DE69503375T2

DE69503375T2 - Hochauflösendes subtraktives farbprojektionssystem

Info

Publication number: DE69503375T2
Application number: DE69503375T
Authority: DE
Inventors: Brent D. Cave Creek Az 85331 Larson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2015-06-01
Also published as: EP0763306A1; JPH10501388A; EP0763306B1; DE69503375D1; JP3810792B2; US5594563A; KR100384570B1; WO1995033343A1; AU2606495A; CA2190132A1; KR970703681A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Farbprojektoren und insbesondere solche Farbprojektoren, die eine hochauflösende subtraktive Farb-Flüssigkristallaizeigen (LCD)-Technologie einsetzen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit dem steigenden Gebrauch von Computem wurden Farbprojektoren, welche eine Flüssigkristall-Technologie einsetzen, immer populärer, um Informaüonen auf großen Bildschirmen anzuzeigen. Für eine zunehmende Vielfalt von Anwendungen sind am Kopf gelagerte Anzeigeeinrichtungen entwicklungsfähige Alternativen geworden. Viele dieser Projektoren umfassen eine Beleuchtungsquelle, eine oder mehrere Flüssigkristallplatten mit einer Vielzahl von Pixeln zur Schaffung einer Abbildung, und eine Optik, um entweder die Abbildung als reale Abbildung auf einem Bildschirm zu fokussieren oder um die Abbildung zur Betrachtung auf einer virtuellen Abbildungsanzeigeeinrichtung zu kollimieren. Die Anforderungen an die Auflösung und Abbildungsqualität solcher Farb- Anzeigeeinrichtungen nehmen weiter zu.
Um Farbe ohne entsprechenden Verlust an Auflösung bereitzusteflen, kann ein Projektor die subtraktive Farbabbildung verwenden. Subtraktive Farbe ist in anderen Abbildungstechnologien ein gut eingeftihrter Lösungsweg, insbesondere bei Farbphotographie oder Farbdruck. Bei einer subtraktiven Farbanzeigeeinrichtung sind individuelle LCD-Platten oder andere Abbildungsquellen übereinander gestapelt und ein Spektrum weißen Lichts fällt auf diesen Stapel ein. Bereiche des sichtbaren Spektrums werden bei jeder LCD-Platte selektiv subtrahiert, um die gewünschte Farbe zu erzeugen. Der Bereich des Spektrums, welcher subtrahiert wird, wird entweder absorbiert oder zur Beleuchtungsquelle zurückreflektiert. Die gestapelten LCD-Platten sind derart angeordnet, daß dieselben mit dem Lichtstrahl zusammentreffen, so daß die projizierte Abbildung eine Zusammensetzung der durch die drei Platten geschaffenen Abbildungen ist und korrespondierende Farbpixel-Elemente im projizierten Bild ausgerichtet sind.
Die Qualität einer subtraktiven Farbabbildung ist eine Funktion einer Vielzahl von Parametern. Die Farbqualität kann exzellent sein, sie ist jedoch von dem eingesetzten speziellen Farb-Erzeugungsmechanismus in hohem Maße abhängig. Die erzielbare Pixelzahl wird üblicherweise durch das Multiplex-Verhältnis bestimmt, bei welchem eine angemessene Kontrast- und Graustufen-Leistung erzielt werden kann. Die Pixeldichte, z.B. in Linien pro Inch (LPI), wird durch den eingesetzten LCD-Typ, durch das Multiplex- Verhältnis bei einer gegebenen Anzeigegröße und durch die Möglichkeit zur Herstellung zuverlässiger Ansteuerverbindungen zu den Platten der Anzeigeeinrichtung begrenzt.
Die gestapelte Natur subtraktiver Farbprojektoren haben spezielle optische und geometrische Überlegungen zur Folge. Mit den meisten gegenwärtigen Anzeigeeinrichtungs-Technologien können die einzelnen Schichten nicht in einer Art und Weise vernachlässigbar dünn gemacht werden, wie dies bei photographischen oder drucktechnischen Farbschichten möglich ist. Dies verursacht spezielle Systemanforderungen, wie z.B. den Zwang, drei verschiedene Farbebenen gleichzeitig zu fokussieren und Parallaxe-Probleme zu eliminieren. Die Beibehaltung einer angemessenen Auflösung bei Projektionssystemen ist im Hinblick auf die Kohkurrenzfähigkeit von subtraktiven Farbeinrichtungen ein kritisches Merkmal. Zusätzlich sind Kompaktheit und Systemstabilität wichtig, da dies Gebiete sind, in denen subtraktive Farbeinrichtungen gegenüber alternativen Farbanzeigemethoden wichtige Vorteile anbieten, insbesondere bei im Hinblick auf die Gestalt kritischen Anwendungen, wie z.B. bei am Kopf gelagerten Anzeigeeinrichtungen. Weiterhin ist ein wichtiges Gebiet die Minimierung der Kosten für eine solche Anzeigeeinrichtung. Um die Verwendung von drei Platten anstelle einer Platte zu rechtfertigen, müssen die Herstellungskosten einer jeden Platte bei einem Minimum gehalten werden.
Die konventionelle optische Methode, um eine subtraktive Farbabbildung anzuzeigen oder zu projizieren, ist der Gebrauch von relativ gerichtetem oder kollimiertem Licht. In diesem Fall kann gerichtet bedeuten, daß der durch die Beleuchtung eingeschaltete Winkel in der Größenordnung der Winkel liegt, die durch den Satz von Strahlen aufgespannt werden, welche durch jedes der entsprechenden Farbelemente eines gegebenen Vollfarben- Bildelements oder Pixels aufgespannt werden. Im Fall eines Hardcopy-Pixels, wie z.B. in der Photographie oder Farb-Wärmeübertragungs-Abbildung, ist der Abstand der Schichten viel geringer als die Pixelgröße, und daher kann diffüses Licht benutzt werden. Bei einer typischen subtraktiven Farbanzeigeeinrichtung (siehe z.B. US-Patent 4,917,465), welche in einem Overhead-Projektor unter Verwendung von Fresnel-Linsen und drei großen Lichtventilen eingesetzt werden kann, ist das Licht ausreichend direktional, falls die Tiefe des Rasterbilds ausreichend ist, um alle Schichten in einem angemessenen Fokus zu halten.
In diesem Fall macht eine telezentrische Konfiguration die Vergrößerung für alle Schichten gleich, alternativ können individuelle Lichtventile unterschiedlicher Größe eingesetzt werden. Die Situation wird jedoch komplizierter, wenn die Lichtventile kleiner werden oder eine höhere Leistung erwünscht ist.
Obwohl die Flüssigkristallplatten relativ dünn sind, sind die individuellen LCD-Platten weiterhin mit unterschiedlichen Abständen von dem Schirm befestigt, auf welchem die Abbildung projiziert wird. Mit den unterschiedlichen Abständen ergeben sich Schwierigkeiten beim Fokussieren der drei Abbildungen zur selben Zeit auf einer einzelnen Oberfläche. Bei hohen Auflösungen, bei denen der Pixelabstand wesentlich geringer ist als der Abstand der Schichten, werden gerichtete oder kollimierte Methoden beschwerlicher. Die durch die Beschränkung, daß die Lichtstrahlen alle korrespondierenden Farbelemente durchqueren sollen, erlaubte geringe numerische Apertur, beschränkt sowohl den Lichtdurchsatz für praktische Lichtquellen als auch die erzielbare Auflösung infolge von Apertur-Effekten, welche die Diffiaktion beschränken.
Es wird daher unmöglich unter Verwendung der gerichteten oder kollimierten Methode, eine angemessene Leistung über eine einzelne Tiefe eines Rasterbild-Bereichs zu erzielen, da diesselben einen schädlichen Einfluß auf die Qualität der projizierten Abbildung aufweisen.
Eine Anordnung, welche einige der Schwierigkeiten überwindet, verfügt über eine gestapelte dichroitische Flachspiegel-Einrichtung, welche im Pfad der projizierten Abbildung angeordnet ist (US-Patent 5,184,234). Die Schichten der dichroitischen Spiegelanordnung reflektieren selektiv die durch die individuellen LCD-Platten erzeugten roten grünen und blatien Abbildungen. Die individuellen Spiegel der Spiegelanordnung sind derart voneinander beabstandet, daß dies der Beabstandung zwischen den LCD- Platten entspricht. Die dichroitische Spiegelanordnung ist derart ausgewählt, daß eine erste dichroitische Spiegeifläche das Licht reflektiert, welches durch die Flüssigkristallplatte moduliert wurde, welche von der Spiegelanordnung am weitesten entfernt ist, und die den Rest des Lichtstrahls insgesamt nicht beeinflußt. Die mittlere dichroitische Spiegeifläche ist derart ausgewählt, daß diesselbe die Abbildung reflektiert, die durch die mittlere Flüssigkristallanzeige-Scheibe erzeugt wurde, und die wenigstens das Abbildungslicht hindurchläßt, welches der am nächsten beabstandeten LCD-Plaffe entspricht. Die letztere reflektierende Fläche ist ein Spiegel, der alle spektrale Energie reflektieren wird, wenngleich nur die durch die letzte LCD-Platte erzeugte Abbildung seine Oberfläche erreichen sollte. In Verbindung mit einer Abbildungslinse und einem Schirm gewährleistet diese Anordnung einen Farbprojektor mit gleichen Pfadlängen zwischen den LCD's und der Abbildungsoberfläche, so daß die drei Abbildungen durch die Optik auf der Abbildungsoberfläche simultan fokussiert werden können.
