DE102004011171B4 - Lichtmischstab - Google Patents

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Abstract

Lichtmischstab (L), insbesondere für einen Projektor, mit einer Eintrittsfläche (2) sowie einer ersten, zweiten und dritten Austrittsfläche (9, 10, 11), einem ersten Integratorstab (1), sowie mit einem ersten Auskoppelelement (4), einem zweiten Integratorstab (5), einem zweiten Auskoppelelement (6) und einem dritten Integratorstab (7), die sich in dieser Reihenfolge an den ersten Integratorstab (1) anschießen, wobei eine erste Endfläche des ersten Intergratorstabs (1) die Eintrittsfläche (2) bildet und der erste Integratorstab (1) über die Eintrittsfläche eingekoppeltes mehrfarbiges Licht zum ersten Auskoppelelement (4) führt, das vom mehrfarbigen Licht nur das Licht einer ersten Farbe zur ersten Austrittsfläche (9) reflektiert und das restliche Licht in den zweiten Integratorstab (5) transmittiert, der das restliche Licht zum zweiten Auskoppelelement (6) führt, das vom restlichen Licht nur das Licht einer zweiten Farbe zur zweiten Austrittsfläche (10) reflektiert und das verbleibende Licht in den dritten Integratorstab (7) transmittiert, der vom verbleibenden Licht das Licht einer dritten Farbe zur dritten Austrittsfläche (11) führt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Lichtmischstab, insbesondere für einen Projektor, der mittels steuerbarer Lichtmodulatoren Farbteilbilder erzeugt und diese in überlagender Weise als mehrfarbiges Bild auf eine Projektionsfläche projiziert.
  • Bei solchen Projektoren, die auch digitale Projektoren genannt werden, wird im Beleuchtungszweig als Lichtquelle häufige eine Lichtquelle verwendet, die weißes Licht abgibt, wie beispielsweise eine Bogenlampe. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der flächigen Lichtmodulatoren zu erreichen, wird das Licht der Lichtquelle beispielsweise mittels eines Lichtmischstabes homogenisiert und danach mittels schräggestellter planparalleler Platten mit Farbteilerschichten spektral so zerlegt, daß die Lichtmodulatoren mit den entsprechenden Farben beaufschlagt werden. Nachdem der Ausgang des Lichtmischstabes in der Regel mittels einer Relayoptik auf die Lichtmodulatoren abgebildet wird, und auch noch die planparallelen Platten zwischen dem Lichtmischstab und den Lichtmodulatoren angeordnet sein müssen, führt dies zu komplizierten räumlichen Anordnungen der optischen Elemente und insbesondere auch zu unerwünscht großen Bündelquerschnitten in der Relayoptik.
  • Die WO 02/068861 A1 zeigt einen Lichtmischstab, der mehrere unterschiedlich lange Lichtleiter mit reflektiven Facetten zur Auskopplung von in den Lichtleitern geführtem Licht aufweist. Es sind lichtsteuernde Elemente vorgesehen, die durch Änderung der Reflexion an der Facette eine Lichtumlenkung oder einen Lichtdurchtritt ermöglichen. Die EP 1 391 776 A1 zeigt einen Lichtmischstab, der an seinem austrittseitigen Ende ein reflektives Element aufweist, das Licht mit einem unerwünschten Polarisationszustand zurückreflektiert, das dann auf der Eintrittsseite wieder in Richtung zur Austrittsseite reflektiert wird und dann die richtige Eigenschaft hat, so dass es durch das austrittsseitige Ende transmittiert wird.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Lichtmischstab vorzusehen, der bei Verwendung in einem Projektor mit mehreren Lichtmodulatoren dazu führt, daß der Beleuchtungszweig des Projektors verbessert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Lichtmischstab, insbesondere für einen Projektor, mit einer Eintrittsfläche sowie einer ersten, zweiten und dritten Austrittsfläche, einem ersten Integratorstab sowie mit einem ersten Auskoppelelement, einem zweiten Integratorstab, einem zweiten Auskoppelelement und einem dritten Integratorstab, die sich in dieser Reihenfolge an den ersten Integratorstab anschließen, wobei eine erste Endfläche des ersten Integratorstabs die Eintrittsfläche bildet und der erste Integratorstab über die Eintrittsfläche eingekoppeltes mehrfarbiges Licht zum ersten Auskoppelelement führt, das vom mehrfarbigen Licht nur das Licht einer ersten Farbe zur ersten Austrittsfläche reflektiert und das restliche Licht in den zweiten Integratorstab transmittiert, der das restliche Licht zum zweiten Auskoppelelement führt, das vom restlichen Licht nur das Licht einer zweiten Farbe zur zweiten Austrittsfläche reflektiert und das verbleibende Licht in den dritten Integratorstab transmittiert, der vom verbleibenden Licht das Licht einer dritten Farbe zur dritten Austrittsfläche führt.
