DE10012899A1

DE10012899A1 - Reflektierende Projektionslinse für einen Projektor mit digitaler Lichtverarbeitung

Info

Publication number: DE10012899A1
Application number: DE10012899A
Authority: DE
Inventors: Rung-De Lin
Original assignee: Acer Peripherals Inc
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2000-10-12
Also published as: TW376464B; US6406156B1

Abstract

Eine reflektierende Projektionslinsenbaueinheit für einen Projektor mit digitaler Lichtverarbeitung, der eine digitale Spiegelvorrichtung (1) aufweist, die Soll- und Fehl-Lichtstrahlen aussendet. Die Linsenbaueinheit umfaßt einen ersten Spiegel (2') und einen zweiten Spiegel (3'). Der erste Spiegel besitzt eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die Soll-Lichtstrahlen empfängt und reflektiert. Der zweite Spiegel besitzt eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom ersten Spiegel reflektierten Soll-Lichtstrahlen empfängt und reflektiert, und eine lichtundurchlässige Fläche an der Rückseite, die so angeordnet ist, daß sie das Fehl-Licht daran hindert, in den Weg des Soll-Lichts einzutreten.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Projektoren mit digitaler Lichtverarbeitung (= digital light processing = DLP) und insbesondere eine Baueinheit aus reflek tierenden Projektionslinsen für einen Projektor mit digitaler Lichtverarbeitung, die eine hohe Projektionsluminanz und eine hohe Bildqualität schafft, durch Mehrfachspiegel eines Abbildungssystems verursachte Probleme beseitigt, die Baulänge der Projektionslinsenbaueinheit verkürzt und das Problem des kur zen Brennpunktabstandes von der Linsenrückseite (= back focal length = BFL) beseitigt.

Ein DLP-Projektor umfaßt als Basis-Abbildungsvorrichtung eine digitale Spie gelvorrichtung (= digital mirror device = DMD), die beispielsweise von Texas Instruments, Corp. hergestellt wird. Derzeitige im Handel erhältliche DLP- Projektoren verwenden Lichtdurchlaßlinsen, um die Projektion zu bewerkstelli gen. Fig. 1 zeigt schematisch eine Umkehrteleobjektiv-Linsenbaueinheit, die in einem derzeitigen DLP-Projektor verwendet wird. In Fig. 1 ist durch die DMD 1, eine erste Linse 2 und eine zweite Linse 3 eine optische Achse definiert. Das von der DMD 1 gesendete Licht verläuft durch die erste Linse 2 und die zweite Linse 3, um eine Vergrößerung zu erzielen.

Im folgenden werden die Nachteile der obengenannten Umkehrteleobjektiv- Linsenbaueinheit angegeben.

Da erstens eine Linse mit einem Lichtdurchlaßgrad von 100% nicht erhalten werden kann (beispielsweise beträgt der Lichtdurchlaßgrad von Glas 92%), wird das von der DMD 1 gesendete Lichte durch die ersten und zweiten Linsen teilweise absorbiert. Dadurch wird die Projektionsluminanz um ungefähr 20% erniedrigt. Die Qualität des projizierten Bildes wird verschlechtert, wenn die Beleuchtung der Lichtquelle im Projektor nicht ausreichend ist.

Da zweitens zwischen dem Objekt und der Bildweite für die Projektion des Bildes besondere Beziehungen vorhanden sind, ist ein Abstand zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse erforderlich. Dies erschwert die Verkürzung der Baulänge der Umkehrteleobjektiv-Linsenbaueinheit längs der optischen Achse, was dem Bestreben zu leichteren und kleineren elektronischen Produk tion entgegenwirkt.

Drittens ist die DMD, wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, aus mehreren Pixel- Spiegeln 20 aufgebaut. Ein Pixel-Spiegel 20 reflektiert durch Ändern seines Neigungswinkels das auftreffende Licht wahlweise zur Projektionslinsen- Baueinheit 20. Das zur Projektionslinsen-Baueinheit 30 reflektierte Licht wird Soll-Licht genannt; das nicht zur Projektionslinsen-Baueinheit 30 reflektierte Licht wird -10°-Fehl-Licht genannt. Das -10°-Fehl-Licht hat einen störenden Einfluß auf das Soll-Licht, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden. Da das -10°-Fehl-Licht durch die DMD erzeugt wird und durch die erste Linse und die zweite Linse während der Projektion vergrößert wird, wird die Qualität des projizierten Bildes eines DLP-Projektors nachteilig beeinflußt.

