung mit der Eingabe eines Bildsignals. Der digitale DMD bietet eine hochqualitative Farbwiedergabe und Helligkeit. Außerdem ist keine A/D- oder D/A-Wandlung erforderlich, sodass das ein deutlicheres Bild erhalten wird.

1 ist eine Ansicht, die den Grundaufbau einer herkömmlichen Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung eines Farbrads zeigt.

Wie in 1 gezeigt, umfasst die herkömmliche Bildprojektionsvorrichtung mit dem Farbrad eine Lichtquelle 110, ein Farbrad 120, ein DMD-Panel 130 und eine Projektionslinse 140. In 1 wird der optische Pfad des weißen Lichts durch eine eingepunktete Linie wiedergegeben.

Die Lichtquelle 110 strahlt ein weißes Licht unter Verwendung einer Bogenlampe oder eines Lasers aus. Das Farbrad 120 wird durch eine Dreheinrichtung (nicht gezeigt) in der Pfeilrichtung gedreht. Das Farbrad 120 ist in rote (R), grüne (G) und blaue (B) Bereiche unterteilt.

Das von der Lichtquelle 110 emittierte weiße Licht wird durch die R-, G- und B-Bereiche des Farbrads 120 in rote (R), grüne (G) und blaue (B) Strahlen unterteilt. Das DMD-Panel 130 ist mit einer Vielzahl von Mikrospiegeln 130a versehen. Die R-, G- und B-Strahlen werden auf das DMD-Panel 130 projiziert und durch die Mikrospiegel 130a reflektiert. Die reflektierten R-, G- und B-Strahlen werden durch die Projektionslinse 140 geführt und realisieren dann ein Bild auf der Bildfläche.

Während bei der herkömmlichen Bildprojektionsvorrichtung 104 mit dem oben beschriebenen Aufbau der R-Strahl durch den R-Bereich des Farbrads 120 hindurchgeht, kann er auch gleichmäßig über das gesamte Panel projiziert werden, wobei die G- und B-Strahlen durch das Farbfilter blockiert werden.

Dasselbe gilt für die G- und B-Strahlen. Das heißt, die in dem DMD-Panel 130 zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendete Helligkeit entspricht nur einem Drittel des aus der Lichtquelle 110 emittierten weißen Lichts, wodurch die Helligkeit des Bildes beeinträchtigt wird.

Mit anderen Worten verursacht die Helligkeitsverminderung in dem DMD-Panel 130 eine Verschlechterung der Lichteffizienz, wodurch eine Maximierung der Helligkeit des Bildes verhindert wird. Außerdem tritt ein „Überlappungsphänomen" auf, wobei die entsprechenden Strahlen auf dem Panel an den entsprechenden Grenzbereichen teilweise miteinander überlappen.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildprojektionsvorrichtung anzugeben, die die Lichteffizienz bei einem einzigen Panel verbessert kann und die teilweise Überlappung der entsprechenden Strahlen in den Grenzbereichen beseitigen kann.

Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen und/oder andere Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist eine Bildprojektionsvorrichtung angegeben, die umfasst: eine Lichtquelle zum Ausstrahlen einer Vielzahl von monochromatischen Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge, einer ersten Lichtübertragungseinheit, die eine Vielzahl von optischen Fasern umfasst, durch die die entsprechenden monochromatischen Lichtstrahlen hindurchgehen, eine erste optische Schalteinheit, die eine Vielzahl von optischen Schaltern in einer Quadratmatrixanordnung zum selektiven Reflektieren der monochromatischen Lichtstrahlen umfasst, eine zweite optische Schalteinheit, die eine Vielzahl von optischen Schaltern in einer Einfachfolge zum Reflektieren und/oder Durchlassen der von der ersten optischen Schalteinheit reflektierten monochromatischen Lichtstrahlen umfasst, wobei die Vielzahl der optischen Schalter in ungerade nummerierten Reihen eine erste Gruppe bilden, während die optischen Schalter in gerade nummerierten Reihen eine zweite Gruppe bilden, einen Rechteckstrahlerzeuger zum Umwandeln der vom der zweiten optischen Schalteinheit reflektierten Lichtstrahlen zu einem rechteckigen Strahl mit einem vorbestimmten Seitenverhältnis, eine Paneleinheit zum Empfangen des rechteckigen Strahls aus monochromatischen Lichtstrahlen sowie zum Realisieren des empfangenen rechteckigen Strahls in der Form eines monochromatischen Farbstreifens mit einer vorbestimmten Größe, und eine Projektionslinseneinheit, die gegenüber der Paneleinheit ausgebildet ist, wobei entweder die erste oder die zweite Gruppe der zweiten optischen Schalteinheit periodisch die monochromatische Lichtstrahlen reflektiert.

