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Es
wird ein optisches Projektionsgerät angegeben.
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Eine
Aufgabe besteht darin, ein optisches Projektionsgerät anzugeben,
bei dem die zur Verfügung
stehende Lichtmenge einer Lichtquelle besonders effizient genutzt
wird.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
weist das optische Projektionsgerät einen Mikrospiegel auf. Der
Mikrospiegel ist beispielsweise geeignet, auf den Mikrospiegel treffende elektromagnetische
Strahlung in vorgebbare Richtungen zu reflektieren. Der Mikrospiegel
weist dazu bevorzugt eine reflektierend ausgestaltete Oberfläche auf,
die bevorzugt elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich – also Licht – besonders
effizient reflektiert. Die reflektierende Oberfläche des Mikrospiegels kann beispielsweise
eine quadratische, rautenförmige,
parallelogrammförmige
oder rechteckige Form aufweisen. Jedoch sind auch andere Formen
der Spiegeloberfläche
denkbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgerätes
nimmt der Mikrospiegel Licht aus einem Raumwinkelbereich auf, der
in zwei unterschiedlichen Richtungen auf der Spiegeloberfläche unterschiedliche Öffnungswinkel
aufweist. Der Öffnungswinkel
ist dabei der maximale Winkel unter dem Strahlung zur Oberflächennormalen
des Mikrospiegels auf die Spiegeloberfläche trifft.
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Das
heißt
beispielsweise, dass vom Spiegel aus auf eine Lichtquelle gesehen,
die den Spiegel ausleuchtet, in einer Richtung die Lichtquelle so
erscheint, als weise sie eine größere Erstreckung
und/oder Ausdehnung auf, als in eine andere Richtung. Beispielsweise
erscheint die Lichtquelle vom Spiegel aus gesehen also nicht rund
oder quadratisch sondern oval, elliptisch oder rechteckig.
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Mit
anderen Worten treffen in eine Richtung auf der Spiegeloberfläche Lichtstrahlen
mit einem größeren maximalen
Winkel zur Oberflächennormalen
des Mikrospiegels auf die Spiegeloberfläche auf, als in eine andere
Richtung.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
weist dieses einen Mikrospiegel auf, der Licht aus einem Raumwinkelbereich
aufnimmt, der in zwei unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Öffnungswinkel
aufweist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
ist der Mikrospiegel um eine Achse kippbar. Bevorzugt verläuft die
Achse durch den Mikrospiegel parallel zur reflektierenden Oberfläche des
Mikrospiegels. Besonders bevorzugt bildet die Achse eine Mittelachse
des Mikrospiegels, die den Mikrospiegel in zwei im Wesentlichen
gleich große,
zum Beispiel rechteckige, Bereiche unterteilt. Der Mikrospiegel
ist vorzugsweise geeignet, in zwei unterschiedliche Richtungen um
diese Kippachse zu kippen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
nimmt der Mikrospiegel in Richtung längs zur Kippachse Licht aus
einem größeren Winkelbereich
auf als in Richtung senkrecht zur Kippachse. Das heißt, der
maximale Winkel, den einfallendes Licht mit einer Oberflächennormalen
des Mikrospiegels einschließt,
ist auf gedachten Linien, die parallel zur Kippachse auf der Spiegeloberfläche verlaufen,
größer als
auf gedachten Linien, die senkrecht zur Kippachse auf der Spiegeloberfläche verlaufen.
Mit anderen Worten erscheint vom Spiegel aus gesehen die Lichtquelle
in Richtung längs
der Kippachse eine größere Erstreckung
zu haben, als in orthogonaler Richtung zur Kippachse. Damit nimmt
der Mikrospiegel in Richtung längs
der Kippachse Licht aus einem Winkelbereich mit einem größeren Öffnungswinkel
auf, als in Richtung orthogonal zur Kippachse.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
weist der Mikrospiegel zwei vorgegebene Kippstellungen auf. Das
heißt,
der Mikrospiegel ist um zwei vorgegebene Kippwinkel relativ zur
ungekippten Stellung kippbar. Bevorzugt sind die beiden Kippwinkel
betragsmäßig gleich
groß und
unterscheiden sich lediglich durch ein Vorzeichen voneinander. In
einer Kippstellung – der
so genannten on-Stellung – ist
der Mikrospiegel geeignet, auf ihn treffendes Licht in Richtung
einer Lichtaustrittsöffnung
des optischen Projektionsgeräts
und damit beispielsweise auf einen Projektionsschirm zu reflektieren.