Viertens liegen die Zentren der ersten Linse 2 und der zweiten Linse 3 auf der optischen Achse OP. Die DMD 1 ist unterhalb der optischen Achse OP ange ordnet, so daß das projizierte Bild oberhalb der optischen Achse OP vorhanden ist. Die erste Linse 2 und die zweite Linse 3 sollen symmetrisch zur optischen Achse OP angeordnet sein. Dies beschränkt eine Verkleinerung der ersten Linse 2 unterhalb und/oder der zweiten Linse 3 oberhalb der optischen Achse OP und erschwert eine Kostenreduzierung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Probleme zu lösen und eine reflektierende Projektionslinsenbaueinheit für einen DLP- Projektor zu schaffen, mit der eine hohe Projektionsluminanz und eine hohe Bildqualität erzielt werden können, mit der die durch Mehrfachspiegel eines Abbildungssystems verursachte Probleme beseitigt werden können, mit der die erforderliche Baulänge der Projektionslinsen-Baueinheit verkürzt werden kann, mit der das Problem eines kurzen Brennpunktabstandes von der Linsenrück seite (BFL) beseitigt werden kann und mit der eine Störung des -10°-Fehl- Lichts, das durch die DMD erzeugt wird, verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine reflektierende Projekti onslinsen-Baueinheit für einen Projektor mit digitaler Lichtverarbeitung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü chen angegeben.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden mit der reflektierenden Projekti onslinsen-Baueinheit die Herstellungskosten reduziert, da die Baueinheit einen unterhalb der optischen Achse angeordneten ersten Spiegel und einen oberhalb der optischen Achse angeordneten zweiten Spiegel für die Projektion verwendet und somit der Abschnitt des ersten Spiegels oberhalb der optischen Achse und der Abschnitt des zweiten Spiegels unterhalb der optischen Achse verkürzt werden können. Die Linsengröße kann reduziert werden, wodurch die Kosten gesenkt werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 die bereits erwähnte Ansicht einer herkömmlichen Umkehrteleob jektiv-Linsenbaueinheit;

Fig. 2A-2D Diagramme zur Erläuterung der reflektierenden Projektionslinsen- Baueinheit gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfin dung;

Fig. 3A ein Diagramm zur Erläuterung einer reflektierenden Projektionslin sen-Baueinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 3B ein Diagramm zur Erläuterung einer reflektierenden Projektionslin sen-Baueinheit gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung einer reflektierenden Projektionslin sen-Baueinheit gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5A, 5B die bereits erwähnten Ansichten von Pixelspiegeln einer digitalen Spiegelvorrichtung.

Wie in den Fig. 2A bis 2D gezeigt ist, umfaßt eine reflektierende Projektionslin sen-Baueinheit für einen DLP-Projektor einen ersten Spiegel 2' und einen zweiten Spiegel 3', die längs einer optischen Achse OP' angeordnet sind. Die DMD 1 sendet Soll-Lichtstrahlen und -10°-Fehl-Lichtstrahlen aus. Der erste Spiegel 2' oder der zweite Spiegel 3' können jeweils konvex, konkav, gekrümmt oder parabolförmig sein.

Fig. 2A zeigt den Fall, in dem der erste Spiegel 2' und der zweite Spiegel 3' ein konvexer bzw. ein konkaver Spiegel sind. Die DMD 1 ist unterhalb der opti schen Achse OP' und in ihrer Nähe angeordnet, so daß das Projektionsbild oberhalb der optischen Achse OP' erscheint. Der erste Spiegel 2' besitzt eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die von der DMD 1 gesen deten Soll-Lichtstrahlen empfängt und reflektiert. Der zweite Spiegel 3' besitzt eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom ersten Spiegel 2' reflektierten Soll-Lichtstrahlen empfängt und reflektiert, sowie an seiner Rückseite eine lichtundurchlässige Fläche, die so angeordnet ist, daß ein Ein tritt der -10°-Fehl-Lichtstrahlen in den Weg der Soll-Lichtstrahlen verhindert wird. Dadurch wird das projizierte Bild vergrößert.