Die oben beschriebene Anordnung verfügt über viele Nachteile für anspruchsvolle Anzeige-Anwendungen, wie solche, die kompakte Miniatur-AMLCD-Subtraktiv- Farblichtventile einsetzen. Diese Lichtventile werden in zunehmendem Masse auf höhere Dichten von 500 bis 2000 LPI und darüber hinaus ausgedehnt, mit Tausenden von Pixeln auf einer Seite, und wahrscheinlich mit integrierter Zeilen- und Spalten- Ansteuerelektronik. Ausgenonunen den Fall, daß eine komplette kollimierte Rückleucht- Anordnung verwendet wird, arbeitet die dichroitische Spiegelanordnung nach dem Stand der Technik als eine geneigte Platte im divergenten optischen Anzeigepfad. Wenn ein Licht die Oberfläche der Anordnung berührt, wird es infolge des unterschiedlichen Mediums gebrochen. Optische Abbildungsfehler wie Astigmatismus und Coma werden eingeführt. Des weiteren ist infolge der Natur des Spiegel-Stapels die Stärke dieser Fehler stark von der Wellenlänge abhängig. Dies kann merklich die Leistung eines ansonsten gut korrigierten Systems beeinträchtigen und eine zusätzliche Komplexität in der Projektionsoptik erfordern, falls eine Anzeige mit hoher Auflösung erwünscht ist oder falls eine große Lichtauffialhne-Effizienz nötig ist. In gewissen gewünschten Konfigurationen können die durch das System eingeführten neuen optischen Störungen eine hochauflösende Leistung beschränken, wie die Unterschiede der Pfadlängen, die sie kompensieren sollen. Weitere Komplexität wird in die Anordnung durch die Notwendigkeit eingeführt, daß eine angemessene Ausrichtung zwischen der Spiegelanordnung und den LCD-Platten bereitgestellt und gewährleistet sein soll.
Ein weiterer Nachteil des oben beschriebenen Standes der Technik ist das Erfordernis eines seitlichen Offset zwischen den LCD-Platten. Die klaren oder transparenten Bereiche einer jeden Platte müssen vergrößert werden, um die Vignettierung oder die Änderung in der Abbildungsqualität zugeordneter, nicht überlappender Bereiche zu minimieren. Dieser Raumanstieg kann die Abbildungsqualität oder Anzeigenplattengröße beeinflussen und daher Kostenüberlegungen, Ausbeuteüberlegungen oder andere Erwägungen einführen. Unter Annahme z.B. der in dem US-Patent 5,84,234 beschriebenen Geometrie und drei identischer LCD-Matrixplatten mit einem angemessenen Abstand von 1,5 mm zwischen gegenüberliegenden aktiven Schichten, würde die zusätzliche Dimension zweimal so groß sein, wie der Abstand (die Dicke) zwischen der ersten und der letzten Platte, oder 6 mm. Eine Anordnung mit kleinerer effektiver Pixelgröße könnte eher verwendet werden als eine physische Vergrößerung der Anzeigefläche, für kompakte und hochauflösende Lielitsysteme ist dies jedoch nicht wünschenswert. Dies mag insbesondere für Miniatur- Aktivmatrix-Substrate gelten, die unter Verwendung gewöhnlicher IC-Verfahren und Design-Regeln hergestellt werden können. Bei der Einführung von Bus-Verknüpflingen, Aktivelementen wie dünnen Filmtransistoren (TFTs) und auf dem Substrat integrierter Zeilen- und Spalten-Ansteuerelektronik, könnte diese zusätzliche Dimension einen sehr starken Größenanstieg verursachen, die Anzahl der Einrichtungen pro Platte verringern, die Empfindlichkeit der Einrichtung verringern, die Kosten erhöhen, die Packungsgröße vergrößern, und möglicherweise die Kosten und Komplexität des benötigten photolithographischen Systems vergrößern.
Ein weiterer Nachteil der Projektoren nach dem Stand der Technik ist die Empfindlichkeit in bezug auf Aliasing oder Moiré-Artifakte, die durch die räumliche Interferenz zwischen der Pixel-Gitterstruklur der individuellen, gestapelten Abbildungseinrichtungen verursacht sind. Im Fall eines Aktiv-Matrix-LCD, der üblicherweise dann bevorzugt wird, wenn in bezug auf Pixelanzahl, Dichte, Graustufung, Kontrast und Ahtwortzeit eine maximale Leistung gewünscht wird, ist die Gitterstruktur typischerweise opak und kann völlig signifikant sein. Die Moiré-Artifakte sind im wesentlichen Parallaxe-Effekte, ähnlich zu der Parallaxe, die zwischen den modulierten Abbildungs-Schichten gesehen wird, ausgenommen den Fall, daß vergleichbare Gitterstrukturen Licht aller Wellenlängen in allen Lagen subtrahieren. Dies beschränkt die Effektivität des Standes der Technik entweder zu einer im hohen Maße gerichteten Beleuchtung oder zu Einrichtungen ohne nennenswerte opake Gitterstrukturen, wie z.B. bei passiv gemultiplexten, verdrallten nematischen LCD's, einschließlich super-verdrallten nematischen LCDs.
Ein weiteres in der EP-A-0 431 716 beschriebenes Farb-Projektionssystem nach dem Stand der Technik umfaßt Licht-Erzeugungseinrichtungen, eine Vielzahl von gestapelten, hochauflösenden Anzeigeplatten mit individuellen Bildelementen, die das durch die Lichterzeugungseinrichtung erzeugte Licht zur Schaffung einer Abbildung modulieren, hochauflösende Kompensations-Einrichtungen zur Kompensation von Parallaxe- Artifakten, die aus der Vielzahl der gestapelten hochauflösenden Anzeigeplaffen und hochauflösenden optischen Fokussier-Einrichtungen zur Fokussierung des modulierten Lichts und Schaffimg einer realen oder virtuellen zusammengesetzten Abbildung resultieren. Nach diesem Stand der Technik werden die hochauflösenden Kompensations Einrichtungen entweder aus einer Streuoberfläche oder einer Flachlinse gebildet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkristallanzeige-(LCD)- Farbprojektor zu schaffen, der reale oder kollimierte Abbildungen hoher Auflösung bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, den Gebrauch von Aktivmatrix- Flüssigkristallanzeigen (AMLCD's) oder anderen transmissiven Anzeigen mit einer Matrix oder Gitterstruktur in einer subtraktiven Farb-Anordnung zu ermöglichen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen kompakten und stabilen LCD- Projektor bereitzustellen, der simultan gestapelte, spektrale, nicht-überlappende Abbildungsquellen-Schichten fokussiert und Parallaxe-Effekte zwischen den Schichten eliminiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen LCD-Farbprojektor geringer Kosten bereitzustellen, der die erforderliche Komplexität der Projektionsoptik minimiert, die Größe minimiert und folglich die Kosten der subtraktiven Farbschichten minimiert, gelockerte Toleranzen der Projektor-Anordnung gewährleistet und eine effektive Verwendung von günstigen, nicht-kollimierten Beleuchtungsquellen erlaubt.
Weiterhin ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen subtraktiven, matrixadressierten Farb-Projektor ohne unangenelme Aliasing-Artifakte des Moiré-Typs zu schaffen.
Diese und andere Ziele werden durch die in den Ansprüchen definierte vorliegende Erfindung gewährleistet, durch Kombination einer Lichtquelle mit einer Vielzahl gestapelter Flüssigkristallanzeige-Platten, und einer Optik, um ein Farbbild als eine reale Abbildung auf einem Schirm zu fokussieren oder alternativ das Bild als virtuelle Abbildung zu kollimieren. Durch die LCD-Platten projiziertes Licht wird moduliert, während es die individuellen Pixelorte zur Schaffüng der Farbabbildung durchquert. Das aus den Platten austretende modulierte Licht wird durch einen oder mehrere dichroitische Spiegelstapel reflektiert. Die Abbildungen werden entsprechend der Farbe reflektiert, und die Spiegelpositionen sind derart eingestellt, daß die Dicke der gestapelten LCD-Platten berücksichtigt wird. Der optische Pfad ist derart ausgelegt, um ein Minimum von optischen Abbildungsfehlern im Spiegelstapel zu gewährleisten, die in der Projektionsoptik zu korrigieren sind. Dies wird erreicht durch die Eliminierung von isolierten, geneigten Schnittstellen zwischen der Luft und dem Brechungs-Medium in Gegenwart divergierender Abbildungsstrahlen. In einem Ausführungsbeispiel sind die reflektierenden Spiegel in ein vergleichbares brechendes Medium eingetaucht, mit Eintritts- und Austrittsoberflächen, die größtenteils senkrecht zur optischen Achse verlaufen. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden sich ergänzende Paare von Spiegelanordnungen benutzt, um eine oder mehrere Typen von Abbildungsfehlem zu unterdrücken.