Zwischen Spiegel und Lichtaustrittsöffnung können optische Elemente wie
zum Beispiel eine Projektionslinse angeordnet sein, die vom reflektierten
Licht durchstrahlt werden.
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In
der anderen Kippstellung – der
so genannten off-Stellung – wird
das auf die Spiegeloberfläche
treffende Licht bevorzugt zu einem Absorber oder einer Lichtfalle
hin reflektiert, der die auf ihn treffende elektromagnetische Strahlung
absorbiert, sodass das Licht nicht durch die Lichtaustrittsöffnung des
optischen Projektionsgeräts
nach außen
gelangen kann. Der Absorber kann zum Beispiel im Inneren eines Gehäuses des
optischen Projektionsgeräts
angeordnet sein oder durch einen Teil dieses Gehäuses gebildet sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
ist der Winkelbereich, aus dem der Mikrospiegel in Richtung senkrecht
zur Kippachse Licht aufnimmt, mit dem Kippwinkel korreliert. Das heißt, bevorzugt
weist dieser Winkelbereich einen Öffnungswinkel auf, der mit
dem Kippwinkel korreliert ist.
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Das
heißt,
der Öffnungswinkel
ist dem Kippwinkel angepasst. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel so gewählt, dass
in der off-Stellung
auf den Mikrospiegel treffende Strahlung komplett auf den Absorber
trifft. Das heißt,
der Öffnungswinkel
ist so klein gewählt,
dass in der off-Stellung kein reflektiertes Licht den Absorber verfehlt
und beispielsweise als Streulicht das optische Projektionsgerät verlassen
kann.
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Entsprechend
ist der Öffnungswinkel
des Winkelbereichs, aus dem der Mikrospiegel in Richtung senkrecht
zur Kippachse Licht aufnimmt, bevorzugt derart gewählt, dass
reflektiertes Licht in der on-Stellung, den Projektor möglichst
vollständig
verlässt
und keine oder kaum Strahlung die Lichtaustrittsöffnung des optischen Projektionsgeräts verfehlt.
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Das
beschriebene optische Projektionsgerät macht sich dabei unter anderem
die Erkenntnis zu Nutzen, dass die oben beschriebene Einschränkung hinsichtlich
des Öffnungswinkels
nur in Richtung senkrecht zur Kippachse notwendig ist, wenn erreicht
werden soll, dass in der off-Stellung möglichst sämtliches vom Mikrospiegel reflektiertes
Licht im Projektionsgerät
verbleibt und in der on-Stellung möglichst das gesamte reflektierte
Licht den Projektor verlassen soll.
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In
der Richtung längs
zur Kippachse ist eine solche Einschränkung für den Öffnungswinkel der einfallenden
Strahlung nicht gegeben. Der Öffnungswinkel,
mit dem einfallendes Licht längs
der Kippachse vom Mikrospiegel aufgenommen wird, kann größer gewählt sein
als der Öffnungswinkel
senkrecht zur Kippachse. Mit einem größeren Öffnungswinkel in dieser Richtung
erhöht
sich aber vorteilhaft das Etendue und damit die Effizienz des Systems.
Auf diese Weise kann vom Mikrospiegel eine größere Abstrahlfläche der
Lichtquelle auf den Projektionsschirm abgebildet werden.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
ist der Öffnungswinkel senkrecht
zur Kippachse gleich dem Betrag des Kippwinkels. Bevorzugt weist
der Mikrospiegel dabei für
on- und off-Stellung betragsmäßig gleiche
Kippwinkel relativ zur ungekippten Stellung auf. Das heißt, der
Mikrospiegel ist geeignet, um diese Winkel in zwei unterschiedliche
Richtungen, zum Beispiel um die Kippachse, zu kippen. Die beiden
Kippwinkel unterscheiden sich daher bevorzugt lediglich durch ein
Vorzeichen.