Indem gemäß der vorliegenden Erfindung die optischen Schalter in einer 3×3-Matrixanordnung und die optischen Schalter in einer Einfachfolgenanordnung verwendet werden, kann die Lichtnutzung verbessert werden und kann eine teilweise Überlappung der monochromatischen Farbstreifen auf dem Panel verhindert werden.

Die vorstehenden Aufgaben und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist eine Ansicht des Grundaufbaus einer herkömmlichen Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung eines Farbrads.
2 ist eine Ansicht des Grundaufbaus einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
3A bis 3F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Realisieren eines Bildes auf einer Paneleinheit in einer bestimmten Anordnung in Übereinstimmung mit der Manipulation der ersten und zweiten optischen Schalter von 2 erläutern.
4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Realisieren eines monochromatischen Streifens auf dem DMD-Panel von 2 erläutert.
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
2 ist eine Ansicht, die den Grundaufbau einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Bildprojektionsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 210, eine erste Lichtübertragungseinheit 220, eine erste Lichtschaltereinheit 230, eine zweite Lichtschaltereinheit 240, eine Ausgangsanschlusseinheit 250, eine zweite Lichtübertragungseinheit 260, einen Rechteckstrahlerzeuger 270, eine Streulinse 275, eine Paneleinheit 280 und eine Projektionslinseneinheit 290.
Die optischen Pfade der R-, G- und B-Laserstrahlen in den ersten und zweiten optischen Schaltern 230, 240 von 2 werden jeweils durch ein-, zwei- und dreigepunktete Linien wiedergegeben. Zum Beispiel wird der optische Pfad des R-Laserstrahls, der von einem optischen Schalter 230a reflektiert wird und auf den ersten Ausgabeanschluss 250a fällt, durch eine eingepunktete Linie wiedergegeben.
Die Lichtquelle 210 strahlt eine Vielzahl von monochromatischen Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aus. Als Lichtquelle 210 kann ein Laser, eine Bogenlampe, eine Metallhalogenlampe, eine Halogenlampe oder eine Xenonlampe verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden R-, G- und B-Laserstrahlen als monochromatische Lichtstrahlen verwendet.
Die erste Lichtübertragungseinheit 220 umfasst eine Vielzahl von optischen Fasern 222a, 222b, 222c und eine Vielzahl von Kollimatorlinsen 224a, 224b, 224c. Die durch die optischen Fasern 222a, 222b, 222c zu den Kollimatorlinsen 224a, 224b, 224c übertragenen R-, G- und B-Laserstrahlen werden auf die erste optische Schalteinheit 230 fokussiert.
Die erste Lichtschalteinheit 230 umfasst eine Vielzahl von optischen Schaltern 230a bis 230i, die die R-, G- oder B-Laserstrahlen reflektieren oder durchlassen. Die Vielzahl× von optischen Schaltern 230a bis 230i sind in einer mxm-Quadratmatrixanordnung (m: Ganzzahl ≥ 3) angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist die erste optische Schalteinheit 230 in einer 3 × 3-Quadratmatrixanordnung ausgebildet.
Als optischer Schalter wird ein hochreflexiver Spiegel verwendet, der beispielsweise unter Verwendung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) hergestellt wird. Der optische Schalter gibt das optische Signal direkt aus, d.h. der optische Schalter benötigt keinen Prozess zum Wandeln des eingegebenen optischen Signals (der R-, G- und B-Laserstrahlen) zu einem elektrischen Signal. Dementsprechend kann das Ein-/Ausschalten schneller als bei einem herkömmlichen Schalten durchgeführt werden, das einen Prozess zum Wandeln des optischen Signals zu einem elektrischen Signal erfordert.