Die sich aus der gestapelten Gitterstruktur ergebenden Aliasing- oder Moiré-Artifakte werden durch Periodizitäts-Regelung der winkel-veränderlichen geometrischen Strahlinterferenz und durch Mittelung über mehrere Streifen eliminiert. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Betriebswinkel der Projektion und die Betrachtungsoptik mit dem Verhältnis des aktiven Abstands der Schichten zu dem Abstand der Lichtventile ins Verhältnis setzt und den subtraktiven Stapel sowie die Optik gemäß dem oben beschriebenen Verhältnis konstruiert. In dem Fall einer kolliminierten Konfiguration wird die Pupillen-Öflhung des Auges eines Betrachters ebenfalls in Betracht gezogen.
Ausgewählte Ausffilrrungsbeispiele stellen Einrichtung zur Verbesserung der Stabilität, Funktionalität und Kosten der verwendeten Komponenten und Untersysteme bereit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Farb-Projektors.
Figur 2 ist eine Explosionsdarstellung einer LCD-Platten-Anordnung.
Figur 3 ist eine Draufsicht auf das erste Ausführungsspiel des Farb-Projektors.
Figur 4 stellt den Ursprung der Moiré-Artifakte dar und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Eliminierung dieser Artifakte.
Figur 5 ist eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 6 ist eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 7 ist eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 8 ist eine Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 9 ist eine Draufsicht auf ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 10 ist eine Draufsicht auf ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 11 ist eine Draufsicht auf ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 12 ist eine Draufsicht auf ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 13 ist eine dreidimensionale Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Figur 14 ist eine Draufsicht auf ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur list eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels des hier beschriebenen Farb-Projektors. Alle Ausführungsbeispiele der Erfindung enthalten einige gemeinsame Komponenten, die am besten in Figur 1 dargestellt sind. Der Projektor umfaßt eine Lichtquelle 10, die einen Reflektor (nicht gezeigt) einschließen kann, um einen Beleuchtungsstrahl zu erzeugen. Die Beleuchtungsquelle 10 emittiert weißes Licht, welches auf die LCD-Anordnung 12 einfällt. Die LCD-Anordnung 12 umfaßt drei getrennte Flüssigkristallanzeige-Platten. Jede Anzeigeplatte filtert selektiv eine spezielle spektrale Komponente des weißen Lichts heraus, welches von der Lichtquelle emittiert wird. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen arbeiten die LCD-Platten als Filter für rotes, grünes und blaues Licht, was jedoch nicht als Beschränkung für den subtraktiven Farb-Prozeß zu verstehen ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 berütrt die LCD-Platten-knordnung ein Prisma 14. Das Prisma ist aus klarem Material eines bekannten Brechungsindex hergestellt. Von der LCD-Platten-Anordnung stammendes Licht tritt in das Prisma ohne weitere Brechung ein. Entlang zweier Seiten des Prismas 14 ist eine dichroitische Spiegel-Anordnung 16 angeordnet, welche durch die LCD-Platten transmittiertes Licht reflektiert. Das reflektierte Licht tritt aus dem Prisma 18 aus und durchläuft die Projektor-Optik 18. Die Projektor-Optik 18 fokussiert die Abbildung auf einem entfernt liegenden Betrachtungsschirm. Der optische Betriebswinkel der Optik 18 und die räumlichen Beziehungen innerhalb des LCD-Platten-Stapels werden eingestellt, um über die räumlichen tmd gewinkelten Moiré-Muster zu mitteln, was weiter unten in größerem Detail beschrieben wird. Die in Figur 1 gezeigte Optik ist eine Darstellung einer konventionellen Anzeige-Linse aus vielen Elementen. Dieser Linsentyp ist im Stand der Techruk gut bekannt.
Figur 1 beschreibt auch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer virtuellen Abbildungs- Anzeigevorrichtung, wie diese in am Kopf gelagerten Anzeigeeinrichtungen verwendet werden kann, falls die Linse derart entworfen und angeordnet ist, um die angezeigte Abbildung näherungsweise zu kollimieren. Eine Kollimierung der Abbildung würde einer Anordnung des Schirms bei oder nahe von unendlich oder darüber hinaus entsprechen (geringfügig divergente Strahlen). Die projizierte Abbildung würde dann direkt vorn Auge betrachtet werden ohne dazwischenliegenden Schirm.
In Figur 2 ist eine detailliertere Darstellung der LCD-Platten-Anordnung 12 gezeigt. Diese Anordnting umfaßt die individuellen LCD-Platten 24, 26 und 28. Um eine Farbabbildung zu erzeugen, nutzt dieser Typ einer LCD-Platten-Anordnung ein Verfahren, das im Stand der Technik als subtraktive Farbe gut bekannt ist. Jede Platte ist ein Farbfilter für eine spezielle Farbe. Bei den hier beschriebenen Ausfürungsbeispielen sind dies die Farben rot, grün und blau, es können jedoch auch andere Kombinationen eingesetzt werden. Innerhalb der Platte ist eine hochdichte Matrix von Bildelementen angeordnet, die die Lichtdurchlassung steuert. Jedes Bildelement in der Platte läßt selektiv eine spezielle Farbe durch oder filtert diese heraus. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung filtert die Gelb-Zelle 24 selektiv blaues Licht, die Zyan-Zelle 26 filtert selektiv rotes Licht, während die Magenta-Zelle 28 selektiv grünes Licht herausfiltert. Die gewünschten Farb- Kombinationen werden durch Manipulierung der Bild-Elemente in jeder LCD-Platte angezeigt. Ein Hauptvorteil dieses Typs der subtraktiven Farbe liegt darin, daß eine viel größere Vollfarben-Abbildungs-Auflösung erzielbar ist, wie im Vergleich mit elektronischen Farbfiltern, die die additive Methode unter Verwendung einer Farb-Filter- Matrix einsetzen.
Eine mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen angesprochene prinzipielle Herausforderung liegt darin, Parallaxe-Effekte zu überwinden, um eine hohe Abbildungs- Qualitäts-Leistung mit einer gestapelten subtraktiven Farb-Anordnung von Anzeige- Platten zu erzielen. Mit anderen Worten gesagt, wird durch die räumliche Trennung der LCD-Platten die gezeigte Abbildung eine Funktion der Blicklinie. Während Parallaxe- Effekte natürlich dadurch vermieden werden können, daß eine einzelne Blicklinie ausgewählt wird, wie dies bei konventionellen Projektionsmethoden der Fall ist, die stark gerichtetes oder kollimiertes Licht verwenden, kann dies für viele Anwendungen nicht praktikabel sein, insbesondere dann, wenn das Verhältnis der Beabstandung zur Bildelementgröße groß wird. Typischerweise ist ein Bündel von Lichtstrahlen bevorzugt. Unter seinen Vorteilen sind die, daß er eine große Licht-Sammel-Effizienz von praktischen Lichtquelle bereitstellt, daß er im Falle hochauflösender Anzeigen die diffraktionsbeschränkte Auflösung erhöht, und daß er jegliche Strukturen verdunkelt, die nicht in der gewünschten Abbildungsebene liegen. Zusätzlich kann das durch die Anzeige durchtretende Bündel von Lichtstrahlen als Funktion der Position innerhalb der Anzeige variieren, oder als Funktion der Betrachtungsposition, wie dies typischerweise bei der Betrachtung einer virtuellen Abbildungsanzeigeeinrichtung der Fall ist. In diesen Situationen müssen Parallaxe-Effekte eliminiert oder kompensiert werden.
Die Parallaxe-Effekte können weiter aufgegliedert werden. Ein Typ von Parallaxe-Effekten ergibt sich dann wenn getrennte Schichten in einem subtraktiven Farb-Stapel unabhängig voneinander arbeiten, jeder auf seinem eigenen Wellenlängen-Band. In diesem Fall, der den gewünschten Betrieb der Anzeigevonichtung repräsentiert, sind die sich ergebenden Abbildungen unabhängig voneinander, jedoch veränderlich in ihrer Position. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird dieser Typ von Parallaxe-Effekten auf zwei grundlegende Arten eliminiert. Der erste Weg ist der, daß ein Pfadlängen- Kompensationsmittel zwischen die Anzeige-Platten und ein nachfolgendes optisches Projektions-System geschaltet ist. Der zweite hier beschriebene Weg verwendet eine Vielzahl von wellenlängen-selektiven optischen Systemen, die in einer gestapelten Geometrie angeordnet sind. Die hier beschriebene Erfindung führt beide dieser Wege aus, durch Benutzung eines räumlichen Offsets, spektral selektiver Spiegel zur Kompensierung der Trennung der subtraktiven Schichten.