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Beispielsweise
beträgt
der Betrag der Kippwinkel wenigstens zehn Grad. Bevorzugt ist der
Betrag der beiden Kippwinkel, um die der Mikrospiegel in die on-
bzw. in die off-Stellung kippt, gleich groß. Die beiden Kippwinkel betragen
dann bevorzugt wenigstens plus zehn Grad und mindestens minus zehn
Grad. Bevorzugte Kippwinkel sind beispielsweise +/– 10°, +/– 12° oder +/– 14,5°.
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In
Richtung längs
der Kippachse ist der Öffnungswinkel
bevorzugt größer als
der Betrag des Kippwinkels. Bevorzugte Öffnungswinkel in dieser Richtung
liegen in den Bereich von +/– 18° bis +/– 30°.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
weist das optische Projektionsgerät wenigstens eine Lichtquelle
auf, die geeignet ist, den Mikrospiegel auszuleuchten. Die Lichtquelle
ist beispielsweise geeignet, Licht im roten, grünen und blauen Spektralbereich
zu erzeugen. Dabei kann einer Weißlichtquelle in Abstrahlrichtung
beispielsweise ein Farbrad nachgeordnet sein, das abwechselnd Licht
einer dieser Farben transmittiert und gleichzeitig das Licht der übrigen Farben
absorbiert. Es ist aber auch möglich,
dass die Lichtquelle oder die Lichtquellen an sich geeignet sind,
Licht dieser Farben zu erzeugen. Die Lichtquelle kann dazu eine
Mehrzahl von Leuchtdiodenchips umfassen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
ist die Lichtquelle geeignet, den Mikrospiegel mit einem unsymmetrischen
Lichtkegel auszuleuchten. Das heißt, der Lichtkegel ist bevorzugt
derart geformt, dass in einer Richtung auf der Oberfläche des
Mikrospiegels der Öffnungswinkel,
das heißt,
der maximale Winkel unter dem elektromagnetische Strahlung zur Oberflächennormalen
einfällt,
größer ist
als in eine andere Richtung. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel in Richtung längs zur
Kippachse des Mikrospiegels größer als
in orthogonaler Richtung dazu. Die Lichtquelle leuchtet den Mikrospiegel
dann in anamorphotischer weise aus.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
ist der Lichtquelle zur Strahlformung zumindest eine Zylinderlinse
nachgeordnet.
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Mithilfe
einer solchen Zylinderlinse ist es möglich, einen soeben beschriebenen
Lichtkegel zu modulieren.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
ist der Lichtquelle zur Strahlformung ein optischer Konzentrator
nachgeordnet, der sich zur Lichtquelle hin verjüngt. Der optische Konzentrator
wird vom Licht der Lichtquelle durchstrahlt. Seitenflächen, die
den Konzentrator seitlich begrenzen, sind reflektierend ausgestaltet.
Der optische Konzentrator ist zum einen zur Verringerung der Divergenz der
durch ihn tretenden Strahlung geeignet. Zum anderen wird das durchtretende
Licht derart von den Seitenflächen
des Konzentrators reflektiert, dass das austretende Licht eine vorgebbare
Lichtdichteverteilung und Winkelverteilung aufweist.
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Die
Lichtdichteverteilung und die Winkelverteilung sind beispielsweise
durch die Ausgestaltung der Form der reflektierenden Seitenflächen einstellbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
ist der optische Konzentrator in Richtung seiner Hauptachsen, die
beispielsweise in einer Ebene parallel zur Lichtauskoppelfläche der Lichtquelle
verlaufen, unterschiedlich ausgestaltet. Bevorzugt weist der Konzentrator
in Richtung seiner Hauptachsen unterschiedliche Öffnungswinkel auf. Eine Querschnittsfläche des
optischen Konzentrators, die beispielsweise parallel zur Strahlungsauskoppelfläche der
Lichtquelle verläuft,
weist dann in Richtung einer der beiden Hauptachsen eine größere Erstreckung
auf als in Richtung der anderen Hauptachse.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
sind die Seitenflächen
des optischen Konzentrators zumindest stellenweise nach Art eines
der folgenden optischen Elemente ausgebildet: zusammengesetzter
parabolischer Konzentrator (compound parabolic concentrator – CPC),
zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator (compound hyperbolic
concentrator – CHC),
zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (compound elliptic concentrator – CEC).