Nun werden die Vorteile der obenbeschriebenen reflektierenden Projektionslin sen-Baueinheit erläutert.

Da erstens die reflektierenden Spiegel die Durchlaßlinsen des Standes der Technik ersetzen, wird die Projektionsluminanz nicht wegen des beschränkten Lichtdurchlaßgrades der Linsen erheblich erniedrigt.

Zweitens wird die Laufstrecke des Soll-Lichts durch die Reflexion des ersten Spiegels 2' und des zweiten Spiegels 3' erhöht. Dadurch wird die Länge der reflektierenden Projektionslinsen-Baueinheit längs der optischen Achse OP' verkürzt. Dies unterstützt das Bestreben zu leichteren und kleineren elektroni schen Produkten.

Drittens wird durch Verschieben des zweiten Spiegels 3' nach unten in eine geeignete Position das -10°-Fehl-Licht durch die lichtundurchlässige Fläche an der Rückseite des zweiten Spiegels 3' abgefangen. Somit fängt der zweite Spie gel 3' das -10°-Fehl-Licht ab, ohne die von der DMD 1 ausgesendeten Soll- Lichtstrahlen zu behindern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch Beschichten der lichtundurchlässigen Fläche an der Rückseite des zweiten Spiegels 3' mit einem reflektierenden Film ein Temperaturanstieg des zweiten Spiegels nach der Absorption von Fehl-Licht verhindert, ferner wird die Störung des Soll-Lichts durch das -10°-Fehl-Licht verhindert, wodurch die Bildqualität verbessert wird.

Viertens können der erste Spiegel 2' und der dritte Spiegel 3' in dem Maß ver kleinert werden, in dem ausreichende Flächen für die beiden Spiegel verfügbar sind, um die Soll-Lichtstrahlen zu empfangen und zu reflektieren. Daher kön nen die Abschnitte des ersten Spiegels 2' oberhalb der optischen Achse OP' und des zweiten Spiegels 3' unterhalb der optischen Achse OP' verkleinert werden, wodurch die Linsengröße reduziert werden kann.

Fig. 2B zeigt den Fall, in dem der erste Spiegel 2' und der zweite Spiegel 3' kon vexe Spiegel sind. Fig. 2C zeigt den Fall, in dem der erste Spiegel 2' ein konka ver Spiegel und der zweite Spiegel 3' bzw. ein konvexer Spiegel ist. Fig. 2D zeigt den Fall, in dem der erste Spiegel 2' und der zweite Spiegel 3' konkave Spiegel sind. Die Funktionsweisen und die Vorteile der in den Fig. 2B bis 2D gezeigten reflektierenden Projektionslinsen-Baueinheiten sind ähnlich jenen der in Fig. 2A gezeigten reflektierenden Projektionslinsen-Baueinheit, wobei das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen ihnen die Vergrößerungscharakteri stik des projizierten Bildes ist. Weiterhin sind die obengenannten Kombinatio nen möglich, in denen jedoch der erste Spiegel 2' und/oder der zweite Spiegel 3' ein gekrümmter Spiegel oder ein Parabolspiegel ist. Diese Fälle werden aber hier nicht beschrieben, da sie dem Fall mit konvexem Spiegel oder konkavem Spiegel strukturell ähnlich sind.

Die Fig. 3A und 3B zeigen schematisch die reflektierende Projektionslinsen- Baueinheit gemäß zwei weiteren Ausführungsformen der Erfindung, in denen die reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit im optischen Weg zwischen der DMD 1, dem erste Spiegel 2' und dem zweiten Spiegel 3' ein Linsenmodul für die Bildvergrößerung oder -korrektur aufweist.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, enthält die reflektierende Projektionslinsen- Baueinheit zwischen der DMD 1 und dem ersten Spiegel 2' ein Linsenmodul 4. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, enthält die reflektierende Projektionslinsen- Baueinheit zwischen dem ersten Spiegel 2' und dem zweiten Spiegel 3' ein Lin senmodul 4.

