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Die
Erfindung betrifft ein modulares Lichtstrahl-Rekombinierungssystem und ein zugehöriges Lichtstrahl-Rekombinierungsverfahren
und betrifft insbesondere ein modulares Lichtstrahl-Rekombinierungssystem
mit einem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul, einem Reflexionsmodul
für aufgeteilte
Lichtstrahlen, einem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul
und einem Bildanzeigemodul, die alle zusammen integriert sind.
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In
der Schrift
US 6,227,670
B1 wird eine Projektions-Anzeigevorrichtung mit einem Reflexionsmodul,
einem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinationsmodul und Reflexionsmodulen
für aufgeteilte Lichtstrahlen
beschrieben. Das Reflexionsmodul, das Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinationsmodul und
das Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen bestehen aus Einzelteilen die voneinander
getrennt angeordnet sind.
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In
DE 100 08 337 A1 wird
ein Flüssigkristall-Lichtventil
mit einer verdrehten nematischen Flüssigkristall-Schicht beschrieben,
deren Moleküle bezüglich Pixelkanten
an der Spiegelrückebene
ausgerichtet sind.
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In
der Schrift
US 6,672,721
B2 wird ein Projektionssystem beschrieben, bei dem einzelne
Module voneinander getrennt angeordnet sind.
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Die
Schrift
US 2004/0105038
A1 beschreibt ein optisches Projektionssystem mit einem
Lichtstrahlaufteilungsspiegel und Reflexionsspiegeln für den aufgeteilten
Lichtstrahl, bei dem der Lichtstrahlaufteilungsspiegel und die Reflexionsspiegel für den aufgeteilten
Lichtstrahl voneinander getrennt angeordnet sind.
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Mit
Bezug auf
1 zeigt das
US-Patent 6,345,895 B1 ein
Lichtstrahl-Rekombinierungssystem. Das Lichtstrahl-Rekombinierungssystem
weist ein dichromatisches Modul
20a, ein Lichtstrahl-Rekombinierungsmodul
30a und
eine Mehrzahl von Bildanzeige-Modulen
40a auf. Das dichromatische
Modul
20a weist eine Mehrzahl von Reflexionsspiegeln
21a,
einen kreuzförmigen
dichromatischen Spiegel
22a und einen einfachen dichromatischen
Spiegel
23a auf.
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Als
Erstes wird ein Lichtstrahl mittels eines lichtemittierenden Moduls 10a erzeugt,
und der Lichtstrahl wird zu dem kreuzförmigen dichromatischen Spiegel 22a mittels
eines der reflektierenden Spiegel 21a zum Aufteilen des
Lichtstrahls in einen B-(blauen) Lichtstrahl und einen RG-(roten und grünen) Lichtstrahl
reflektiert. Der B-Lichtstrahl wird zu dem Lichtstrahl-Rekombinierungsmodul 30a mittels
eines anderen reflektierenden Spiegels 21a reflektiert,
und der RG-Lichtstrahl
wird zu dem einfachen dichromatischen Spiegel 23a mittels
des anderen reflektierenden Spiegels 21a zum Aufteilen
des RG-Lichtstrahls in einen R-Lichtstrahl und einen G-Lichtstrahl und zum
Weiterleiten des R-Lichtstrahls bzw. des G-Lichtstrahls zu dem Lichtstrahl-Rekombinierungsmodul 30a reflektiert.
Daher können
der R-, G- und B- Lichtstrahl zu dem Lichtstrahl-Rekombinierungsmodul 30a längs des
gleichen Lichtwegs weitergeleitet werden. Danach werden der R-,
G- und B-Lichtstrahl zu den entsprechenden Bildanzeigemodulen 40a zum
Verändern
des R-, G- und B- Lichtstrahls in Bildstrahlen weitergeleitet. Schließlich werden
die Bildstrahlen rekombiniert und zu einem Projektionslinsenmodul 50a mittels
des Lichtstrahl-Rekombinierungsmoduls 30a weitergeleitet.
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Schließlich werden
die Bildstrahlen mittels des Projektionslinsenmoduls 50a nach
außen
projiziert.