Weiter ist es möglich,
dass der optische Konzentrator zumindest stellenweise nach Art eines
Kegel- oder Pyramidenstumpfes geformt ist, der sich zur Lichtquelle
hin verjüngt.
Weiter können
dem optischen Konzentrator zusätzliche
optische Elemente nachgeordnet sein, wie beispielsweise Projektions-
oder Sammellinsen. Diese optischen Elemente können auch integral mit dem
Konzentrator ausgebildet sein.
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Der
optische Konzentrator kann beispielsweise als Vollkörper ausgebildet
sein. Der optische Konzentrator besteht dann aus einem transparenten,
dielektrischen Material. In diesem Fall erfolgt Reflexion an den Seitenflächen des
Konzentrators aufgrund von Totalreflexionen. Der optische Konzentrator
kann dann vorzugsweise wenigstens eines der folgenden Materialien
enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen: PMMA, Polycarbonat,
PMMI, COC.
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Weiter
ist es möglich,
dass der optische Konzentrator als Hohlkörper ausgebildet ist. In diesem
Fall sind die Seitenwände
des optischen Konzentrators reflektierend ausgebildet. Das heißt, die
Innenwände
des Hohlkörpers
sind beispielsweise mit einem Metall reflektierend beschichtet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des optischen Projektionsgeräts
weist das optische Projektionsgerät eine Vielzahl von Mikrospiegeln
auf. Bevorzugt gilt für
alle Mikrospiegel das oben Beschriebene. Die Mikrospiegel sind beispielsweise
in einem rechteckigen oder quadratischen Array angeordnet.
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Im
Folgenden wird das hier beschriebene optische Projektionsgerät anhand
von Ausführungsbeispielen
und den dazugehörigen
Figuren näher
erläutert.
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1A zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
des hier beschriebenen optischen Projektionsgeräts in einer schematischen Perspektivskizze.
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1B zeigt
eine Ausschnittsvergrößerung aus 1A.
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1C zeigt
eine schematische Perspektivskizze eines Arrays von Mikrospiegeln.
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2A bis 2D zeigen
schematische Schnittdarstellungen eines Mikrospiegels.
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3 zeigt
eine schematische Perspektivskizze einer Lichtquelle wie sie im
beschriebenen optischen Projektionsgerät Verwendung finden kann.
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4A bis 4D zeigen
schematische Perspektivskizzen beispielhafter optischer Elemente,
die der Lichtquelle nachgeordnet sein können.
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In
den Ausführungsbeispielen
und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile
sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr
sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben
groß dargestellt.
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1A zeigt
eine schematische Perspektivskizze eines ersten Ausführungsbeispiels
des optischen Projektionsgeräts.
Beispielhaft ist dort ein Mikrospiegel
1 gezeigt. Der Mikrospiegel
1 ist
Teil eines Arrays
4 von Mikrospiegeln
1 (siehe
dazu auch die
1C). Die Mikrospiegel
1 bilden
zusammen ein so genanntes Digital Mirror Device (DMD). Solche DMD's sind beispielsweise
in den Druckschriften
US 5,633,755 und
US 6,323,982 beschrieben,
deren Offenbarungsgehalt, den Aufbau und die Funktion von DMD's betreffend, hiermit
durch Rückbezug
aufgenommen ist.
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Das
DMD stellt im optischen Projektionsgerät einen Lichtmodulator dar.
Das DMD wird bevorzugt homogen von einer Lichtquelle 3 ausgeleuchtet.
Das DMD moduliert das einfallende Licht indem jeder Mikrospiegel 1 des
DMD's das auf ihn
treffende Licht selektiv entweder aus dem Projektionsgerät hinaus,
beispielsweise auf einen Projektionsschirm, oder in das Projektionsgerät hinein,
beispielsweise auf einen Absorber lenkt. Jeder der Mikrospiegel 1 des
Arrays 4 weist beispielsweise eine quadratisch oder rechteckig
geformte Oberfläche auf.
Der Flächeninhalt
der Spiegeloberfläche
beträgt
bevorzugt zwischen 12 und 25 Quadrat-Mikrometer. Ein Array 4 enthält einige
hunderttausend bis hin zu einigen Millionen Mikrospiegel 1.