Der optische Schalter umfasst einen Reflexionsspiegel und einen Antriebsteil. Auf einer Oberfläche des Reflexionsspiegels ist ein hochreflektierender Spiegel vorgesehen, der mittels MEMS als eine Reflexionsfläche zum Reflektieren eines Laserstrahls ausgebildet ist. Der Reflexionsspiegel wird zwischen einer ersten Position (Ein-Position) und einer zweiten Position (Aus-Position) hin- und herbewegt. Der Reflexionsspiegel in der Ein-Position reflektiert die einfallenden R-, G- und B-Laserstrahlen in dem optischen Schalter zu einem vorbestimmten Teil des Panels, während der Reflexionsspiegel in der Aus-Position veranlasst, dass die einfallenden R-, G- und B-Laserstrahlen in dem optischen Schalter geradeaus fortschreiten.
Insbesondere befindet sich der optischen Schalter in der Ein-Position in einem geneigten Zustand, wie die optischen Schalter 230a, 230e, 230i und 240a bis 240f in 2, in der er den einfallenden Laserstrahl reflektiert. Der optische Schalter in der Aus-Position befindet sich in einem nichtgeneigten Zustand, wie die optischen Schalter 230b bis 230d und 230f bis 230h in 2.
Wie in 2 gezeigt, wird der erste optische Schalter 230 derart betätigt, dass in jeder Spalte und Reihe zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein optischer Schalter in die Ein-Position versetzt wird, wobei jeder der 3 × 3 Schalter wenigstens ein Mal in die Ein-Position versetzt wird.
Wenn sich zum Beispiel ein optischer Schalter 230a in der Ein-Position befindet, befinden sich die anderen optischen Schalter 230b, 230c, 230d und 230g in derselben Spalte und Reihe in der Aus-Position. Wenn sich der optische Schalter 230e in der Ein-Position befindet, befindet sich auch der optische Schalter 230i in der Ein-Position.
Nur ein optischer Schalter der ersten optischen Schalteinheit 230 befindet sich in jeder Spalte und jeder Reihe in der Ein-Position, wobei drei optische Schalter wie beispielsweise die optischen Schalter 230a, 230e, 230i gleichzeitig in die Ein-Position versetzt werden können.
Dabei wird ein Bild realisiert, wenn die 3 × 3 optischen Schalter wie beispielsweise die optischen Schalter 230a, 230e, 230i gleichzeitig in die Ein-Position versetzt werden. Insbesondere wird ein Bild realisiert, indem jeder optische Schalter jeder Reihe drei Mal in die Ein-Position versetzt wird, d.h. indem drei optische Schalter unterschiedlicher Spalten und Reihen drei Mal in die Ein-Position versetzt werden. Derselbe optische Schalter wird nicht mehr in die Ein-Position versetzt, nachdem er ein Mal in die Ein-Position versetzt wurde.
Die zweite optische Schalteinheit 240 umfasst eine Vielzahl von optischen Schaltern 240a bis 240f, die den reflektiven Laserstrahl aus der ersten optischen Schalteinheit 230 reflektieren und/oder durchlassen. Die Vielzahl von optischen Schaltern 240a bis 240f sind in einer einfachen Reihe angeordnet und in eine erste Gruppe von optischen Schaltern 240a, 240c, 240e in ungerade nummerierten Reihen und in eine zweite Gruppe von optischen Schaltern 240b, 240d, 240f in gerade nummerierten Reihen unterteilt.
Vorzugsweise können entweder die erste Gruppe oder die zweite Gruppe von optischen Schaltern der zweiten optischen Schalteinheit 240 für die ganze Zeit in die Ein-Position versetzt werden. Wenn zum Beispiel die erste Gruppe in der Ein-Position gehalten wird, schaltet die zweite Gruppe periodisch zwischen der Ein- und der Aus-Position.