  • Somit wird mit den erfindungsgemäßen Lichtmischstab die Funktion der Erzeugung eines gleichmäßig leuchtenden Feldes und die Funktion der spektralen Zerlegung des eingekoppelten mehrfarbigen Lichtes in vorteilhafter Weise kombiniert. Der erfindungsgemäße Lichtmischstab gibt an seinen Austrittsflächen bereits das entsprechende Licht der gewünschten Farbe ab, so daß die bisher übliche spektrale Zerlegung nach dem Lichtmischstab nicht mehr notwendig ist. Des weiteren ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Lichtmischstabes sehr einfach, da die Integratorstäbe und Auskoppelelemente lediglich hintereinander angeordnet werden müssen.
  • Der erfindungsgemäße Lichtmischstab beziehungsweise die Integratorstäbe sind so ausgebildet, daß das in ihnen geführte Licht, das nicht direkt hindurchläuft, an den Seitenflächen reflektiert wird, so daß im Lichtmischstab Licht mit einem großem Öffnungswinkel geleitet werden kann, ohne daß sich der Bündelquerschnitt ändert, wenn der Querschnitt der Integratorstäbe konstant ist. Auch die Auskoppelelemente sind bevorzugt so ausgebildet, daß sie für das von ihnen transmittierte Licht als Integratorstab wirken.
  • Der erfindungsgemäße Lichtmischstab weist bevorzugt einen konstanten Querschnitt, beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Natürlich sind auch andere Querschnittformen (viereckig, fünfeckig, sechseckig, ..., rund, oval) möglich. Auch ist es möglich, daß sich der Querschnitt des Lichtmischstabs entlang seiner Längsrichtung ändert.
  • Die Integratorstäbe können als Vollmischstab ausgebildet sein. In diesem Fall bestehen sie aus einem für das Licht transparenten Material und die Reflexion erfolgt entweder durch Totalreflexion an den Seitenflächen oder durch Reflexion an einer entsprechend aufgebrachten Reflexionsschicht an den Seitenflächen. Alternativ können die Integratorstäbe auch Hohlmischstäbe sein, bei denen der Bereich, in dem das Licht geführt ist, durch reflektive Schichten begrenzt ist. Die Integratorstäbe sind somit Hohlstäbe mit reflektiven Innenflächen.
  • Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Lichtmischstab zwischen dem ersten Integratorstab und dem ersten Auskoppelelement eine erste Reflexionsschicht angeordnet sein, die das mehrfarbige Licht vom ersten Integratorstab zum ersten Auskoppelelement transmittiert und das vom ersten Auskoppelelement auf die erste Reflexionsschicht reflektierte Licht zur ersten Austrittsfläche reflektiert. In gleicher Weise kann zwischen dem zweiten Integratorstab und dem zweiten Auskoppelelement eine zweite Reflexionsschicht angeordnet sein. Diese Reflexionsschichten führen zu dem Vorteil, daß Verlust vermieden werden können, die durch die Reflexion von Licht von dem entsprechenden Auskoppelelement zu den entsprechenden Integratorstab entstehen würden, da die Reflexionsschicht dieses Licht zu der entsprechenden Austrittsfläche reflektiert. Weiterhin gewährleistet die Reflexionsschicht auch noch, daß das auszukoppelnde Licht zur entsprechenden Austrittsfläche mit konstantem Querschnitt umgelenkt werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmischstabs ist die erste bzw. zweite Reflexionsschicht als separate Schicht ausgebildet, deren Reflexionsgrad mit steigendem Einfallswinkel zunimmt. Dadurch läßt sich sehr leicht gewährleisten, daß das gesamte in den Integratorstäben geführte Licht transmittiert wird, während das von dem entsprechenden Auskoppelelement zurück reflektierte Licht, das in der Regel einen sehr viel größeren Einfallswinkel bezüglich der Reflexionsschicht aufweist, von der Reflexionsschicht sicher zur Austrittsfläche reflektiert werden kann.