Jeder Mikrospiegel bildet einen Bildpunkt (Pixel) des projizierten
Bildes ab.
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Der
Mikrospiegel 1 ist um eine Achse 2, die als Mittelachse
durch den Mikrospiegel 1 verläuft, in zwei Richtungen kippbar.
In der Ausschnittsvergrößerung der 1B ist
gezeigt, dass das Licht 22 der Lichtquelle 3 in
Richtung y orthogonal zur Kippachse 2 mit einem Öffnungswinkel ϕ2
auf die Oberfläche
des Mikrospiegels 1 trifft. Das heißt, Licht trifft in dieser
Richtung mit einem maximalen Winkel ϕ2 zur Oberflächennormalen 5 des Mikrospiegels
auf den Mikrospiegel 1 auf (beachte dazu die Hilfslinie
in 1B).
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In
Richtung x, längs
der Kippachse 2, trifft das Licht 11 mit einem Öffnungswinkel ϕ1
zur Oberflächennormalen 5 auf
den Mikrospiegel 1. Bevorzugt ist ϕ1 größer als ϕ2
gewählt.
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Wie
in 1A skizzenhaft angedeutet, erscheint die Lichtquelle 3 vom
Mikrospiegel aus gesehen daher in Richtung x, längs der Kippachse, gestreckt.
Auf diese Weise ist mehr Leuchtfläche einer Lichtquelle darstellbar.
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Gegenüber einer
symmetrischen Ausleuchtung des Mikrospiegels – das heißt, wenn ϕ1 gleich ϕ2
ist – kann
daher mehr Leuchtfläche
der Lichtquelle 3 durch den Mikrospiegel abgebildet werden.
Auf diese Weise lässt
sich das Etendue des Systems steigern. Das Etendue ist eine Erhaltungsgröße der geometrischen
Optik und bezeichnet im Wesentlichen das Produkt aus Fläche und
Raumwinkelbereich aus dem die Fläche
Licht aufnimmt. Die Etendue-Steigerung errechnet sich zu E1/E2 ≈ sin(ϕ1)/sin(ϕ2).
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Das
heißt,
für einen
Winkel ϕ2 gleich zwölf
Grad ergibt sich für
Winkel ϕ1 einen Effizienzsteigerung nach der folgenden
Tabelle:
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Das
heißt,
für einen Öffnungswinkel
längs der
Kippachse von ϕ1 gleich 30 Grad ist das Etendue um das
2,4fache verglichen mit einem Öffnungswinkel
von ϕ1 gleich zwölf
Grad gesteigert. Das bedeutet, die nutzbare Lichtmenge aus dem System
kann um diesen Faktor gesteigert werden.
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2A zeigt
einen Mikrospiegel 1 in der Schnittdarstellung. Der Schnitt
verläuft
dabei orthogonal zur Kippachse 2, also in Richtung y. Die 2A zeigt
den Spiegel 1 in ungekippter Stellung.
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2B zeigt
eine Schnittdarstellung durch den Mikrospiegel 1 in Richtung
x also längs
zur Kippachse 2.
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2C zeigt
den Mikrospiegel 1 in on-Stellung in einer Schnittdarstellung
in y-Richtung. Das heißt, das
auf den Mikrospiegel 1 treffende Licht 22 wird
reflektiert und tritt durch eine Strahlungsaustrittsöffnung des optischen
Projektionsgeräts
auf eine Projektionsfläche 7.
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2D zeigt
den Mikrospiegel 1 in off-Stellung, bei der die reflektierte
Strahlung im Inneren des Projektionsgeräts verbleibt und beispielsweise
auf einen Absorber 8 trifft.
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Der
Kippwinkel des Mikrospiegels 1 ist vorzugsweise gleich
dem Öffnungswinkel ϕ2
in Richtung y, orthogonal zur Kippachse 2. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass in on-Stellung im Wesentlichen das gesamte reflektierte
Licht 23 den Projektor verlässt und in off-Stellung im
Wesentlichen das gesamte reflektierte Licht 23 im Projektionsgerät verbleibt.