Wenn sich mit anderen Worden die zweite Gruppe der zweiten optischen Schalteinheit 240 in der Ein-Position befindet, wird der von einem optischen Schalter 230a der ersten optischen Schalteinheit 230 reflektierte R-Laserstrahl von einem optischen Schalter 240b der zweiten Gruppe von optischen Schaltern der zweiten optischen Schalteinheit 240 reflektiert und fällt auf den optischen Schalter 240a der ersten Gruppe von optischen Schaltern der zweiten optischen Schalteinheit 240. Entsprechend wird ein von einem optischen Schalter 230e reflektierter G-Laserstrahl durch den optischen Schalter 240d der zweiten Gruppe zu dem optischen Schalter 240c der ersten Gruppe reflektiert. Weiterhin wird ein von einem optischen Schalter 230i reflektierter B-Laserstrahl von dem optischen Schalter 240f der zweiten Gruppe zu dem optischen Schalter 240e der ersten Gruppe reflektiert.
Wenn die zweite Gruppe der zweiten optischen Schalteinheit 240 in der Aus-Position positioniert ist, wird ein von einem optischen Schalter 230a der ersten optischen Schalteinheit 230 reflektierter R-Laserstrahl durch einen optischen Schalter 240b der zweiten Gruppe von optischen Schaltern der zweiten optischen Schalteinheit 240 durchgelassen, wird ein von einem optischen Schalter 230e reflektierter G-Laserstrahl durch einen optischen Schalter 240d der zweiten Gruppe durchgelassen und wird ein von einem optischen Schalter 230i reflektierter B-Laserstrahl durch einen optischen Schalter 240f der zweiten Gruppe durchgelassen.
An einem Ausgabeende der zweiten optischen Schalteinheit 240 befindet sich eine Ausgabeanschlusseinheit 250. Die Ausgabeanschlusseinheit 250 umfasst erste bis sechste Ausgabeanschlüsse 250a bis 250f, die einer Vielzahl von optischen Schaltern 240a bis 240f der zweiten optischen Schalteinheit 240 entsprechen.
Die ersten bis sechsten Ausgabeanschlüsse 250a bis 250f lassen die von der Vielzahl von optischen Schaltern 240a bis 240f reflektierten Laserstrahlen zu der zweiten Lichtübertragungseinheit 260 durch. Zum Beispiel fällt der von einem optischen Schalter 240a reflektierte Laserstrahl auf den ersten Ausgabeanschluss 250a und wird zu der zweiten optischen Faser 260a der zweiten Lichtübertragungseinheit 260 durchgelassen.
Die zweite Lichtübertragungseinheit 260 umfasst eine Vielzahl von optischen Fasern 260a bis 260f und eine Vielzahl von Kollimatorlinsen 262a bis 262f. Die Kollimatorlinsen 262a bis 262f kollimieren die R-, G- und B-Laserstrahlen aus den optischen Fasern 260a bis 260f zu dem Rechteckstrahlerzeuger 270.
Der Rechteckstrahlerzeuger 270 ist an einem Ausgabeende der zweiten Lichtübertragungseinheit 260 vorgesehen und umfasst erste bis sechste Rechteckstrahlerzeuger 270a bis 270f.
Die ersten bis sechsten Rechteckstrahlerzeuger 270a bis 270f wandeln fokussierte R-, G- und B-Laserstrahlen aus den Kollimatorlinsen 262a bis 262f zu rechteckigen Strahlen mit jeweils vorbestimmten Seitenverhältnissen.
Die ersten bis sechsten Rechteckstrahlerzeuger 270a bis 270f verwenden eine Lichtröhre oder einen Lichtwürfel. Die Lichtröhre ist ein hohles Hexaeder, das vier verspiegelte Innenseiten aufweist. Ein in die Lichtröhre einfallender Laserstrahl wird zu einem rechteckigen Strahl gewandelt und ausgegeben.
Anstelle einer Lichtröhre kann der Rechteckstrahlerzeuger 270 auch eine Anamorphotlinse verwenden. Eine Anamorphotlinse weist eine unterschiedliche Krümmung entlang der horizontalen und vertikalen Achsen auf und realisiert einen balkenartigen Strahl wie etwa einen Farbstreifen auf der Paneleinheit 280. Eine zylindrische Linse ist ein Beispiel für eine Anamorphotlinse.
Die Streulinse 275 streut den rechteckigen Laserstrahl, sodass er auf die Paneleinheit 280 fällt.