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Jedoch
hat das Lichtstrahl-Rekombinierungssystem gemäß dem Stand der Technik einige Fehler,
wie sie im Folgenden detailliert beschrieben werden:
- 1. Um den oben beschriebenen Lichtweg herzustellen, ist der
kreuzförmige
dichromatische Spiegel 22a ein wesentlicher Baustein in
dem Lichtstrahl-Rekombinierungssystem. Jedoch ist der kreuzförmige dichromatische
Spiegel 22a aus zwei einfachen dichromatischen Spiegeln
zusammengesetzt. Daher werden zwischen den beiden einfachen dichromatischen
Spiegeln Kreuzspuren und Zwischenräume erzeugt, und es werden leicht
Lichtstrahlen mit dunklen Streifen auf die Bildanzeigemodule 40a augrund
der Kreuzspuren und der Zwischenräume projiziert.
- 2. Wenn der Lichtstrahl zwischen den oben genannten optischen
Baugruppen kontinuierlich reflektiert, gebrochen, transmittiert,
gestreut und gebeugt wird, wird auch die Lichtstärke des Lichtstrahls kontinuierlich
reduziert.
- 3. Das Lichtstrahl-Rekombinierungssystem nach dem Stand der
Technik ist aus dem dichromatischen Modul 20a, dem Lichtstrahl-Rekombinierungsmodul 30a und
den Bildanzeigemodulen 40a zusammengesetzt. Jedoch beansprucht
die Anordnung der Module 20a, 30a und 40a das meiste
Volumen des Lichtstrahl-Rekombinierungssystems.
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Erfindungsgemäß ist ein
modulares Lichtstrahl-Rekombinierungssystem
und ein zugehöriges Lichtstrahl-Rekombinierungsverfahren
geschaffen. Das modulare Lichtstrahl-Rekombinierungssystem weist ein Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul,
ein Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen, ein polarisierendes Lichtstrahl-Aufteilungsmodul und
ein Bildanzeigemodul auf, die alle zusammen integriert sind, wodurch
die folgenden Vorteile erzielt werden:
- 1. Derselbe
optische RGB-Pfad;
- 2. Hoher Kontrast;
- 3. Hohe optische Präzision
(aufgrund der Tatsache, dass das Reflexionsmodul für aufgeteilte Lichtstrahlen
eine Oberfläche
mit einem optischen Schliff hat);
- 4. Kleines Volumen; und
- 5. Leichte Herstellung.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung ist ein modulares Lichtstrahl-Rekombinierungssystem,
das ein Reflexionsmodul, ein Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul,
ein Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen, ein polarisierendes Lichtstrahl-Aufteilungsmodul
und ein Bildanzeigemodul aufweist. Das Reflexionsmodul wird verwendet,
um einen Lichtstrahl von einem lichtemittierenden Modul zu reflektieren.
Das Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul
ist aus einem Lichtstrahl-Aufteilungselement
und einem Lichtstrahl-Rekombinierungselement
zusammengesetzt. Das Reflexionsmodul für aufgeteilte Lichtstrahlen
zum Reflektieren des Lichtstrahls von dem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul
ist an einer anderen Seite des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls
einstückig
mit diesem verbunden. Das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul
ist oberhalb des Reflexionsmoduls für aufgeteilte Lichtstrahlen
zum Empfangen des Lichtstrahls von dem Reflexionsmodul für aufgeteilte
Lichtstrahlen angeordnet, und das Bildanzeigemodul ist oberhalb
des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls zum Empfangen
und Reflektieren des Lichtstrahls angeordnet, der von dem polarisierenden
Lichtstrahl-Aufteilungsmodul projiziert wird, um einen Bildstrahl
zu bilden. Das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul ist derart eingerichtet,
dass es den von dem Bildanzeigemodul gebildeten Bildstrahl zu dem
Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul
hin reflektiert.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Lichtstrahl-Rekombinierungsverfahren eines modularen Lichtstrahl-Rekombinierungssystems,
welches aufweist: Weiterleiten eines Lichtstrahls von einem lichtemittierenden
Modul zu einem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul, das
aus einem Lichtstrahl-Aufteilungselement und einem Lichtstrahl-Rekombinierungselement
zusammengesetzt ist und an seiner einen Seite mit einem Reflexionsmodul
(2) einstückig
verbunden ist; Aufteilen des Lichtstrahls, um aufgeteilte Lichtstrahlen
mittels des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls zu bilden;
Reflektieren der aufgeteilten Lichtstrahlen von dem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul
mittels eines Reflexionsmoduls für
aufgeteilte Lichtstrahlen, das an einer anderen Seite des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls
mit diesem einstückig
verbunden ist; Empfangen und Projizieren der aufgeteilten Lichtstrahlen
von dem Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen mittels eines polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls,
das oberhalb des Reflexionsmoduls für aufgeteilte Lichtstrahlen angeordnet
ist; Reflektieren der aufgeteilten Lichtstrahlen von dem polarisierenden
Lichtstrahl-Aufteilungsmodul mittels eines Bildanzeigemoduls, um Bildstrahlen
zu bilden, wobei das Bildanzeigemodul oberhalb des polarisierenden
Lichtstrahl- Aufteilungsmoduls
angeordnet ist; Reflektieren der Bildstrahlen von dem Bildanzeigemodul
mittels des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls; und Rekombinieren
der Bildstrahlen von dem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul
mittels des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls.