  • Ferner kann die erste bzw. zweite Reflexionsschicht als Totalreflexionsfläche des ersten bzw. zweiten Auskoppelelements ausgebildet sein. Dadurch wird eine äußerst hoher Reflexionsgrad vorteilhaft erreicht.
  • Die Totalreflexionsfläche kann, wenn der erste bzw. zweite Integratorstab ein Vollmischstab ist, beispielsweise dadurch ausgebildet sein, daß zwischen dem Auskoppelelement und dem entsprechenden Integratorstab ein Spalt (beispielsweise ein Luftspalt) vorhanden ist oder daß die Brechzahl des Materials des Auskoppelelements größer ist als die Brechzahl des Materials des Integratorstabes. Im Fall unterschiedlichen Brechzahlen können das Auskoppelelement und der entsprechende Integratorstab miteinander in direktem Kontakt stehen oder über einen optischen Kitt miteinander verbunden sein.
  • Insbesondere kann bei zumindest einem der Auskoppelelemente eine Grenzfläche als die erste bzw. zweite Austrittsfläche ausgebildet sein. Dies führt zu einem äußerst kompakten Lichtmischstab, da mittels dem Auskoppelelement bereits die Austrittsfläche ausgebildet ist.
  • Das erste und/oder zweite Auskoppelelement kann ein Prisma sein. Da ein Prisma ein gängiges optisches Bauelement ist, kann der Lichtmischstab kostengünstig hergestellt werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmischstabs besteht darin, daß die erste, zweite und dritte Austrittsfläche in einer beziehungsweise in zueinander parallelen Ebenen oder in zwei zueinander nicht parallelen Ebenen liegen. Dies läßt sich bei den erfindungsgemäßen Lichtmischstab besonders einfach dadurch realisieren, daß das entsprechenden Auskoppelelement und gegebenenfalls der nachfolgenden Integratorstab so um die Längsachse des Lichtmischstabs gedreht angeordnet ist/sind, daß die Austrittsfläche, die bevorzugt am Auskoppelelement selbst ausgebildet ist, in der gewünschten Ausrichtung liegt.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Lichtmischstab die Integratorstäbe zueinander koaxial angeordnet sind. Dies vereinfacht einerseits den Aufbau und führt andererseits zu dem Vorteil, daß die Ausrichtung der Austrittsflächen leicht durch ein entsprechendes Drehen der Auskoppelelemente realisiert werden kann.
  • Der Lichtmischstab ist insbesondere geradlinig ausgebildet, so daß er leicht herstellbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung schließt sich bei den erfindungsgemäßen Lichtmischstab ein drittes Auskoppelelement an den dritten Integratorstab an, wobei das dritte Auskoppelelement von dem vom dritten Integratorstab kommende Licht das Licht der dritten Farbe zur dritten Austrittsfläche reflektiert. Das dritte Auskoppelelement kann ein Umlenkprisma sein. Natürlich ist es auch möglich, daß das dritte Auskoppelelement eine Farbteilerschicht enthält und nur das dritte Licht zur dritten Austrittsfläche reflektiert und das noch verbleibende Licht transmittiert.
  • Insbesondere kann zwischen dem dritten Auskoppelelement und dem dritten Integratorstab eine dritte Reflexionsschicht angeordnet sein, die das vom dritten Integratorstab kommende Licht zum dritten Auskoppelelement transmittiert und das vom dritten Auskoppelelement auf die dritte Reflexionsschicht reflektierte Licht zur dritten Austrittsfläche reflektiert. Damit werden die Verlust vermieden, die durch das in den dritten Integratorstab zurück reflektierte Licht auftreten würden. Des weiteren kann das Licht der dritten Farbe mit konstantem Querschnitt zur dritten Austrittsfläche hin umgelenkt werden.