Da die beschriebene Korrelation von Kippwinkel und Öffnungswinkel ϕ2
nur in Richtung orthogonal zur Kippachse 2 erfüllt sein
muss, kann, wie oben beschrieben, der Öffnungswinkel ϕ1 in
Richtung längs
der Kippachse vorteilhaft größer ϕ2
gewählt
werden.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Lichtquelle 3, wie sie zur Ausleuchtung der Mikrospiegel 1 bevorzugt
Verwendung findet. Die Lichtquelle weist zur Lichterzeugung wenigstens
einen Leuchtdiodenchip 31 auf. Bevorzugt weist die Lichtquelle
wenigstens vier Leuchtdiodenchips 31 auf. Dabei kann es
sich um Leuchtdiodenchips handeln, die geeignet sind, Licht im grünen, roten
und blauen Spektralbereich abzustrahlen, sodass sich das von den
Leuchtdiodenchips 31 erzeugte Licht zu weißem Licht
mischt. Es ist aber auch möglich,
dass das optische Projektionsgerät
Lichtquellen aufweist, die jede für sich jeweils nur Licht einer
bestimmten Farbe also rotes, blaues oder grünes Licht erzeugen.
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Bei
den Leuchtdiodenchips 31 handelt es sich bevorzugt um Leuchtdiodenchips
in Dünnfilmbauweise. Ein
Dünnfilm-Leuchtdiodenchip
kann sich insbesondere durch folgende Merkmale auszeichnen:
- – An
einer zu einem Trägerelement
hingewandten ersten Hauptfläche
einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtfolge ist eine reflektierende
Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der
in der Epitaxieschichtfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung
in diese zurück
reflektiert. Bei der reflektierenden Schicht handelt es sich beispielsweise
um einen Bragg-Spiegel. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen
Metallspiegel, der beispielsweise durch eine dünne Schicht gebildet ist, die
wenigstens ein Material der Gruppe enthält, die Silber, Gold, Gold-Germanium, Aluminium
und Platin umfasst.
- – Die
Epitaxieschichtfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger,
insbesondere im Bereich von 10 μm
auf. Die Epitaxieschichtfolge enthält zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung beispielsweise einen pn-Übergang,
einen einzelnen Quantentopf oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Beschreibung
jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung
ihrer Energiezustände
erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur
keine Angabe über
die Dimensionalität
der Quantisierung. Sie umfasst somit unter Anderem Quantentröge, Quantendrähte und
Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
- – Die
Epitaxieschichtfolge enthält
mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die
eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer
annähernd
ergodischen Verteilung des Lichts in der epitaktischen Epitaxieschichtfolge
führt,
d. h. sie weist ein möglichst
ergodisch-stochastisches Streuverhalten auf.
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Besonders
vorteilhaft ergibt sich, dass das Trägerelement verglichen mit einem
Aufwachssubstrat relativ frei gewählt werden kann. So kann der
Träger
hinsichtlich mancher Eigenschaften, wie etwa elektrischer und/oder
thermischer Leitfähigkeit
oder Stabilität,
für das
Bauteil besser geeignet sein als verfügbare Aufwachssubstrate, die
zur Herstellung hochwertiger, epitaktisch gewachsener Schichtfolgen
engen Einschränkungen
unterliegen. So muss, um hochwertige epitaktische Schichten zu erhalten,
das epitaktisch abgeschiedene Material beispielsweise gitterangepasst
zum Aufwachssubstrat sein.
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Ein
Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips
ist beispielsweise in Schnitzer I. et al., "30% external quantum efficiency from
surface textured LEDs",
Appl. Phys. Lett., Okt 1993, Bd. 63, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Die
Leuchtdiodenchips 31 sind beispielsweise in einem Gehäuse 32 angeordnet.