Ein zweiter Typ von Parallaxe-Effekten stellt sich ein, wenn die Anzeige-Platten nicht ideal sind und in ihrer Wellenlängen-Modulation nicht vollständig unabhängig voneinander sind. Dies kann sich infolge spektraler Überlappung oder Kreuzkopplung in den Modulations-Mechanismen ergeben, z.B. infolge von nicht idealen Polarisatoren in einem subtraktiven Farb-LCD-System. Ein anderer spektraler Überlappungs-Mechanismus ii egt in der Gegenwart opaker Strukturen innerhalb einer LCD-Platte, die in einer Zeilenund Spalten-Adreßstruktur für Aktivmatrix-Einrichtungen verwendet werden können, und die in periodischem Aliasing oder periodischen Moiré-Typ-Artifakten resultieren. Bei diesen Parallaxe-Effekten handelt es sich um diejenigen, die durch Bestimmung des optischen Betriebswinkels der Achse 18 und die räumliche Beziehung innerhalb des LCD- Platten-Stapels gesteuert werden, um sicherzustellen, daß jegliche Raum- und Winkel- Moiré-Muster ausgemittelt werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen Verfahren bereit zum Eliminieren beider Typen von Parallaxe-Effekten während andere wünschenswerte Eigenschafien der individuellen Anzeige-Platten beibehalten werden, wie z.B. die Möglichkeiten einer hohen Auflösung und kompakten Größe.
In Figur 3 ist eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels gezeigt. Diese spezielle Darstellung wird ein besseres Verständnis der Betriebsweise des Farb-Projektors gewährieisten. Wie oben beschrieben, wird Licht von einer Lichtquelle 10 in Richtung auf die LCD-Anordnung 12 abgestrahlt, die dann das Licht filtert, um blaue, rote und grüne Abbildungen zu erzeugen. Im allgemeinen wird, dies gilt für das erste und jedes folgende Ausfüliningsbeispiel, jedes Pixel der erzeugten Abbildungen ein diesen zugeordnetes Lichtbündel aulweisen, wie in Figur 3 dargestellt. Die Abbildungen verfügen alle über unterschiedliche optische Pfadlängen, wenn das Licht in das Prisma 14 einfällt. Im Prisma wird das Licht durch eine dichroitische Spiegel-Anordnung 16 reflektiert. Die dichroitische Spiegel-Anordnung 16 ist aus drei unterschiedlichen Spiegeln 19, 20 und 21 hergestellt.
Um die Pfadlängen anzugleichen und hierdurch Parallaxe-Effekte zu reduzieren, werden unterschiedliche Bereiche des farbigen Abbildungs-Spektrums durch unterschiedliche Spiegel reflektiert. in diesem Ausführungsbeispiel wird das in der Gelb-Zelle 24 gefilterte Licht am Spiegel 19 reflektiert, während an der Zyan-Zelle 26 gefiltertes Licht am Spiegel 20 reflektiert wird und letztendlich an der Magenta-Zelle 28 gefiltertes Licht am Spiegel 21 reflektiert wird. Die Spiegel 19, 20 und 21 sind parallel und verfügen über einen angemessenen Abstand, um eine Pfadlängen-Korrektur für blaues, rotes und grünes Licht zu gewährleisten. Zu der Zeit, zu der das Licht das Prisma 14 verläßt und durch die Optik durchfällt, verfügen alle drei Farben des Lichts über gleiche optische Pfadlängen. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel sind die Spiegel mit einem Abstand von d /2 2 beabstandet, wobei d der Abstand zwischen den aktiven Schichten der sich gegenüberliegenden LCD-Platten ist.
Ein in dieser Art eingesetztes Prisma reduziert merklich die optischen Abbildungsfehler, die ansonsten durch Anwesenheit eines geneigten brechenden Spiegelstapels eingeführt würden. Bei einer Benutzung in Gegenwart konvergierender oder divergierender Strahlbündel würden solche Elemente Asymmetrien einführen, zu Abbildungsfehlern wie Astigmatismus und Coma führen, die später nur schwierig eliminiert werden könnten, insbesondere dann, wenn die Dicke des Elements diskret wellenlängenabhängig ist. Die Verwendung des Prismas kann jedoch andere Effekte wie sphärische oder chromatische Abbildungsfehler verursachen, die fehlende Neigung der Brechungsflächen macht diese Effekte jedoch symmetrisch und damit in der nachfolgenden Optik 18 leichter zu steuern. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Zelle 28 in direktem Kontakt mit dem Prisma 14 steht, können vergleichbare Leistungen dadurch erzielt werden, daß ein Lufispalt zwischen die beiden Elemente eingeführt wird, vorausgesetzt, daß die Oberflächen in bezug auf die Abbildungsschichten parallel und nicht geneigt verlaufen. Mit "nicht geneigt" soll ausgedrückt werden, daß die Richtung entsprechend der normalen oder Symmetrieachse einer Oberfläche oder eines Zwischenelements senkrecht zu den Anzeigeplatten ist, nachdem diese unter Zwischenschaltung irgendeiner reflektierenden Oberfläche entlang des optischen Pfads übereinandergelegt wurden. Ebenso ist die Oberfläche 14 des Prismas, wo das Licht das Prisma verläßt, in bezug auf die Anzeigeplatten ebenfalls nicht geneigt.
Zusätzlich zu der Eliminierung von Brechungseffekten und nachfolgenden, die Auflösung beschränkenden Bildfehlern durch Verwendung einer Spiegel-Anordnung 16 im Prisma 14, eliminiert die Verwendung von zwei Reflexionen in dieser Art jegliche Notwendigkeit eines seitlichen Offset in den LCD-Platten, wodurch die Kompaktheit des Farb-Projektors verbessert wird. Dies ist auch wünschenswert, weil dadurch die Größe der LCD-Platten kleingehalten wird und diese daher einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden können.
Ebenfalls im ersten Ausführungsbeispiel sind absorbierende Farb-Filtereinrichtungen 119 und 120 gezeigt. Die Filtereinrichtung 119 ist im Ausführungsbeispiel gelb, wobei diese vorzugsweise blaues Licht absorbiert und rotes und grünes Licht hindurchläßt Die Filtereinrichtung 120 absorbiert rotes Licht und läßt wenigstens grünes Licht hindurch. Durch Einfügung dieser Absorptions-Filter werden die Wellenlängen-Toleranzen der selektiven Spiegel 19, 20 und 21 merklich entspannt. Eher als eine Forderung nach kompletter spektraler Reinheit z.B. komplette Reflektierung im Reflexionsband und keine Reflektierung im Nicht-Reflexionsband, können weniger kostspielige Leistungen toleriert werden. Der Spiegel 19 muß weiterhin sehr geringe Reflektierung für rot und grün aulweisen, jedoch ist ein Abfall in der Reflektierung für blau akzeptabel. Dies erlaubt wesentlich weniger Schichten, z.B. im Fall eines diskreten oder gradienten, vielschichtigen, dielektrischen Spiegeis. Alternativ kann, falls ein holographischer Spiegel konformen Volumens verwendet wird, wie er aus dichromater Gelatine hergestellt werden kann die Diffraktions-Effizienz geringer als perfekt sein. Ein anderer dichroitischer (wellenlängenselektiver) Spiegel würde von einer doppelbrechenden cholesterischen Struklur sein, wie ein kreuzgeschaltetes cholesterisches Flüssigkristallsilizium, welches auch von den entspannten Anforderungen an die Reflektierung Vorteile ziehen würde. Unter weiterer Bezugnahme auf den Spiegelstapel mit enthaltenen Absorptionsfiltern, müßte der rot-reflektierende Spiegel geringe Reflektierung für grün aufweisen, jedoch nur teilweise Reflektierung für rot ist erforderlich. Der Spiegel 21 würde nur eine teilweise Reflektiening im grünen Band erfordern. Natürlich würde der System-Durchsatz von der Gewährleistung einer hohen Reflektierung abhängen, wo eine solche Leistung kosteneffizient ist.
Wo es unter dem Gesichtspunkt einer einfachen Optik ebenso unter Gesichtspunkten der Ausrichtung und Stabilität erwünscht ist, daß das Prisma 14 ein Medium repräsentiert mit einem Brechungsindex, der sowohl mit dem LCD-Platten-Substrat als auch mit dem Spiegel-Substrat vergleichbar ist wie z.B. Glas, Akryl oder ein ähnliches optisches Material, weist die in Figur 3 gezeigte Konfiguration wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf, sogar dann, wenn der dazwischenliegende Raum luftgefüllt ist. Der Vorteil, daß kein seitlicher Offset in den LCD-Platten benötigt wird (im Vergleich zur Konfiguration gemäß Figur 6), verbleibt. Zusätzlich werden einige üedoch nicht alle) der optischen Bildfehler, die durch geneigte Filter eingeführt werden, durch die in Figur 3 vorgeschlagene komplementäre Anordnung ohne Prisma 14 verringert.