  • Besonders bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Lichtmischstabes beziehungsweise seiner vorteilhaften Weiterbildung bei einer Projektionsvorrichtung mit einer Lichtquelle, die mehrfarbiges Licht abgibt, das in den Lichtmischstab einkoppelbar ist, einem ersten, zweiten und dritten Lichtmodulator, die mit Licht von der ersten, zweiten bzw. dritten Austrittsfläche beaufschlagbar sind und jeweils ein Farbteilbild erzeugen können, einer den Lichtmodulatoren nachgeschalteten Überlagerungseinheit, die die Farbteilbilder zu einem gemeinsamen Farbbild überlagern, sowie einer der Überlagerungseinheit nachgeordneten Projektionsoptik, mit der das mehrfarbige Bild auf eine Projektionsfläche projizierbar ist. Damit wird eine Projektionsvorrichtung bzw. ein digitaler Projektor zur Verfügung gestellt, der den erfindungsgemäßen Lichtmischstab aufweist, so daß sein Beleuchtungszweig deutlich vereinfacht gebildet werden kann.
  • Insbesondere kann die Projektionsvorrichtung noch eine Ansteuereinheit aufweisen, die auf der Basis vorgegebener Bilddaten die Lichtmodulatoren ansteuert, um die gewünschten Farbteilbilder zu erzeugen.
  • Natürlich ist es möglich, zwischen den Austrittsflächen und den zugeordneten Lichtmodulatoren noch eine Optik vorzusehen, die die Austrittsflächen auf die Lichtmodulatoren abbilden und somit gleichmäßig beleuchten.
  • Die Lichtmodulatoren können transmissive oder reflektive Lichtmodulatoren sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf einen Lichtmischstab gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts von 1;
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer Projektionsvorrichtung mit dem Lichtmischstab von 1;
  • 4 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Lichtmischstabs von 1;
  • 5 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtmischstabs,
  • 6 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts von 5.
  • Wie aus der in 1 schematisch dargestellten Draufsicht ersichtlich ist, umfaßt der Lichtmischstab L, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, in dieser Ausführungsform einen ersten Integratorstab 1 mit einer Eintrittsfläche 2 sowie einer gegenüberliegenden Endfläche 3. An die Endfläche 3 schließen sich in dieser Reihenfolge ein erstes Auskoppelprisma 4, ein zweiter Integratorstab 5, ein zweites Auskoppelprisma 6, ein dritter Integratorstab 7 sowie ein drittes Prisma 8, das als Umlenkprisma dient, an. Die Prismen 4, 6 und 8 sind jeweils 90°-Prismen, deren erste Kathetenseite an den entsprechenden Endflächen 3, 3', 3'' der Integratorstäbe 1, 5 und 7 angrenzen und deren zweite Kathetenseite eine erste, zweite und dritte Austrittsfläche 9, 10, 11 des Lichtmischstabes L bilden. Auf der Hypotenusenseite des ersten und zweiten Prismas 4, 6 ist jeweils eine Farbteilerschicht 12, 13 und auf der Hypotenusenseite des dritten Prismas 8 ist eine Reflexionsschicht 14 aufgebracht.
  • Die Integratorstäbe 1, 5 und 7, die zueinander koaxial angeordnet sind, sind jeweils als Vollmischstab ausgebildet, so daß das von einer Lichtquelle 15 über die Eintrittsfläche 2 eingekoppelte mehrfarbige Licht an den Längsseiten reflektiert wird, sofern es beim Durchgang durch die Integratorstäbe 1, 5 und 7 auf die Längsseiten trifft. In 1 ist nur die vordere und hintere Längsseite 16 und 17 sichtbar. Die Reflexion an den Längsseiten kann durch Totalreflexion und/oder durch Reflexion an einer entsprechenden Reflexionsschicht, wenn sie auf den Längsseiten 13, 14 aufgebracht ist, erfolgen. Die Austrittsflächen 9, 10, 11 liegen zusammen mit hinteren Längsseite 17 in derselben Ebene.