Mit den einfallenden rechteckigen Laserstrahlen aus der Streulinse 275 wird ein monochromatischer Farbstreifen auf der Paneleinheit 280 mit einer vorbestimmten Größe gebildet. Jeder der monochromatischen Farbstreifen gibt R-, G- und B-Laserstrahlen wieder, wobei die monochromatischen R-, G- und B-Farbstreifen in den Zeichnungen jeweils durch schräge, vertikale und umgekehrt schräge Schraffierungen wiedergegeben werden.
Die Paneleinheit 280 wird durch ein reflektives Panel oder ein durchlässiges Panel gebildet. Das reflektive Panel umfasst ein digitales Mikrospiegel (DMD)-Panel und ein Flüssigkristall-auf-Silizium (LCOS)-Panel, während das durchlässige Panel ein Flüssigkristallanzeige (LCD)-Panel oder ein anderes für die vorliegende Erfindung geeignetes Display umfasst.
2 zeigt den Aufbau, in dem das LCD-Panel als eine Paneleinheit 280 verwendet wird. Zum Beispiel ist die Paneleinheit 280 in einen ersten oberen Teil oben_1, einen zweiten oberen Teil oben_2, einen ersten mittleren Teil mitte_1, einen zweiten mittleren Teil mitte_2, einen ersten unteren Teil unten_1 und einen zweiten unteren Teil unten_2 unterteilt.
Mit den ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240, die wie in 2 gezeigt betrieben werden, wird der von dem optischen Schalter 230a reflektierte R-Strahl von den optischen Schaltern 240b, 240a reflektiert. In diesem Fall wird der R-Strahl durch den ersten Ausgabeanschluss 250a, die optische Faser 260a, die Kollimatorlinse 262a, den ersten Rechteckstrahlerzeuger 270a und die Streulinse 275 durchgelassen und fällt dann auf den ersten oberen Teil oben_1 der Paneleinheit 280. Gleichzeitig wird der G-Strahl zu dem ersten unteren Teil unten_1 der Paneleinheit 280 emittiert.
Wenn das DMD-Panel als Paneleinheit 280 verwendet wird, kann die Anordnung der Projektionslinseneinheit 290 und der Bildfläche variieren. Wenn die Paneleinheit 280 aus einem DMD-Panel hergestellt ist, nimmt der bewegliche Spiegel auf dem DMD-Panel eine Zeitteilung der monochromatischen R-, G- und B-Farbstreifen auf den entsprechenden Teilen der Paneleinheit 280 vor und reflektiert dieselben mit einem vorbestimmten Winkel.
Die Projektionslinseneinheit 290 ist gegenüber der Paneleinheit 280 ausgebildet, um den einfallenden monochromatischen Farbstreifen von der Paneleinheit 280 zu vergrößern und auf die Bildfläche zu projizieren, sodass ein Bild auf der Bildfläche realisiert wird.
Ein Bildflächenbild wird realisiert, wenn die entsprechenden neun optischen Schalter 230a bis 230i der ersten optischen Schalteinheit 230 in einer bestimmten Reihenfolge und wenigstens ein Mal in die Ein-Position versetzt wurden.
3A bis 3F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Realisieren eines einzelnen Bildflächenbilds auf der Paneleinheit 280 in einer bestimmte Reihenfolge in Übereinstimmung mit einer Manipulation der ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240 von 2 erläutern.
3A bis 3F zeigen ein Beispiel, in dem das DMD-Panel oder das LCOS-Panel für die Paneleinheit 280 verwendet wird.
Ein Bildflächenbild wird realisiert, indem die Prozesse von 3A bis 3F sequentiell ausgeführt werden. Die Prozesse von 3A bis 3F sind veränderbar. 3A, 3C und 3E zeigen die Operation der optischen Schalter, wenn die zweite Gruppe der zweiten optischen Schalteinheit 240 in die Ein-Position versetzt wird, während 3B, 3D und 3F die Operation der optischen Schalter zeigen, wenn die zweite Gruppe in die Aus-Position versetzt wird.