Wie die Auflösung und Pixelanzahl der LCD-Platten zunimmt, um höhere Grade an Anzeigedetails und Abbildungsqualität zu gewährleisten, ist es üblich, einige Typen opaker Matrixstrukturen in die Platten einzufügen. Diese Matrixstrukturen beinhalten eine zusätzliche Gittermuster-Abbildungsmodulation, welche durch den Pfadlängen- Kompensationsmechanismus eines gestapelten Spiegels nicht gesamt eliminiert ist. Diese gestapelten Gitter können dramatische Moiré- oder Aliasing-Artifakte erzeugen. Im allgemeinen handelt es sich bei den Streifen um Winkel-Moiré-Effekte, mit relativ gerichtetem Licht erscheinen sie jedoch ähnlich zu traditionellen räumlichen Moiré- Mustern, ähnlich dem beim Betrachten durch Vielfach-Fensterschirme beobachteten Aliasing. Figur 4 zeigt die Ursache dieser geometrischen Artifakte und ein bevorzugtes Ausfühningsbeispiel zur Eliminierung derselben.
Unter Bezugnalmie auf Figur 4 erleuchtet eine Lichtquelle 10 die gestapelten LCD-Platten. Aus Gründen der Klarheit sind nur die opaken Matrixstrukturen einer jeden Platte gezeigt, respektive die Matritzen 130, 131 und 132. Aus Gründen der Klarheit wird in diesem Ausführungsbeispiel die Pixelgröße, die Pixelöffnung und die Beabstandung der Schichten als gleichförmig und gleich innerhalb aller drei Platten angenommen, bei einem realen System sind sie jedoch in dieser Art und Weise nicht beschränkt. Die geometrischen Winkelstreifen sind als Streifen 138 bis 144 dargestellt. Für diesen dreilagigen Stapel einer Matrixstruktur sind die Hatipt-Winkel-Peaks 138, 140, 142 und 144 das Ergebnis der Strahlen 133, 135, 137 und 139, die die aktive Öffnung der Pixel in allen drei Schichten durchqueren. Die dazwischenliegenden Peaks 139, 141 und 143 entsprechen den Strahlen 134, 136 und 138, wobei diese Strahlenbündel die Öfffiungen in der ersten und dritten Matrixstruktur durchqueren und teilweise durch die Matrix 131 verdunkelt sind. Während diese Beschreibung für die Ursache der Streifen repräsentativ ist, hängen die Details von Parametern wie die Pixelgrtße, Öffnungsmuster, Beabstandung, seitliche Verschiebung, Rotationswinkeln und anderen geometrischen Faktoren ab. Diese wurden zahlenmäßig flir eine Anzahl von Konfigurationen modelliert.
Da diese Peaks wirklich gerichteter Natur sind, können wir nun die Methode kolliminierter Beleuchtung analysieren, wie sie nach dem Stand der Technik benutzt wird. Beim Kollimieren des Lichts wählen wir lediglich einen einzelnen Winkel über den gesamten Anzeigebereich. Im Fall einer z.B. telezentrischen Betrachtung ist die Moiré Streifenamplitude gleichförmig und wird durch den Peak 138 reprasentiert. Die Nachteile dieser Methode schließen, wie bereits zuvor dargestellt, eine Diffraktions-Beschränkung der projizierten Abbildungs-Auflösung ein, ebenso wie eine geringe Effizienz, die durch Ablegen aller Streifenbeiträge erzielt wird, einschließlich der Peaks 139 bis 144, und vieler anderer in der Figur nicht gezeigter. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Betriebs-Öffhung 145 der Projektionsoptik 18 vergrößert, um mehrere Streifen einzuschließen. In einer aktuellen Anordnung wird die Optik 18 im allgemeinen weiter beabstandet sein als in Figur 4 vorgeschlagen, und ihre Öffhung 145 wird proportional zum Abstand bemessen sein, um den gewünschten Betriebswinkel aufrechtzuerhalten. In manchen Fällen ist es auch wünschenswert, eine telezentrische Geometrie oder andere Geometrie beizubehalten, in der der optische Betriebswinkel über die gesamte Platte konstant ist, so daß einige Streifen von jedem Punkt der Anzeige gesammelt werden, obwohl dies nicht notwendig ist, falls genug Streifen derart integriert sind daß ein Verschieben der Winkelöffhung des Fensters eine visuell akzeptable Gleichförmigkeit der eingesammelten optischen Energie gewährleistet. Für das Beispiel in Figur 4 ist die Moiré-Sheifen-Periodizität im Medium näherungsweise 2p/D-Radianten, wobei p die lineare Pixelgröße und D der Abstand zwischen der ersten und der letzten Schicht ist. In dem Fall, in dem Luft das Übertragungsmedium nach dem Verlassen der Lichtventile ist, wird dies durch den Refraktionsindex n des Lichtventil-Stapelmediums vergrößert, nämlich auf 2np/D. Bei einem angenommenen minimalen Arbeitswinkel, der das Zweifache des Winkelabstands sein soll, und bei einem Ziel in der Größenordnung von vier Streifen in der Öffnung, können wir die benötigte minimale numerische Öffhung (NA) berechnen, die auch bei näherungsweise 2np/D liegt. Unter Annahme einer signifikanten Prqjektionsverstärkung, entspricht dies einem f/# von 1/(2*NA) oder näherungsweise D/4np. Für ein spezielles Beispiel, unter Verwendung von n = 1,5; 200 lpi und einem gesamten Abstand von 0,060", würde die beste Moiré-Mittelung erzielt werden mit einer f/2 oder vorzugsweise schnelleren (kleiner als f/#) Linse. Bei 1000 lpi und einem Gesamtabstand von 0,030" würde eine FIS oder schnellere Linse erforderlich sein.
Man kann diesen Typ der Moiré-Miffelung auf am Kopf gelagerte Anzeigetypen anwenden, bei denen die definierte Betriebsöffhung wahrscheinlich die Pupille des Auges ist. Unter der Annahme, daß eine Augenpupille z.B. Smm beträgt, ergibt eine Somm Brennweite der Kollimations-Optik eine f/10-Beobachtungsgeometrie. Das Verhältnis D/p sollte daher 4n* 10=60 oder größer sein. Mit 1000 lpi auf den LCD-Platten, kann die Formel umgekehrt werden, um eine gesamte Beabstandung der Schichten von nicht weniger als 0,06" zu erzielen, um die Moiré-Mittelung für diese Erfindung zu gewährleisten.
Mit anderen System-Verzweigungen kann die Leistung dieses Systems weiter verbessert werden, durch Amplitudenreduzierung der Streifen. Unter Annahme einer festen Öfffiungsgröße und Pixelgröße, kann die Amplitude im allgemeinen dadurch reduziert werden, daß die Platten geringfügig zueinander verschoben werden, entweder translatorisch oder in verdrehender Weise. Z.B. kann die mittlere Platte der drei gestapelten Platten um einen Bruchteil der Pixelgröße (z.B. 25%) verschoben werden. Eine solche Fehlerüberdeckung kann die Streifen-Amplituden reduzieren und in anderer Hinsicht akzeptabel sein.
Figur 5 offenbart ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausfühningsbeispiel, welches in seiner Symmetrie ähnlich zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist, verfügt das Prisma 15 über zusätzliche Seiten und die Faltungswinkel wurden geändert, um die verschmolzene Abbildung aus einer getrennten Seite herauszuleiten. Die dichroiti schen Spiegel 17 bespannen zwei der fünf Seiten. Dieses Faltungsschema ist insbesondere dort vorteilhaft, wo z.B. die Beleuchtungsquelle ziemlich groß ist, z.B. infolge von Verschaltungen, integrierten Antriebsmitteln oder Rückbeleuchtungsstmkturen, um den in Figur 3 gezeigten Projektionspfad abzudunkeln.
Figur 6 offenbart ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die LCD-Anordnung 32 unterschiedlich ausgebildet im Vergleich zu der in Figur 3 gezeigten LCD-Anordnung 12. Bei der LCD-Anordnung 32 sind die individuellen Platten derart zueinander versetzt, so daß eine angemessene Ausrichtung der Abbildung bereitgestellt wird, sobald diese durch die Spiegel-Anordnung 36 reflektiert wurde. Die LCD-Anordnung 32 verläuft parallel zur Oberfläche des Prismas 34, z.B. steht sie mit diesem in direktem Kontakt, und Licht, welches in der Anordnung 32 gefiltert wird, fällt in das Prisma 34 in einem solchen Winkel ein, um weitere Brechung zu eliminieren. Die roten, grünen und blauen Komponenten des Lichts werden dann durch die Spiegel- Anordnung 36 reflektiert. Der Abstand zwischen den Spiegeln beträgt d/2 2, wobei d der Abstand zwischen den benachbarten subtraktiven Schichten ist. Die Reflexion der Spiegel kompensiert die Differenzen in der optischen Pfadlänge, und das Licht verläßt das Prisma 34 ohne weitere Brechung durch geneigte Schnittstellen und tritt in die Optik 18 ein und wird angezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt gegenüber herkömmlichen Farb-Projektoren den Vorteil bereit, daß es eine einfachere und kompaktere Form der Optik 18 erlaubt. Wenn ein kleiner Betrag von sphärischen oder chromatischen Abbildungsfehlem eingeführt werden, desto mehr wird problematischer farbabhängiger Astigmatismus und Coma, welche mit einem geneigten Element in einem divergenten Strahlenbündel verbunden sind, vermieden, insbesondere dann, wenn die Anforderungen hinsichtlich Auflösung und Lichtsammlung hoch sind. Des weiteren vereinfacht die Integrierung der Spiegel in das Prisma den Schritt der präzisen Ausrichtung und Beibehaltung der Spiegelposition relativ zu den LCD-Platten, wo sogar der geringste Fehler merkliche Probleme hinsichtlich der Klarheit der Abbildung verursachen kann.