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Es
ist selbstverständlich,
dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch
die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch sind und dass
sie für
eine weitere Erklärung
der beanspruchten Erfindung sorgen sollen. Andere Vorteile und Merkmale
der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung, der Zeichnung
und der Ansprüche
ersichtlich.
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Die
verschiedenen Ziele und Vorteile der Erfindung werden leichter anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in
Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung gelesen wird, in der:
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1 eine
schematische Ansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems gemäß dem Stand
der Technik ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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3 eine
Vorderansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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4 eine
Draufsicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
(nach dem Entfernen des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls,
des Bildanzeigemoduls und des Projektionslinsenmoduls) gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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5 eine
Seitenansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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7 eine
Vorderansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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8 eine
Draufsicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
(nach dem Entfernen des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls,
des Bildanzeigemoduls und des Projektionslinsenmoduls) gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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9 eine
Seitenansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist; und
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10 ein
Flussdiagramm eines Lichtstrahl-Rekombinierungsverfahrens
eines modularen Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist.
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Die 2 bis 5 zeigen
eine perspektivische, eine Front-, eine Drauf- (das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul,
das Bildanzeigemodul und das Projektionslinsenmodul wurden entfernt) und
eine Seitenansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungssystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein modulares Lichtstrahl-Rekombinierungssystem
geschaffen, das ein Reflexionsmodul 2, ein Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 3,
ein Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen 4, ein polarisierendes Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 und
ein Bildanzeigemodul 6 aufweist.
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Das
Reflexionsmodul 3 wird verwendet, um einen Lichtstrahl
von einem lichtemittierenden Modul 1 zu reflektieren. Das lichtemittierende
Modul 1 kann eine lichtemittierende Diode oder eine oval
geformte Lampe sein. Eine Seite des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls 3 ist
mit dem Reflexionsmodul 2 zum Aufteilen und Rekombinieren
des Lichtstrahls verbunden (oder einstückig verbunden). Das Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 3 kann
ein X-Kubus sein,
der aus einem Lichtstrahl aufteilenden Element (dichromatischer
Spiegel) 30 und einem Lichtstrahl rekombinierenden Element (X-Prisma) 31 zusammengesetzt
ist.
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Ferner
ist das Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen 4 mit einer anderen Seite des
Lichtstrahl aufteilenden/rekombinierenden Moduls 3 zum Reflektieren
des Lichtstrahls von dem Lichtstrahl aufteilenden/rekombinierenden
Modul 3 verbunden (oder einstückig verbunden). Das Reflexionsmodul 4 für aufgeteilte
Lichtstrahlen hat eine Mehrzahl von reflektierenden Prismen 40 oder
drei reflektierende Prismen 40, die jeweils mit einer anderen
von drei Seiten des Lichtstrahl aufteilenden/rekombinierenden Moduls 3 verbunden
sind. Ferner ist jedes der reflektierenden Prismen 40 ein
gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck-Prisma mit einer Oberfläche mit
einem optischen Schliff.