Monochromatische R-, G- und B-Farbstreifen werden auf den ersten und zweiten oberen Teilen oben_1, oben_2, den ersten und zweiten mittleren Teilen mitte_1, mitte_2 sowie den ersten und zweiten unteren Teilen unten_1, unten_2 durch die Manipulation der ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240 gebildet.
Die monochromatischen Farbstreifen auf der Paneleinheit 280 können in eine erste monochromatische Streifengruppe einschließlich des ersten oberen Teils oben_1, des ersten mittleren Teils mitte_1 und des ersten unteren Teils unten_1 sowie in eine zweite monochromatische Streifengruppe einschließlich des zweiten oberen Teils oben_2, des zweiten mittleren Teils mitte_2 und des zweiten unteren Teils unten_2 kategorisiert werden. Die entsprechenden monochromatischen Farbstreifen werden beinahe gleichzeitig auf der Paneleinheit 280 angezeigt, während die erste monochromatische Streifengruppe und die zweite monochromatische Streifengruppe sequentiell auf der Paneleinheit 280 angezeigt werden.
Wie in 3A gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240 wie in der Tabelle 1 angegeben betrieben.
Tabelle 1
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Rus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 230i und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 1 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3A-1> von 3A gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3A-2> von 3A gezeigt gebildet.
Zum Beispiel wird der R-Laserstrahl von den optischen Schaltern in der Reihenfolge von 230a->240b->240a reflektiert, sodass er auf den ersten Ausgabeanschluss 250a fällt. Dann wird der R-Laserstrahl durch die Optikfaser 260a geführt und auf dem ersten oberen Teil oben_1 der Paneleinheit in der Form eines monochromatischen Farbstreifens gebildet. Die G- und B-Laserstrahlen bilden jeweils auf dem ersten mittleren Teil mitte_1 und dem ersten unteren Teil unten_1 der Paneleinheit 280 monochromatische Streifen.
Wie in 3B gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240 in der in Tabelle 2 angegebenen Weise betrieben.
Tabelle 2
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Aus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 230i und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 2 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3B-1> von 3B gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3B-2> von 3B gezeigt auf der Paneleinheit 280 gebildet.
Wie in 3C gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalter 230, 240 in der in Tabelle 3 angegebenen Weise betrieben.
Tabelle 3
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Aus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 230i und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 3 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3C-1> von 3C gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3C-2> von 3C gezeigt auf der Paneleinheit 280 gebildet.
Wie in 3D gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalter 230, 240 in der in Tabelle 4 angegebenen Weise betrieben.
Tabelle 4
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Aus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 2301 und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 4 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3D-1> von 3D gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3D-2> von 3D gezeigt auf der Paneleinheit gebildet.
Wie in 3E gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalter 230, 240 in der in Tabelle 5 angegebenen Weise betrieben.
Tabelle 5
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Aus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 230i und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 5 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3E-1> von 3E gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3E-2> von 3E gezeigt auf der Paneleinheit gebildet.
Wie in 3F gezeigt, werden die ersten und zweiten optischen Schalter 230, 240 in der in Tabelle 6 angegebenen Weise betrieben.
Tabelle 6
ROT gibt den R-Strahl wieder, GRÜN gibt den G-Strahl wieder und BLAU gibt den B-Strahl wieder. EIN gibt den optischen Schalter in der Ein-Position wieder, in der der Laserstrahl reflektiert wird, während AUS den optischen Schalter in der Aus-Position wiedergibt, in der der Laserstrahl durchgelassen wird. Die Bezugszeichen 230a bis 230i und 240a bis 240f geben entsprechende optische Schalter wieder.
Wenn die optischen Schalter 230a bis 230i und 240a bis 240f der ersten und zweiten optischen Schaltereinheiten 230, 240 wie in Tabelle 6 angegeben betrieben werden, d.h. wie in <3F-1> von 3F gezeigt, werden monochromatische Farbstreifen wie in <3F-2> von 3F gezeigt auf der Paneleinheit gebildet.
Wie oben beschrieben wird ein einzelnes Bildschirmbild realisiert, wenn die Prozesse von 3A bis 3F in dieser Reihenfolge ausgeführt werden. Vorzugsweise werden die ersten und die zweiten Gruppen diskontinuierlich durchgeführt, d.h. mit vorbestimmten Zeitintervallen.