Figur 7 offenbart ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Strahlenspalter im optischen Pfad positioniert, um die Abbildung zu manipulieren. In der grundlegendsten Form dieses Ausführungsbeispiels strahlt die Lichtquelle 10 weißes Licht durch die LCD-Platten-Anordnnng 12, die das Licht filtert, um die Abbildung zu erzeugen. Beim Strahlenspalter 50 wird ein Bereich des Abbildungslichts in Richtung auf die Spiegel-Anordnung 54 reflektiert. Wie bei den vorhergehenden Spiegelanordnungen sind drei dichroitische Spiegel vorgesehen, wobei jeder einen speziellen Bereich des sichtbaren Spektrums reflektiert. Der Abstand zwischen den Spiegeln in der Spiegelanordnung kompensiert die Unterschiede in den optischen Pfadlängen, die durch die Dicke der Platten in der LCD-Plattenanordnung 12 hevorgerufen werden. Das von der Spiegelanordnung 54 reflektierte Licht durchläuft dann wieder den Strahlenspalter 50 hin zur Optik 18. In diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird kein Offset zwischen den Platten der LCD-Plattenanordnung 12 benötigt und lediglich ein Satz von Spiegeln 54 gewährleistet einen sehr kompakten Farb- Projektor.
Verschiedene zusätzliche Betriebselemente sind im fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 gezeigt, die selektiv in Kombination mit den bereits in Figur 7 beschriebenen Elementen eingesetzt werden können, um die Leistung des gezeigten grundlegenden Ausführungsbeispiels zu verbessern. Obwohl der Strahlenspalter 50 als sehr dünn ausgebildet dargestellt ist, was durch Verwendung eines hautförmigen (membranartigen) Strahlenspalters erreicht werden kann, kann auch ein dickerer Strahlenspalter verwendet werden. Um die mit einem dickeren Strahlenspalter verbundenen Fehlabbildungen zu vermeiden, kann dieser in ein optisches Kubusprisma 301 eingebettet sein. Falls die gestapelte Bildquelle eine angemessene Polarisation aulweist, kann der Strahlenspalter 50 ein polarisierender Strahlenspalter sein, der aus viellagigen dielektrischen oder cholesterischen Filmen hergestellt sein kann. Im Fall eines linear-polarisierenden Strahlenspalters ist eine Viertel-Wellenlängenplatte 52 vorgesehen, um die Übertragungs Effizienz des Ausführungsbeispiels zu verbessern. Eine weitere Veränderung wird dadurch erhalten, daß man einen zweiten Spiegelstapel 58 und eine optionale Viertel- Wellen längenpiatte 56 vorsieht, um noch mehr des die LCD-Platten durchquerenden Lichts zurückzubehalten. Durch Verwendung aller gezeigten optionalen Elemente kann der ansonsten in Verbindung mit einem Strahlenspalter stehende Effektivitätsverlust eliminiert werden, sogar für willkürliche Polarisationszustände in der erzeugten Abbildung.
Wie in Figur 9 gezeigt ist, kann das vierte Ausführungsbeispiel zur Bildung eines sechsten Ausführungsbeispiels weiter angepaßt werden, wobei dieses Ausführtingsbeispiel Spiegel mit optischer Leistung auiäveist, wie die Spiegelanordnung 45. Ein Teil des durch die LCD-Anordnung 12 transmittierten Lichts wird am Strahlenspalter 44 in Richtung auf die Spiegel 45 reflektiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spiegel 45 spektral selektiv und näherungsweise kollimat oder sie fokussieren die Abbildung für jede der spektralen Komponenten. Das reflektierte Licht wird dann partiell durch den Strahlenspalter 44 hindurchgeleitet zur nachfolgenden Betrachtung als virtueller Abbildung oder zur Betrachtung auf einem Bildschirm. Alternativ kann eine zusätzliche optische Projektions-Linse 18 weitere Projektionsmittel bereitstellen. Die bevorzugte Oberfläche zur Strahlenspaltung auf dem Strahlenspalter 44 ist die am nächsten zur Abbildungsquelle liegende Seite. Diese Anordnung ist kompakt, von leichtem Gewicht, sie erfordert keine seitliche Versetzung von LCD-Platten und sie eliminiert im wesentlichen die Abbildungsfehler, die mit einem geneigten Strahlenspalter verbunden sind, sogar dann, falls kein Prisma vorhanden ist, seitdem das Licht, welches durch den Strahlenspalter transmittiert wird, stark kollimiert oder im wesentlichen nicht konvergent oder divergent ist. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Stand der Technik weiterhin dadurch, daß es drei getrennte Projektionssysteme aufweist, im Gegensatz zu einem Projektionssystem mit drei gleichen Pfadlängen. Die speziell geformte dichroitische Spiegelreflektor-Anordnung ist analog zu seinen flachen Gegenstücken konstruiert, nämlich unter Verwendung wellenlängenselektiver Reflektoren als vielschichtige Dielektrika, Hologramme gleichen Volumens oder cholesterische Filme. Obwohl die Reflektoren derart dargestellt sind, daß sie vergleichbare Krünimungen aufweisen, soll die Erfindung in dieser Richtung nicht beschränkt werden. Ähnliche Abänderungen sind möglich, die zusätzliche, nicht gezeigte optische Elemente umfassen, oder die keinen Strahlenspalter enthalten, jedoch die gestapelten, dichroitischen und gekrümmten Spiegel weiterhin einsetzen.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 10 gezeigt, die zeigt, auf welche Art und Weise die Erfindung ausgeführt werden kann, ohne das Erfordernis der Herstellung dünner Spiegelsubstrate oder aufwendig beschichteter Prismen. In diesem Beispiel, welches ähnlich dem Beispiel der Figur 5 ist, beleuchtet die Lichtquelle 10 gestapelte LCD-Platten 432, um Lichtpfade 401, 402 und 403 zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel betrachten wir z.B. die Pfade 401, 402 und 403 dahin gehend, daß sie Lichtpfade für blau grün und rot repräsentieren. Die in das Prisma 404 eintretenden Lichtstrahlen treten in ein Substrat 405 ein, welches wie gezeigt optisch mit dem Prisma 404 verbunden ist. Spektral selektive Spiegel 406, die auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats 405 angeordnet sind, reflektieren grünes und rotes Licht, lassen jedoch blaues Licht hindurch. Das Substrat 407 ist optisch an das Substrat 405 gebunden, die Spiegelseiten 408 und 406 liegen einander gegenüber, sie sind jedoch durch Verwendung von Abstandhaltern 450 unter vorgegebenem Abstand von einander beabstandet. Der Spalt 409 ist mit optischem Zement oder ähnlichem Material gefüllt. Blaues Licht wird durch den Spiegel 408 reflektiert und kehrt durch Spiegel 406 zurück. Rotes, grünes und blaues Licht durchlaufen weiterhin das Prisma 404 und treffen auf die Substrate 410 und 412, die Spiegel 411 und 413 aufweisen, und die über Abstandhalter 416 in einer ähnlichen Art Lind Weise verbunden sind, wie die Substrate 405 und 407. Die Abstandhalter 415 und 416 sind in allgemeinem von unterschiedlicher Dicke. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden ºnln und blau vom Spiegel 411 reflektiert, rot wird vom Spiegel 411 hindurchgelassen, jedoch durch den Spiegel 413 reflektiert. Die kombinierten Strahlen verlassen dann das Prisma 404 und werden durch die Optik 18 angezeigt.