  • Die erste Farbteilerschicht 12 des ersten Auskoppelprismas 4 ist so ausgebildet, daß sie aus dem mehrfarbigen Licht das rote Licht so reflektiert, daß es durch die erste Austrittsfläche 9 tritt, und das restliche Licht in den zweiten Integratorstab 5 transmittiert. Die zweite Farbteilerschicht 13 des zweiten Farbteilerprismas 6 ist so ausgebildet, daß sie von dem aus dem zweiten Integratorstab 5 kommenden Licht das grüne Licht reflektiert, so daß dieses durch die zweite Austrittsfläche 10 austritt, und das restliche Licht und somit das blaue Licht in den dritten Integratorstab 7 transmittiert. Das blaue Licht wird dann an der Spiegelschicht 14 des dritten Prismas 8 so reflektiert, daß es durch die dritte Austrittsfläche 11 austritt.
  • Die Prismen 4, 6 und 8 sind jeweils von den entsprechenden Enden der Integratorstäbe etwas beabstandet angeordnet, so daß zwischen den Enden der Integratorstäbe 1, 5 und 7 und der zugewandten Kathetenseite der Prismen 4, 6 und 8 ein Spalt 18 vorhanden ist. In 2 ist eine Ausschnittsvergrößerung von 1 dargestellt, wobei nur das Ende des ersten Integratorstabs 1 und das erste Auskoppelprisma 4 eingezeichnet sind. In der Darstellung von 2 ist der Luftspalt 18 zwischen dem ersten Integratorstab 1 und dem ersten Auskoppelprisma 4 zur Verdeutlichung deutlich größer dargestellt als es tatsächlich ist (z. B. 0,01 mm). Der Luftspalt 18 führt zu dem Vorteil, daß die Lichtstrahlen, die aufgrund der Reflexion an der Farbteilerschicht 12 in den ersten Integratorstab 1 zurückreflektiert werden würden, an der dem Ende 3 zugewandten Kathetenfläche des ersten Auskoppelprismas 4 eine Totalreflexion erfahren, so daß auch diese Lichtstrahlen durch die erste Austrittsfläche 9 laufen. Dies ist beispielhaft für den Lichtstrahl S1 dargestellt, der am Punkt P1 der Farbteilerschicht 12 in Richtung zu dem ersten Integratorstab 1 reflektiert wird, aber am Punkt P2 der am Luftspalt angrenzenden Kathetenseite totalreflektiert wird, so daß der Lichtstrahl S1 durch die Austrittsfläche 9 hindurchtritt. Damit kann das rote Licht mit konstantem Querschnitt mittels dem Auskoppelprisma 4 umgelenkt und über die erste Austrittsfläche 9 ausgekoppelt werden. Des weiteren werden die Lichtverluste vermieden, die dadurch auftreten würden, wenn ein Teil des roten Lichtes in den ersten Integratorstab 1 zurückreflektiert werden würde. In gleicher Art und Weise werden der konstante Querschnitt des ausgekoppelten grünen und blauen Lichts am zweiten und dritten Austrittsfenster 10 und 11 beibehalten und werden auch die Lichtverluste bei der Umlenkung minimiert.
  • Natürlich ist es auch möglich, die dem Luftspalt 18 folgenden Komponenten mit einem größeren Querschnitt vorzusehen. Der größere Querschnitt wird dabei so gewählt, daß er um die im Luftspalt auftretende Aufweitung des Lichtes vergrößert ist. Bei einem Öffnungswinkel des in den Integratorbereich 1 eingekoppelten Lichts von 15° und einem Luftspalt von 0,01 mm führt dies zu einer um 3 μm größeren Seitenlänge des rechteckigen Querschnitts des Prismas 4 und des zweiten Integratorstabes 5 quer zur Ausbreitungsrichtung des Lichts. Die Prismen 6 und 8 sowie der dritte Integratorstab 7 können aufgrund des Luftspalts zwischen dem Prismen 6 und dem zweiten Integratorstab 5 einen im Vergleich zum zweiten Integratorstab 5 und dem ersten Prisma 4 nochmals vergrößerten Querschnitt aufweisen, um die durch den Spalt bedingte Strahlaufweitung zu berücksichtigen. Damit können selbst die äußerst geringen Verluste, die durch die Strahlaufweitung am Luftspalt bedingt sind, vermieden werden.