4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Realisieren eines monochromatischen Farbstreifens auf dem DMD-Panel der Paneleinheit 280 von 2 erläutert.
Mit Bezug auf 4 wird im Folgenden ein Verfahren zum Beseitigen des Überlappungsphänomens der monochromatischen Farbstreifen in dem ersten und zweiten oberen Teil oben_1, oben_2 sowie in dem ersten mittleren Teil mitte_1 in den Grenzbereichen beschrieben.
4 zeigt einen Teil der Paneleinheit 280, d.h. den ersten und den zweiten oberen Teil oben_1, oben_2 sowie den ersten mittleren Teil mitte_1. Auf dem ersten oberen Teil oben_1 wird ein erster monochromatischer Farbstreifen (1Farbe) durch den von der ersten Reihe, z.B. von dem optischen Schalter 240a, reflektierten Laserstrahl gebildet, und auf dem zweiten oberen Teil oben_2 der Paneleinheit 280 wird ein zweiter monochromatischer Farbstreifen (2Farbe) durch den von der zweiten Reihe, z.B. von dem optischen Schalter 240b, reflektierten Laserstrahl gebildet. Der Einfachheit halber wird der erste monochromatische Farbstreifen (1Farbe) durch eine Schraffierung mit schrägen Linien wiedergegeben, während der zweite monochromatische Farbstreifen (2Farbe) durch eine Schraffierung mit umgekehrt schrägen Linien wiedergegeben wird.
Der Bereich, wo die schrägen und umgekehrt schrägen Linien einander kreuzen, gibt einen überlappenden Bereich zwischen den ersten und zweiten monochromatischen Farbstreifen (1Farbe), 2Farbe) wieder. Dieser Bereich wird entsteht, indem der erste monochromatische Farbstreifen (1Farbe) gebildet wird und dann der zweite monochromatische Farbstreifen (2Farbe) derart gebildet wird, dass er teilweise den unteren Teil des ersten monochromatischen Farbstreifens (1Farbe) um eine Distanz ,d' überlappt.
In der Realität jedoch überlappen die monochromatischen Farbstreifen auf der Paneleinheit 280 wegen des beweglichen Spiegels nicht. Der bewegliche Spiegel wird derart betrieben, dass der erste monochromatische Farbstreifen (1Farbe) auf dem ersten oberen Teil oben_1 gebildet wird, der eine obere Hälfte der überlappenden Distanz ,d' umfasst.
Dann wird nach der Bildung des ersten monochromatischen Farbstreifens (1Farbe) durch den beweglichen Spiegel der zweite monochromatische Farbstreifen (2Farbe) derart gebildet, dass er die untere Hälfte der überlappenden Distanz ,d' umfasst. Mit anderen Worten wird der zweite monochromatische Farbstreifen (2Farbe) so breit wie der zweite obere Teil oben_2 gebildet. Vorstehendes gilt auch für die Bildung des dritten monochromatischen Farbstreifens (3Farbe) auf dem ersten mittleren Teil mitte_1.
Wie oben beschrieben können durch das Betreiben der ersten und zweiten optischen Schalteinheiten 230, 240 und der Paneleinheit 280 monochromatische Streifen gebildet werden, die einander nicht überlappen.
Mit Bezug auf 4 wird im Folgenden die Lichteffizienzrate an der Paneleinheit 280 des DMD-Panels beschrieben.
wobei SAI die Summe der tatsächlichen Bildanzeigebereiche auf dem Panel wiedergibt und SOI die Summe der überlappenden Bildanzeigebereiche auf dem Panel wiedergibt. Mit anderen Worten gibt SAI die Summe des ersten oberen Teils oben_1 und des zweiten unteren Teils unten_2 der Paneleinheit 280 wieder. Dementsprechend bedeutet ein geringeres SOI eine höhere Lichteffizienzrate.