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Beabstandung der Spiegel unabhängig von der Dicke der Spiegel eingestellt werden kann, was sehr vorteilhaft sein kann, insbesondere dann, im Falle kleiner Abstände der Spiegel. Wie im Zusammenhang mit der Diskussion der Figur 3 dargestellt wurde, können die Anforderungen an die Spiegel dadurch weiter herabgesetzt werden, daß man Absorptionsmittel in die Zwischenräume 409 und 414 einbringt. Dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet dann die Verwendung sehr einfacher und relativ günstiger optischer Komponenten im Prisma und der Spiegelanordnung, während weiterhin Parallaxe-Effekte effektiv eliminiert werden und Auflösungseigenschaften des subtraktiven Farb-LCD-Projektors nicht geopfert werden.
Im achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Figur 11 gezeigt ist, wird eine achsenentfemte Projektionsmethode eingesetzt. Die Beleuchtungsquelle 10 ist um einen Winkel versetzt, eher als diese direkt auf die LCD-Plattenanordnung 12 strahlt. Die durch die LCD-Anordnung 12 erzeugte Abbildung verläßt diesselbe unter einem Winkel und wird durch eine Spiegelanordnung 60 reflektiert. Die Spiegelanordnung 60 verläuft parallel zur LCD-Anordnung 12 und senkiecht zur Achse der Optik 18. Der Abstand der Spiegel in der Spiegelanordnung 60 ist derart gewählt, daß diese die durch die LCD-Anordnung 12 erzeugten Unterschiede in den optischen Pfadlängen kompensiert. Das Licht wird durch die Spiegelanordnung 60 reflektiert und durchläuft die Optik, um angezeigt zu werden. Dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet die Vorteile der Kompaktheit ebenso wie eines leichten Gewichts. Als eine weitere Option kann der optische Pfad vor der Optik 18 auch in ein Mediuni eingebettet sein.
Ein neuntes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 12. Dies ist ein sehr kompakter Projektor, wobei der Spiegelstapel 501 aus drei individuell spektralreinen, jedoch nur partiell reflektierenden Spiegeln besteht. Der Abbildungsspiegel 502 reflektiert partiell und transmittiert partiell für alle Wellenlängen der Anzeige. Die Lichtquelle 10 beleuchtet den LCD-Platten-Stapel 12. Ein Teil des Lichts der Quelle 12 tritt durch den Spiegel 502 hindurch und Pällt auf die Spiegelanordnung 501 ein. Ein Teil des Lichts wird durch entsprechende Schichten innerhalb des Spiegelstapels reflektiert, entsprechend den obigen Beschreibungen der Arbeitsweise vergleichbarer Spiegelstapel. Die Spiegelpositionen sind derart eingestellt, um gleiche Pfadlängen entlang der Systemachse bereitzustellen, bevor die reflektierten Strahlen zum Spiegel 502 zurückkehren. Abhängig von der Reflexion kollimiert oder fokussiert der Spiegel 502 die Abbildungsstrahlen für jede Farbkomponente. Ein Teil dieses kollimierten Lichts durchläuft die Spiegelanordnung 501 und kann entweder direkt betrachtet werden oder durch eine zusätzliche Optik projiziert werden, die jedoch nicht gezeigt ist. Ebenfalls nicht gezeigt, sind zusätzliche Mittel, die im Stand der Technik ausreichend bekannt sind, um Licht, welches den ganzen Weg durch den ersten Durchgang transmittiert, zu entfernen. Beispiele schließen achsenentfemte Anordnungen oder Polarisations-Steuerelemente ein.
Eine Abänderung des Ausführungsbeispiels der Figur 11 ist ein System, bei dem das Element 501 durch einen einzelnen Strahlenspalter ersetzt ist und das Element 502 durch einen gekrümmten Spiegelstapel ersetzt ist, ähnlich zu der Geometrie des Spiegelstapels gemäß Figur 8.
Eine weitere Variation des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 11 ist möglich, falls die Ausgangsgröße der gestapelten LCD-Abbildungs-Quelle in Form zirkular polarisierten Lichts bereitgestellt werden kann. In diesem Fall sind die drei Spiegel des Spiegelstapels, vorzugsweise aus kreuzverbundenen, cholesterischen Flüssigkristall-Silizium-Materialien hergestellt, die für einen gegebenen Wellenlängenbereich eine Polarisation der zirkularen Polarisation reflektieren und eine andere ebenso wie das Licht außerhalb des spezifizierten Spektralbands hindurchlassen. Bei dieser Abänderung wird alles auf die Spiegelanordnung 501 einfallende Licht angemessen reflektiert werden und das von dem Element 502 zurückkehrende Licht, welches seine Polarisation aufgrund der Reflexion am Spiegel 502 geändert haben wird, wird hindurchgeleitet. Dieses Ausführungsbeispiel erzeugt verbesserte Durchlässigkeit während Parallaxe-Effekte effektiv eliminiert werden.
Ein zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt Figur 13. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Abbildungsfehler-Effekte der geneigten Spiegelstapel nach dem Stand der Technik dadurch teilweise kompensiert, daß ein komplementärer Spiegelstapel hinzugefügt wird, welcher von ähnlicher Gestalt ist, der jedoch den optischen Pfad orthogonal zu der ersten Faltung faltet. Auf diese Art und Weise kann ein großer Teil des Astigmatismus, der durch den ersten Stapel verursacht wird, durch den zweiten kompensiert werden. Eine Kompensation in dieser Art und Weise ist sehr effektiv, der Grad der erforderten Kompensation hängt vom Farbband ab. In Figur 12 werden aus der Abbildungsquelle 632 herausfallende Lichtstrahlen 10 am ersten Spiegelstapel 601 selektiv reflektiert. Diese werden nachfolgend durch einen zweiten Spiegelstapel 602 reflektiert, der in seiner Gestalt ähnlich dem Stapel 601 ist, derart, daß die Ebene, die die einfallenden und reflektierten axialen Strahlen des Spiegelstapels 601 enthält, im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, die die auffallenden und reflektierten axialen Strahlen für den Spiegelstapel 602 enthält. Dies ist ähnlich zu der Abänderung, die oben in Zusammenhang mit Figur 3 in Abwesenheit eines Prismas beschrieben wurde. Hier kann jedoch ein unterschiedlicher und möglicherweise effektiverer Grad an Kompensation von Abbildungsfehlern erzielt werden.
Ein elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt Figur 14. Wie bei vielen anderen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die dichroitischen Spiegel in ein Medium eingebettet mit Eintritts- und Austrittsflächen, die größtenteils in bezug auf die Anzeige-Platten und die Achse der Optik nicht-geneigt ausgebildet sind. In Figur 13 durchquert Licht der Quelle 10 gestapelte Anzeige-Platten 32 und füllt auf einen dichroitischen Spiegel-Stapel 716 ein. Jeder der wellenlängen-selektiven Spiegel im Stapel 716 ist sehr dünn ausgebildet, z.B. als straffgestreckte hautförmige Membrane, und die Lücken 717 und 718 zwischen denselben verfügen über den gleichen Index wie das Material zwischen dem Stapel 716 und den Platten 32, vorzugsweise handelt es sich um Luft. Auf dieser Art und Weise minimiert die Dünne der Spiegelmaterialien Beugungs- Asymmetrien im Pfad der divergierenden Strahlen. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, wird der Abstand der dichroitischen hautförmigen Spiegel derart eingestellt, daß der Abstand der Anzeige-Platten kompensiert wird. In diesem Fall, in dem der Brechungsindex zwischen den Spiegeln im allgemeinen verschieden ist vom Index n zwischen den modul ierenden Schichten, würde der Abstand zwischen benachbarten Spiegeln des Spiegelstapels bei 45º, wie in Figur 13 dargestellt, näherungsweise d / 2 2 betragen, wobei d der Abstand zwischen benachbarten Anzeige-Platten bzw. Modulations-Lagen ist. Für eine optimale Leistung müßten die hautförmigen Membrane eine spezielle Beschichtung auf beiden Seiten tragen, um achromatische Reflexionen zu minimieren. Während diese Methode wohl nicht die kostengünstigste ist, so gewährleistet dieses Ausführungsbeispiel ein sehr leichtes Gewicht und eine schi kompakte Geometrie, während hohe Auflösungsmöglichkeiten beibehalten werden.
Das Vorangestellte ist eine Beschreibung eines neuen und nicht naheliegenden subtraktiven Farb-Projektionssystems hoher Auflösung. Zusätzliche Abänderungen und Anwendungen der Erfindung sind möglich, z.B. Anderungen in der Zahl, Reihenfolge oder Natur der spektralen Komponenten, die Verwendung alternativer subtraktiver Lichtventil- Technologien, oder sogar die Anwendung der Methode auf gestapelte additive farbemittierende Systeme, wie bei gestapelten elektrolumineszenten Anzeigen mit transparenten Elektroden. Der Anmelder beabsichtigt nicht, die Erfindung durch die vorhergehende Beschreibung zu beschränken, die Erfindung ist jedoch durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.