Fig. 4 zeigt die schematisch die reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die reflektie rende Projektionslinsen-Baueinheit enthält einen dritten Spiegel 5' und einen vierten Spiegel 6'. Der dritte Spiegel 5' besitzt eine reflektierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom zweiten Spiegel 3' reflektierten Soll- Lichtstrahlen empfängt und reflektiert. Der vierte Spiegel 6' besitzt eine reflek tierende Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom dritten Spiegel 5' reflek tierten Soll-Lichtstrahlen empfängt und reflektiert, sowie eine lichtundurchläs sige Fläche an der Rückseite, die so angeordnet ist, daß sie den Eintritt der -10°-Fehl-Lichtstrahlen in den Weg der Soll-Lichtstrahlen verhindert. Dadurch wird die Laufstrecke des Soll-Lichts erhöht, so daß die Länge der reflektieren den Projektionslinsen-Baueinheit verkürzt werden kann.

Die obige Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich zur Erläuterung gegeben worden. Anhand der obigen Lehre sind Ab wandlungen oder Änderungen möglich. Die Ausführungsformen wurden ge wählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern, um den Fachmann in die Lage zu verset zen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiede nen Abwandlungen, die für die besondere Anwendung geeignet sind, zu ver wenden. Alle diese Abwandlungen und Änderungen liegen im Umfang der Er findung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, wenn diese und ihre Äquivalente so weit wie möglich interpretiert werden.

Claims

1. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit für einen Projektor mit digi taler Lichtverarbeitung, der eine digitale Spiegelvorrichtung (1) aufweist, die Soll-Lichtstrahlen und Fehl-Lichtstrahlen aussendet, gekennzeichnet durch
einen ersten Spiegel (2') mit einer reflektierenden Fläche, die so angeord net ist, daß sie die Soll-Lichtstrahlen empfangen und reflektieren kann, und
einen zweiten Spiegel (3') mit einer reflektierenden Fläche, die so angeord net ist, daß sie die vom ersten Spiegel (2') reflektierten Soll-Lichtstrahlen emp fangen und reflektieren kann, und einer lichtundurchlässigen Fläche an der Rückseite, die so angeordnet ist, daß sie den Eintritt von Fehl-Lichtstrahlen in den Weg der Soll-Lichtstrahlen verhindert.

2. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (2') ein konvexer Spiegel ist.

3. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (2') ein konkaver Spiegel ist.

4. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (2') ein gekrümmter Spiegel ist.

5. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (2') ein Parabolspiegel ist.

6. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (3') ein konvexer Spiegel ist.

7. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (3') ein konkaver Spiegel ist.

8. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (3') ein gekrümmter Spiegel ist.

9. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spiegel (3') ein Parabolspiegel ist.

10. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch ein Linsenmodul (4), das in einem optischen Weg angeordnet ist, der bei der digitalen Spiegelvorrichtung (1) beginnt, zum ersten Spiegel (2') und dann zum zweiten Spiegel (3') verläuft, wodurch eine Bildvergrößerung oder -korrektur ausgeführt wird.

11. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsenmodul (4) zwischen der digitalen Spiegelvor richtung (1) und dem ersten Spiegel (2') angeordnet ist.

12. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsenmodul zwischen dem ersten Spiegel (2') und dem zweiten Spiegel (3') angeordnet ist.

13. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Spiegelvorrichtung (1) unterhalb einer opti schen Achse (OP) angeordnet ist und die vom zweiten Spiegel (3') reflektierten Soll-Lichtstrahlen über die optische Achse (OP) projiziert werden.

14. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte des ersten Spiegels (2') oberhalb der opti schen Achse (OP) und des zweiten Spiegels (3') unterhalb der optischen Achse (OP) verkleinert sind.

15. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch einen dritten Spiegel (5') mit einer reflektierenden Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom zweiten Spiegel (3') reflektierten Soll- Lichtstrahlen empfängt und reflektiert, und einen vierten Spiegel (6') mit einer reflektierenden Fläche, die so angeordnet ist, daß sie die vom dritten Spiegel (5') reflektierten Lichtstrahlen empfängt und reflektiert, und einer lichtundurchläs sigen Fläche an der Rückseite, die so angeordnet ist, daß sie den Eintritt von Fehl-Lichtstrahlen in den Weg der Soll-Lichtstrahlen verhindert.

16. Reflektierende Projektionslinsen-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die lichtundurchlässige Fläche des zweiten Spiegels (3') ein reflektierender Film aufgebracht ist.