  • In 3 ist eine Projektionsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Lichtmischstab L perspektivisch dargestellt. Das ausgekoppelte rote, grüne und blaue Licht wird dabei jeweils über eine zugeordnete Relayoptik 20, 21 und 22, entsprechende Umlenkspiegel 23 und 24 und Polarisationsteilerwürfeln 25, 26 und 27 als linear polarisiertes Licht auf entsprechende Lichtmodulatoren 28, 29, 30 gelenkt. Die Lichtmodulatoren, die beispielsweise LCD- oder LCoS-Module sind, weisen eine Vielzahl von voneinander unabhängig ansteuerbare Pixel auf, die in einen ersten und zweiten Zustand bringbar sind, wobei die Pixel im ersten Zustand die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts um 90° drehen und die Pixel im zweiten Zustand die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts nicht drehen. Das so reflektierte Licht läuft wiederum durch die Polarisationsstrahlteilerwürfel 2527, die jetzt als Analysatoren dienen und nur das Licht, das von den sich im ersten Zustand befindenden Pixeln reflektiert wurde, zu einer Farbzusammenführungseinheit 31 als Ein-Licht transmittieren. Die Farbzusammenführungseinheit 31 überlagert das Ein-Licht der einzelnen Lichtmodulatoren 2830 und somit die durch die Lichtmodulatoren 2830 eingestellten Farbteilbilder und koppelt das so überlagerte mehrfarbige Strahlenbündel über ein Umlenkspiegel 32 in ein Projektionsobjektiv 33 ein, mittels dem eine Bildprojektion auf eine Projektionsfläche (nicht gezeigt) durchgeführt wird.
  • Mittels dem zweiten und dritten Integratorstab 5, 7 können die gewünschten Abstände der Austrittsflächen 9, 10 und 11 eingestellt werden. Bei der Ausführungsform von 3 sind die Abstände so gewählt, daß die Relay-Optiken 2022 direkt mit dem Licht von den Austrittsflächen 911 beaufschlagt werden können.
  • In 4 ist eine zweite Ausführungsform des Lichtmischstabs L gezeigt, die sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin unterscheidet, daß das zweite Auskoppelprisma 6 und der zweite Integratorstab 7 um die Längsachse des Lichtmischstabs L gegenüber dem ersten Auskoppelprisma 4 um 90° gedreht sind, und daß das dritte Prisma 8 um die Längsachse des Lichtmischstabs L um 180° gegenüber dem ersten Auskoppelprisma 4 gedreht ist. Somit liegen die Austrittsflächen 9, 10, 11 nicht mehr auf derselben Seite des Lichtmischstabs, sondern jede Austrittsfläche liegt auf einer anderen Seite des Lichtmischstabs. Natürlich können auch zwei der drei Austrittsflächen auf der gleichen Seite des Lichtmischstabs liegen.
  • In 5 ist eine Ausführungsform des Lichtmischstabs gezeigt, bei dem die Integratorstäbe 1, 5 und 7 als Hohlmischstababschnitte ausgebildet sind. Jeder Integratorstab 1, 5 und 7 umfaßt vier Planplatten, die zu einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt verbunden und deren Innenflächen verspiegelt sind. Um gleiche optische Wege für das von dem ersten und zweiten Auskoppelprisma 4 und 6 transmittierten Licht zu gewährleisten, sind ein erstes und zweites Ausgleichprisma 40 und 41 so vorgesehen, daß zwischen dem ersten und zweiten Integratorstab 1 und 5 sowie dem zweiten und dritten Integratorstab 5 und 7 jeweils ein Farbteilerwürfel ausgebildet ist.