Claims

1. Farbprojektionssystem, aufweisend:

eine Lichterzeugungseinrichtung (10); mehrere gestapelte, hochauflösende Anzeigeplatten (12) mit einzelnen Bildelementen (24, 26.28). welche das durch die Lichterzeugungseinrichtung erzeugte Licht modulieren. um ein Bild zu formen; und

eine hochauflösende. optische Fokussiereinrichtung (18), um das modulierte Licht zu fokussieren Lind ein reales oder virtuelles zusammengesetztes Bild zu formen gekennzeichnet durch

eine hochauflösende Kompensationseinrichtung (16) zur Kompensation von Parallaxen-Ärtifakten. die durch die mehreren gestapelten, hochauflösenden 15 Anzeigeplatten entstehen, wobei die hochauflösende Kompensationseimichtung Brechungsmedien (19.20, 21) umfaßt, welche das modulierte Licht brechen. wobei die Brechlulgsmedien brechende Oberflächen umfassen, welche das modulierte Licht empfangen. so daß alle brechenden Oberflächen im wesentlichen nicht in bezug aut die melireren gestapelten Anzeigeplatten gekippt sind.

2. Farbproiektionssystem nach Anspruch 1, wobei die hochauflösenden Anzeigeplatten (12) opake Matrix-Adressierstrtikturen enthalten.

3. Farbprojektionssystem nach Anspruch 1. wobei die hochauflösenden Anzeigepiatten (12) Aktivmatrix-Flüssiokristall-Platten sind.

4. Farbprojektionssystem nach Anspruch 1, wobei die hochauflösende Kompensationseinrichtung ferner mehrere gestapelte dichroitische Spiegel (19.20.21) umfaßt. wobei jeder der Spiegel das modulierte Licht in einem speziellen Spektralhand reflektiert.

5. Farbprojektionssvstem nach Anspruch 4, wobei die niehreren dichroitisclien Spiegel (19.20.2 1) iii einem transparenten Prisma 1 4) enthalten sind.

6. Färbprojektionssystem nach Anspruch 5, wobei die mehreren dichroitischen Spiegel in den zwei Seiten des Prismas (14) enthalten sind.

7. Farbprojektionssystem nach Anspruch 5, wobei das Prisma (14) dreieckfönnig ist und die mehreren dichroitischen Spiegel in einer Seite des Prismas enthalten sind, um Licht von den mehreren Anzeigeplatten um ungefähr 90º zu reflektieren.

8. Farbprojektionssystem nach Anspruch 6, wobei das Prisma (14) dreieckförmig ist, um das Licht von den mehreren Anzeigeplatten um ungefähr 180º zu reflektieren.

9. Farbprojektionssystem nach Anspruch 1 oder 6, wobei der seitliche Versatz zwischen jeder der gestapelten Anzeigeplatten (12) Null beträgt.

10. Farbprojektionssystem nach Anspruch 5, wobei Absorptions-Farbfilter (24, 26, 28) zwischen den dichroitischen Spiegeln angeordnet sind.

11. Farbprojektionssystem nach Anspruch 1, wobei die hochauflösende Kompensationseinchtung umfaßt: eine erste Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (45 54); eine Strahlteilereinrichtung (44, 50), die entfernt von den mehreren gestapelten hochauflösenden Änzeigeplatten (12) und im Wege des modulierten Lichtes längs der optischen Wegstrecke zwischen den mehreren Anzeigeplatten und der ersten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln angeordnet ist; und wobei die erste Vielzahl von dichroitischen Spiegeln im wesentlichen in bezug auf die mehreren gestapelten Anzeigeplatten nicht gekippt ist.

12. Farbprojektionssystem nach Anspruch 11, wobei die Strahlteilereimichtung (44, 50) einen Teil des modulierten Lichtes um 90º zu einer ersten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (45.54) reflektiert, die unter einem Winkel von 90º in bezug auf die Änzeigeplatten angeordnet sind.

13. Farbprojektionssystem nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl der dicliroitischen Spiegel (45) gebogen sind, uni optische Leistung während der Reflexion des modulierten Lichtes vorzugeben.

14. Farbprojektionssystem nach Anspruch 11, wobei eine erste Viertelwellenlängenplatte (52) zwischen der Strahlteilereinrichtung (50) und der ersten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (54) angeordnet ist und wobei die Strahlteilereinrichtung eine polarisierende Strahlteilereinrichtung ist.

15. Farbprojektionssystem nach Anspruch 12, wobei die hochauflösende Kompensationseinrichtung ferner umfaßt: peine erste Viertelwellenlängenplatte (52), die zwischen der Strahlteilereinrichtung (50) Lind der ersten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (54) angeordnet ist; eine Polarisationseinrichtung für die Strahlteilereinrichtung; eine zweite Vielzahl von dicliroitischen Spiegeln (58), die parallel zu den mehreren Anzeigeplatten (12) Lind in gleichem Abstand von der Strahlteilereinrichtung und der ersten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln angeordnet ist; und eine zweite Viertelellenlängenplatte (56), die zwischen der Strahlteilereinrichtung (50) Lind der zweiten Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (58) angeordnet ist.

16. Farbprojektionssystem nach Anspruch 11 wobei die Strahlteilereinrichtung ein Häutchen-Strhahlteiler ist.

17. Farbprojektionssystem nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl der dichroitischen Spiegel (60) im wesentlichen parallel zu den mehreren Anzeigeplatten (12) ist und die hochauflösende optische Fokussiereinrichtung (18) eine Symmetrieachse besitzt. die im wesentlichen senkrecht zu den mehreren Anzeigeplatten ist. so daß nur ein Teil des modulieten Lichtes von den mehreren Anzeigeplatten, welches nicht parallel zu der Fokussierachse ist. durch die hochauflösende optische Fokussiereinrichtuiig gesammelt wird.

18. Farbproiektionssystem nach Anspruch 1. wobei die hochauflösende Kompensiereinrichtung einen optischen Sammelwinkel umfaßt. der hinreichend groß ist, um elirfache Winkel-Interfereiiz-Beugungsmuster herauszuniitteln. die durch den Durchtritt nicht kollimierter Strahlen durch die mehreren Anzeigeplatten entstehen.

19. Färbprojektionssystem nach Anspruch 18, wobei eine numerische Apertur entsprechend dem optischen Sammeiwinkel ungefahr 2np/D oder mehr beträgt, wobei n der Brechungsindex des Mediums zwischen aufeinanderfolgenden Paaren der mehreren Anzeigeplatten ist, p der Abstand in Millimetern zwischen benachbarten Pixeln innerhalb jeder Anzeigeplatte ist und D der größte Abstand in Millimetern zwi schen irgend zwei der mehreren Anzeigeplatten ist.

20. Farbprqjektionssystem nach Anspruch 18, wobei der optische Sammeiwinkel definiert ist durch die Brennweite der Fokussiereinrichtung und den Pupillendurchmesser eines Beobachterauges und wobei die optische Fokussiereinrichtung einen zusätzlichen Sammelwinkel vorgibt, um eine Bewegung des Beobachterauges zu gestatten, während der optische Sammelwinkel durch den Pupillendurchmesser des Auges beibehalten wird.

21. Farbprojektionssystem nach Anspruch 18, wobei eine oder mehrere der mehreren Anzeigeplatten (32, 432) seitlich gegenüber den anderen Anzeigeplatten fehlausgerichtet ist.

22. Farbprojektionssystem nach Anspruch 18, wobei die Größe und Ausrichtung des optischen Sammelwinkels für alle Punkte auf jeder der Anzeigeplatten konstant ist.

23. Farbprojektionssystem nach Anspruch 1, wobei die hochauflösende Kompensationseinrichtung umfaßt:

eine erste Vielzahl von dichroitischen Spiegeln; und eine zweite Vielzahl von dirchroitischen Spiegeln. wobei die zweite Vielzahl von dichroi tischen Spiegeln eine Kompensation für die Auflösung von Begrenzungseffekten vorgibt, die durch die erste Vielzahl von dichroitischen Spiegeln ein2efiihrt werden.

24. Farbprojektionssystem nach Anspruch 4, wobei die Abstände zwischen den dichroitischen Spiegeln unabhängig von der Spiegeldicke gesteuert werden.

25. Färbprojektionssystem nach Anspruch 4, wobei jeder aus der Vielzahl von dicliroitischen Spiegeln (501) in den speziellen Spektralbändem teilweise durchlässig ist und die Fokussiereinrichtung ein gebogenes reflektierendes Element (502) umfaßt.

26. Farbprojektionssystem nach Anspruch 25, wobei die Vielzahl der dichroitischen Spiegeln cholesterische kreisförmig polarisierende Strahlteiler sind.

27. Farbprojektionssystem nach Anspnich 1, wobei die hochauflösende Kompensationseinrichtung mehrere sehr dünne gestapelte dichroitische Häutschenspiegel umfaßt und der Brechungsindex zwischen benachbarten dichroitischen Spiegeln der gleiche ist wie der Brechungsindex zwischen der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln und den mehreren Anzeigeplatten.

28. Farbprojektionssystem nach Anspruch 27, wobei Luft zwischen benachbarten dichroitischen Spiegeln angeordnet ist.

29. Farbprojektionssystem, umfassend:

eine Lichterzeugtmgseinrichtung (10);

mehrere gestapelte hochauflösende Anzeigeplatten (12) mit einzelnen Bildelementen im Wege des Lichtes. um die Intensität des Lichtes zu modulieren, das durch die Lichterzeugungseinrichtung erzeugt wird und um ein Bild zu formen; und eine Vielzahl von gestapelten gebogenen dichroitischen Spiegeln (45), wobei jeder der Spiegel selektiv das Licht reflektiert und fokussiert, das durch eine der hochauflösenden Anzeigepiatten moduliert wird, um ein reales oder virtuelles zusammengesetztes Bild der mehreren gestapelten liochauflöscnden Anzeigeplatten zu bilden.