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Ferner
ist das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 entsprechend
oberhalb des Reflexionsmoduls 4 für aufgeteilte Lichtstrahlen
zum Empfangen des Lichtstrahls von dem Reflexionsmodul 4 für aufgeteilte
Lichtstrahlen angeordnet. Das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 kann
ein PBS (Polarizing Beam Splitter = polarisierender Lichtstrahl-Aufteiler) oder ein
planarer PBS sein. Ferner ist das Bildanzeigemodul 6 entsprechend
oberhalb des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls 5 zum
Empfangen und Reflektieren des Lichtstrahls angeordnet, der von
dem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 projiziert
wird, so dass ein Bildstrahl gebildet wird. Das Bildanzeigemodul 6 kann
ein bildanzeigendes Element oder ein Lichtventil sein.
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Ferner
weist das erste Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Lichtstrahl-Kondensormodul 7 und ein Projektionslinsenmodul 8 auf.
Das Lichtstrahl-Kondensormodul 7 ist zwischen dem Reflexionsmodul 4 für aufgeteilte
Lichtstrahlen und dem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 angeordnet,
und das Lichtstrahl-Kondensormodul 7 kann aus
einer Mehrzahl von Feldlinsen oder Kondensoren bestehen. Das Projektionslinsenmodul 8 ist
außerhalb
des Lichtstrahl-Rekombinierungselements 31 des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls 3 angeordnet,
damit die Bildstrahlen konvergieren, die von dem polarisierenden
Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 werden, und projiziert die
konvergierten Bildstrahlen auf eine Anzeigetafel (nicht gezeigt).
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Die 6 bis 9 zeigen
jeweils eine perspektivische, eine Vorder-, eine Front- (das polarisierende
Lichtstrahl-Aufteilungsmodul,
das Bildanzeigemodul und das Projektionslinsenmodul wurden entfernt)
und eine Seitenansicht eines Lichtstrahl-Rekombinierungs-Systems
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel
und dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist, dass das Lichtstrahl-Rekombinierungs-System des zweiten Ausführungsbeispiels
kein Reflexionsmodul 2 und kein Lichtstrahl-Kondensormodul 7 aufweist.
Mit anderen Worten kann das Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 3 verwendet
werden, damit der erzeugte Lichtstrahl direkt von dem lichtemittierenden Modul 1 ohne
Verwendung des Reflexionsmoduls 2 empfangen wird, um den
Lichtstrahl aufzuteilen und zu rekombinieren.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm eines Lichtstrahl-Rekombinierungsverfahrens eines modularen Lichtstrahl-Rekombinierungssystems
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels weist die folgenden
Schritte auf: Weiterleiten eines Lichtstrahls von einem lichtemittierenden
Modul 1 zu einem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 2 (S100); Aufteilen
des Lichtstrahls, so dass aufgeteilte Lichtstrahlen mittels des
Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls 2 gebildet
werden (S 102); Reflektieren der aufgeteilten Lichtstrahlen
von dem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 2 mittels eines
Reflexionsmoduls 4 für
aufgeteilte Lichtstrahlen, das mit dem Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 2 verbunden
ist (S104); und Empfangen der aufgeteilten Lichtstrahlen von dem
Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen 4 mittels eines polarisierenden
Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls 5, das jeweils oberhalb des
Reflexionsmoduls für
aufgeteilte Lichtstrahlen 4 angeordnet ist (S106).
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Ferner
weist das Verfahren auf: Reflektieren der aufgeteilten Lichtstrahlen
von dem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5,
um Bildstrahlen mittels eines Bildanzeigemoduls 6 zu bilden,
die jeweils oberhalb des polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls 5 angeordnet
sind (S 108); Reflektieren der Bildstrahlen von dem Bildanzeigemodul 6 mittels des
polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmoduls 5 (S 110);
und Rekombinieren der Bildstrahlen von dem polarisierenden Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 mittels
des Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmoduls 3 (S 112).
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Zusammenfassend
wird erfindungsgemäß ein integriertes
Verfahren verwendet, um das Lichtstrahl-Aufteilungs-/Rekombinierungsmodul 3,
das Reflexionsmodul für
aufgeteilte Lichtstrahlen 4, das polarisierende Lichtstrahl-Aufteilungsmodul 5 und das
Bildanzeigemodul 6 zusammen zu integrieren, um so einige
Vorteile zu schaffen, welche sind: derselbe optische RGB-Pfad, hoher
Kontrast, eine hohe optische Präzision
(weil das Reflexionsmodul 4 für aufgeteilte Lichtstrahlen
eine Oberfläche
mit einem optischen Schliff hat), ein kleines Volumen und eine leichte
Herstellung.