  • In 6 ist eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Endes des ersten Integratorstabs 1 und des ersten Auskoppelprismas 4 gezeigt. Hier kann das Auskoppelprisma 4 direkt an der Endfläche des ersten Integratorstabs angeordnet sein, da aufgrund der Ausbildung als Hohlintegrator eine Material-Luft-Grenzfläche zwischen der Endfläche des ersten Integratorstabs 1 und der entsprechenden Kathetenseite des ersten Auskoppelprismas 4 vorliegt. Auch hier findet wiederum die gewünschte Totalreflexion am Punkt P2 für den Lichtstrahl S1 statt, der an der ersten Farbteilerschicht 12 am Punkt P1 reflektiert wurde. Somit wird auch bei dieser Ausführungsform vorteilhaft erreicht, daß der Querschnitt bei der Auskopplung des Lichtes konstant bleibt und daß keine Rückreflexion des auszukoppelnden Lichtes in den Integratorstab 1 stattfindet, so daß unerwünschte Verluste vermieden werden können.
  • Natürlich ist es auch möglich, daß zumindest einer der Integratorstäbe als Hohlmischstab-Abschnitt und zumindest einer der Integratorstäbe als Vollmischstab-Abschnitt ausgebildet ist.
  • Eine Weiterbildung der Ausführungsform von 1 und 2 besteht darin, die Prismen 4, 6 und 8 direkt mit den Endflächen der entsprechenden Integratorstäbe 1, 5 und 7 zu verbinden, beispielsweise mittels Ansprengen oder einem optischen Kitt und die gewünschte Totalreflexion dadurch zu realisieren, daß die Brechzahl des Materials des entsprechenden Prismas 4, 6 und 8 größer ist als die Brechzahl des Materials des entsprechenden Integratorstabs 1, 5 und 7.
  • Ferner ist es bei den Ausführungsformen von 1 und 2 auch möglich, statt des Spalts 18 eine Reflexionsschicht zwischen der Endfläche des entsprechenden Integratorsstabs 1, 5 und 7 und der Kathetenseite des zugeordneten Prismas 4, 5 bzw. 8 anzuordnen, deren Reflexionsgrad mit steigendem Einfallswinkel zunimmt. Der Reflexionsgrad dieser Reflexionsschicht bzw. teilreflektierenden Schicht ist dabei so eingestellt, daß das im Integratorstab 1, 5, 7 geführte Licht transmittiert wird, während die von den Farbteilschichten 1214 auf die Reflexionsschicht zurück reflektierten Lichtstrahlen reflektiert werden.

Claims (16)

  1. Lichtmischstab (L), insbesondere für einen Projektor, mit einer Eintrittsfläche (2) sowie einer ersten, zweiten und dritten Austrittsfläche (9, 10, 11), einem ersten Integratorstab (1), sowie mit einem ersten Auskoppelelement (4), einem zweiten Integratorstab (5), einem zweiten Auskoppelelement (6) und einem dritten Integratorstab (7), die sich in dieser Reihenfolge an den ersten Integratorstab (1) anschießen, wobei eine erste Endfläche des ersten Intergratorstabs (1) die Eintrittsfläche (2) bildet und der erste Integratorstab (1) über die Eintrittsfläche eingekoppeltes mehrfarbiges Licht zum ersten Auskoppelelement (4) führt, das vom mehrfarbigen Licht nur das Licht einer ersten Farbe zur ersten Austrittsfläche (9) reflektiert und das restliche Licht in den zweiten Integratorstab (5) transmittiert, der das restliche Licht zum zweiten Auskoppelelement (6) führt, das vom restlichen Licht nur das Licht einer zweiten Farbe zur zweiten Austrittsfläche (10) reflektiert und das verbleibende Licht in den dritten Integratorstab (7) transmittiert, der vom verbleibenden Licht das Licht einer dritten Farbe zur dritten Austrittsfläche (11) führt.
  2. Lichtmischstab nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem ersten Integratorstab (1) und dem ersten Auskoppelelement (4) eine erste Reflexionsschicht angeordnet ist, die das mehrfarbige Licht vom ersten Integratorstab (1) zum ersten Auskoppelelement (4) transmittiert und das vom ersten Auskoppelelement (4) auf die erste Reflexionsschicht reflektierte Licht zur ersten Austrittsfläche (9) reflektiert.