Das Gehäuse 32 besteht
zum Beispiel aus einem keramischen Material. Das Gehäuse 32 kann
dann wenigstens eines der folgenden Materialien enthalten: Aluminiumnitrid,
Aluminiumoxid, Glaskeramik, Glas, Metall. Das Gehäuse 32 weist Durchkontaktierungen
auf, über
die die Leuchtdiodenchips 31 mit den Leiterbahnen 33 verbunden
sind. Den Leuchtdiodenchips 31 sind ferner zum Schutz gegen Überspannungen
wie beispielsweise ESD-Spannungspulsen (ESD – Electro static discharge)
Bauelemente 33 wie beispielsweise Varistoren, Kondensatoren,
Zener-Dioden oder Leuchtdioden parallel bzw. anti-parallel geschaltet. Über einen
Gegenstecker 35 kann die Lichtquelle 3 von außen elektrisch
kontaktiert werden. Sämtliche
beschriebenen Bauelemente sind auf einen Träger 36 angeordnet,
der beispielsweise durch eine Metallkernplatine gebildet ist.
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Die 4A bis 4D zeigen
optische Elemente die der Lichtquelle 3, insbesondere den
Leuchtdiodenchips 31, nachgeordnet sind. Die optischen
Elemente sind beispielsweise direkt auf das Gehäuse 32 oder den Träger 36 gesetzt
und dort befestigt. Bei den dargestellten optischen Elementen handelt
es sich um optische Konzentratoren, die sich zur Lichtquelle 3,
das heißt
den Leuchtdiodenchips 31, hin verjüngen. Solche optischen Konzentratoren
sind besonders gut geeignet, Strahlkegel zu formen, bei denen Licht
in unterschiedliche Richtungen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln
auf die Mikrospiegeloberfläche
auftrifft.
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4A zeigt
beispielsweise einen optischen Konzentrator, der als Vollkörper ausgebildet
ist. Bevorzugt enthält
der optische Konzentrator ein transparentes dielektrisches Material
mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,4.
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Die
Reflexion an den Seitenflächen 43a, 43b des
optischen Konzentrators erfolgt dann mittels Totalreflexion. Mögliche Materialien
für den
Konzentrator 40 sind beispielsweise PMMA, PMMI, COC, Polycarbonat. In
Richtung der beiden Hauptachsen 41 und 42, die
beispielsweise in der Ebene der Lichtaustrittsöffnung des Konzentrators 40 liegen,
ist der Konzentrator 40 unterschiedlich ausgestaltet.
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Beispielsweise
ist der Konzentrator in Richtung der Achse 41 breiter als
in Richtung der Achse 42. Auch können die Seitenflächen 43a,
die im Wesentlichen parallel zur Achse 41 verlaufen, anders
geformt sein als die Seitenflächen 43b,
die im Wesentlichen parallel zur Achse 42 verlaufen.
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Der
Konzentrator 40 wird beispielsweise derart relativ zum
Array 4 der Mikrospiegel 1 angeordnet, dass die
Achse 41 parallel zur x-Achse, das heißt parallel zur Kippachse 2 der
Mikrospiegel 1 verläuft.
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Durch
die unterschiedliche Ausgestaltung des Konzentrators 40 in
Richtung der beiden Hauptachsen 41 und 42 ist
erreicht, dass der Mikrospiegel, wie bereits in Verbindung mit 1A bis 1C beschrieben, unsymmetrisch
ausgeleuchtet wird.
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Der
in 4A dargestellte Konzentrator kann beispielsweise
einer Vielzahl (zum Beispiel vier) von Leuchtdiodenchips 31 nachgeordnet
sein. Es ist aber auch möglich,
dass wie in 4B gezeigt, jedem Leuchtdiodenchip 31 genau
ein optischer Konzentrator nachgeordnet ist. Weiter kann die Lichtaustrittsfläche 44 des optischen
Konzentrators als optisches Element, beispielsweise als Linse, ausgebildet
sein (siehe dazu auch 4B).
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4C zeigt
einen optischen Konzentrator 40, der als Hohlkörper ausgebildet
ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
der 4A und 4B erfolgt
Reflexion an den Seitenflächen 43a, 43b hier
nicht durch Totalreflexion, sondern die Innenwände des Hohlkörpers sind
beispielsweise mittels eines Metalls reflektierend beschichtet.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 4D zeigt ein optisches Element, bei dem jedem
Leuchtdiodenchip 31 genau ein Konzentrator 40 nachgeordnet
ist, wohingegen beim Ausführungsbeispiel
der 4C ein Konzentrator einer Vielzahl von Leuchtdiodenchips
nachgeordnet ist.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selber
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen
angegeben ist.