Indem gemäß der vorliegenden Erfindung die optischen Schalter in der 3 × 3-Matrixanordnung und die optischen Schalter in einer Einfachfolge verwendet werden, kann eine Überlappung der monochromatischen Farbstreifen auf dem Panel verhindert werden. Insbesondere kann die Überlappung verhindert werden, indem die optischen Schalter in der Einfachfolge in ungerade nummerierte Reihen und gerade nummerierte Reihen unterteilt werden, wobei die optischen Schalter jeder Gruppe alternierend betrieben werden. Indem weiterhin monochromatische Farbstreifen sequentiell auf dem Panel unter Verwendung von optischen Schaltern der MEMS-Technologie realisiert werden, kann die Lichtnutzung stark verbessert werden. Daraus resultiert, dass die Lichteffizienz und damit die Helligkeit der Bilder verbessert werden.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, das die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Bildprojektionsvorrichtung mit: einer Lichtquelle (210), die zum Ausstrahlen einer Vielzahl von monochromatischen Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen konfiguriert ist, einer ersten Lichtübertragungseinheit (220), die eine Vielzahl von optischen Fasern umfasst, durch die die entsprechenden monochromatischen Lichtstrahlen hindurchgehen, einer ersten optischen Schalteinheit (230), die eine Vielzahl von optischen Schaltern (230a–230i) in einer Quadratmatrixanordnung umfasst, die betrieben wird, um die monochromatischen Lichtstrahlen selektiv zu reflektieren, einer zweiten optischen Schalteinheit (240), die eine Vielzahl von optischen Schaltern (240a–240f) umfasst, die in einer Einfachfolge angeordnet und konfiguriert sind, um die von der ersten optischen Schalteinheit (230) reflektierten monochromatischen Lichtstrahlen zu reflektieren bzw. durchzulassen, wobei die Vielzahl von optischen Schaltern (240a–240f) eine in ungerade nummerierten Reihen angeordnete erste Gruppe von optischen Schaltern (240a, 240c, 240e) sowie eine in gerade nummerierten Reihen angeordnete zweite Gruppe von optischen Schaltern (240b, 240d, 240f) umfasst, einem Rechteckstrahlerzeuger (270), der konfiguriert ist, um die von der zweiten optischen Schalteinheit (240) reflektierten monochromatischen Lichtstrahlen zu rechteckigen Strahlen mit einem vorbestimmten Seitenverhältnis zu wandeln, einer Paneleinheit (280), die konfiguriert ist, um die rechteckigen Strahlen der monochromatischen Lichtstrahlen zu empfangen und die empfangenen rechteckigen Strahlen in der Form eines monochromatischen Farbstreifens mit einer vorbestimmten Größe zu realisieren, und einer Projektionslinseneinheit (290), die gegenüber der Paneleinheit (280) ausgebildet ist, wobei entweder die erste (240a, 240c, 140e) oder die zweite Gruppe (240b, 240d, 240f) der zweiten optischen Schalteinheit (240) periodisch die monochromatischen Lichtstrahlen reflektiert.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Schalter aus den Vielzahlen von optischen Schaltern der ersten und der zweiten optischen Schalteinheiten (230, 240) zwischen einer ersten Position zum Reflektieren der monochromatischen Lichtstrahle und einer zweiten Position zum Durchlassen der monochromatischen Lichtstrahlen bewegt werden.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein optischer Schalter in jeder Spalte und jeder Reihe der ersten optischen Schalteinheit (230) in der ersten Position befindet.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die erste Gruppe (240a, 240c, 240e) oder nur die zweite Gruppe (240b, 240d, 240f) der zweiten optischen Schalteinheit (240) in der ersten Position befindet.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Schalteinheit (230) optische Schalter in einer 3 × 3-Quadratmatrixanordnung umfasst, während die zweite optische Schalteinheit (240) optische Schalter in einer 6 × 1-Matrixanordnung umfasst.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine zweite Lichtübertragungseinheit (260), die eine Vielzahl von optischen Fasern umfasst, die zum Durchlassen der von der zweiten optischen Schalteinheit (240) durchgelassenen monochromatischen Lichtstrahlen zu dem Rechteckstrahlerzeuger (270) konfiguriert sind.
Bildprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paneleinheit (280) eine digitale Mikrospiegel-Linseneinrichtung umfasst, die konfiguriert ist, um die Vielzahl von monochromatischen Farbstreifen zu wandeln und die monochromatischen Farbstreifen zu der Projektionslinseneinheit (290) zu reflektieren.