  3. Lichtmischstab nach Anspruch 2, bei dem die erste Reflexionsschicht als separate Schicht ausgebildet ist, deren Reflexionsgrad mit steigendem Einfallswinkel zunimmt.
  4. Lichtmischstab nach Anspruch 2, bei dem die erste Reflexionsschicht eine Totalreflexionsfläche des ersten Auskoppelelements ist.
  5. Lichtmischstab nach Anspruch 4, bei dem der erste Integratorstab (1) ein Vollmischstab ist und zwischen dem ersten Integratorstab (1) und dem ersten Auskoppelelement (4) ein Spalt (18) vorhanden ist oder die Brechzahl des Materials des ersten Auskoppelelements (4) größer ist als die Brechzahl des ersten Integratorstabs (1).
  6. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zwischen dem zweiten Integratorstab (5) und dem zweiten Auskoppelelement (6) eine zweite Reflexionsschicht angeordnet ist, die das restliche Licht vom zweiten Integratorstab (5) zum zweiten Auskoppelelement (6) transmittiert und das vom zweiten Auskoppelelement (6) auf die zweite Reflexionsschicht reflektierte Licht zur zweiten Austrittsfläche (10) reflektiert.
  7. Lichtmischstab nach Anspruch 6, bei dem die zweite Reflexionsschicht als separate Schicht ausgebildet ist, deren Reflexionsgrad mit steigendem Einfallswinkel zunimmt.
  8. Lichtmischstab nach Anspruch 6, bei dem die zweite Reflexionsschicht eine Totalreflexionsfläche des zweiten Auskoppelelements (6) ist.
  9. Lichtmischstab nach Anspruch 8, bei dem der zweite Integratorstab (5) ein Vollmischstab ist und zwischen dem zweiten Integratorstab (5) und dem zweiten Auskoppelelement (6) ein Spalt vorhanden ist oder die Brechzahl des Materials des zweiten Auskoppelelements (6) größer ist als die Brechzahl des Materials des zweiten Integratorstabs (5).
  10. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest bei einem der Auskoppelelemente eine Grenzfläche als die erste bzw. zweite Austrittsfläche (9, 10) ausgebildet ist.
  11. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste, zweite und dritte Austrittsfläche (9, 10, 11) in einer Ebene oder in zueinander parallelen Ebenen oder in zwei zueinander nicht parallelen Ebenen liegen.
  12. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Integratorstäbe (1, 5, 7) zueinander koaxial angeordnet sind.
  13. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Lichtmischstab geradlinig ausgebildet ist.
  14. Lichtmischstab nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich ein drittes Auskoppelelement (8) an den dritten Integratorstab (7) anschließt, das von von dem dritten Integratorstab (7) kommenden Licht das Licht der dritten Farbe zur dritten Austrittsfläche (11) reflektiert.
  15. Lichtmischstab nach Anspruch 14, bei dem zwischen dem dritten Integratorstab (7) und dem dritten Auskoppelelement (8) eine dritte Reflexionsschicht angeordnet ist, die das Licht vom dritten Integratorstab (7) zum dritten Auskoppelelement (8) transmittiert und das vom dritten Auskoppelelement (8) auf die dritte Reflexionsschicht reflektierte Licht zur dritten Austrittsfläche (11) reflektiert.
  16. Verwendung des Lichtmischstabs nach einem der obigen Ansprüche bei einer Projektionsvorrichtung mit einer Lichtquelle, die mehrfarbiges Licht abgibt, das in den Lichtmischstab (L) einkoppelbar ist, einem ersten, zweiten und dritten Lichtmodulator (28, 29, 30), die mit Licht von der ersten, zweiten bzw. dritten Austrittsfläche (9, 10, 11) beaufschlagbar sind und jeweils ein Farbteilbild erzeugen können, einer den Lichtmodulatoren (28, 29, 30) nachgeschalteten Überlagerungseinheit (31), die die Farbteilbilder zu einem gemeinsamen Farbbild überlagert, sowie einer der Überlagerungseinheit (31) nachgeordneten Projektionsoptik (33), mit der das mehrfarbige Bild auf eine Projektionsfläche projizierbar ist.
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