DE102008029788A1 - Projection system has two tilting mirror matrixes and imaging lens, which projects former tilting mirror matrix onto latter tilting mirror matrix, where each tilting mirror matrix has multiple tilting mirrors - Google Patents
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Abstract
Description
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionssystem gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Projektionssystem ist
beispielsweise aus der
Bei einem solchen Projektionssystem wird durch die optische Hintereinanderschaltung zweier Kippspiegelmatrizen der Vorteil erreicht, daß der Schwarzlichtpegel im projizierten Bild (also die Resthelligkeit eines an sich schwarzen Bildpunktes) im Vergleich zu Projektionssystemen mit nur einer einzigen Kippspiegelmatrix deutlich verringert werden kann.at Such a projection system is characterized by the optical series connection two tilting mirror matrices achieved the advantage that the Black light level in the projected image (ie the residual brightness a per se black pixel) in comparison to projection systems be significantly reduced with only a single tilting mirror matrix can.
Jedoch ist es sehr schwierig, die Abbildung der ersten Kippspiegelmatrix auf die zweite Kippspiegelmatrix mittels der Abbildungsoptik in hoher Qualität durchzuführen. Dies liegt insbesondere daran, daß bei Kippspiegelmatrizen die Strahlenbündel des reflektieren Lichtes, das zur Bilderzeugung verwendet wird, nicht senkrecht zur Modulatorfläche verläuft, sondern unter einem durch die Kippstellung der Kippspiegel vorgegebenen Winkel. Auch ein kompakter optischer Aufbau wird dadurch erschwert.however it is very difficult to image the first tilting mirror matrix to the second tilting mirror matrix by means of the imaging optics in FIG high quality. This is especially true the fact that with tilting mirror matrices the beams the reflected light used for imaging, not perpendicular to the modulator surface, but under a predetermined by the tilting of the tilting mirror Angle. Even a compact optical design is made more difficult.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, das Projektionssystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein kompakter optischer Aufbau bei gleichzeitig guter Abbildungsqualität realisiert werden kann.outgoing It is an object of the invention, the projection system of educate the aforementioned type so that a compact optical design with good image quality can be realized.
Die Aufgabe wird beim Projektionssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abbildungsoptik eine erste Linse, die als Plankonvex-Linse ausgebildet ist, und eine zweite Linse, die als rückseitenverspiegelte Linse ausgebildet ist, umfaßt, wobei die konvexe Seite der ersten Linse als asphärische Fläche ausgebildet ist, die genau eine Spiegelsymmetrieebene aufweist, die gegenüber der Planseite der ersten Linse gekippt ist.The Task is the projection system of the type mentioned by solved that the imaging optics a first lens, which is designed as a plano-convex lens, and a second lens, which is designed as a back-side mirrored lens comprises, the convex side of the first lens being aspherical Surface is formed, which is exactly one mirror symmetry plane has, which is tilted relative to the plan side of the first lens is.
Durch diese Ausbildung der Abbildungsoptik ist es möglich, die Abbildungsfehler der Abbildungsoptik bei gleichzeitiger Verringerung der Anzahl der Elemente der Abbildungsoptik zu minimieren.By This training of imaging optics, it is possible, the Aberration of the imaging optics with simultaneous reduction to minimize the number of elements of the imaging optics.
Insbesondere kann die Abbildungsoptik nur die Plankonvex-Linse und die rückseitenverspiegelte Linse aufweisen.Especially the imaging optics can only use the plano-convex lens and the back mirrored Have lens.
Die rückseitenverspiegelte Linse weist bevorzugt nur sphärische Grenzflächen auf.The Rear-side mirrored lens preferably has only spherical Interfaces on.
Beim erfindungsgemäßen Projektionssystem kann die Abbildungsoptik eine Aperturblende aufweisen, die mit der Normalen der Modulatorfläche der ersten Kippspiegelmatrix ohne etwaige Strahlengangfaltung einen Winkel von ungleich 90° einschließt.At the Projection system according to the invention, the imaging optics have an aperture stop with the normal of the modulator surface the first Kippspiegelmatrix without any beam path folding a Angle of not equal to 90 °.
Durch die gekippte Anordnung der Aperturblende kann die Abbildungsoptik so ausgebildet werden, daß die Abbildungsfehler minimiert werden können.By the tilted arrangement of the aperture stop can be the imaging optics be formed so that the aberrations minimized can be.
Unter Strahlengangfaltungen werden hier alle Strahlengangfaltungen verstanden, die keine abbildende Eigenschaft aufweisen. Es handelt sich damit also um Strahlengangfaltungen an ebenen Flächen. Diese dienen zur Erhöhung der Kompaktheit der Vorrichtung, haben aber keinen Einfluß auf die Abbildungsgüte der Abbildungsoptik, so daß die Kippung der Aperturblende auf die Modulatorfläche ohne etwaige Strahlengangfaltungen bezogen ist.Under Beam path convolutions are understood here as all optical path convolutions, which have no imaging property. It's about it ie around optical path folds on flat surfaces. These serve to increase the compactness of the device, but have no influence on the imaging quality of the imaging optics, so that the tilting of the aperture diaphragm on the Modulatorfläche is related without any ray path folds.
Beim erfindungsgemäßen Projektionssystem kann die Modulatorfläche der ersten Kippspiegelmatrix in einer Modulatorebene und die Modulatorfläche der zweiten Kippspiegelmatrix in der Modulatorebene oder einer dazu parallelen Ebene angeordnet sein und kann zwischen den Kippspiegelmatrizen einerseits und der Abbildungsoptik andererseits eine Umlenkoptik angeordnet sein, die den Strahlengang zwischen der Abbildungsoptik und der jeweiligen Kippspiegelmatrix zumindest einmal faltet.At the Projection system according to the invention, the modulator surface the first tilting mirror matrix in a modulator plane and the modulator surface the second tilting mirror matrix in the modulator plane or one to be arranged parallel plane and can be between the tilting mirror matrices on the one hand and the imaging optics on the other hand, a deflection optics be arranged, which the beam path between the imaging optics and the respective tilting mirror matrix folds at least once.
Mit dieser Umlenkoptik kann eine kompakte Ausbildung des Projektionssystems sichergestellt werden. Insbesondere besteht genügend Platz für die notwendige Ansteuerelektronik der Kippspiegelmatrizen, so daß die Ansteuerelektroniken nicht in den Bereich der Abbildungsoptiken, der für die Abbildung benötigt wird, hineinstehen.With This deflection optics can be a compact design of the projection system be ensured. In particular, there is enough space for the necessary control electronics of the tilting mirror matrices, so that the control electronics are not in the range of Imaging optics needed for the picture will, stand in it.
Das erfindungsgemäße Projektionssystem kann ein Beleuchtungsmodul aufweisen, das die erste Kippspiegelmatrix so mit Licht beleuchtet, daß die Lichtbeaufschlagung senkrecht zur Modulatorfläche der ersten Kippspiegelmatrix erfolgt, und kann die Abbildungsoptik das von den sich in der ersten Kippstellung befindenden Kippspiegeln der ersten Kippspiegelmatrix reflektierte Licht unter einem solchen Winkel auf die zweite Kippspiegelmatrix abbilden, daß das von den sich in der ersten Kippstellung befindenden Kippspiegeln der zweiten Kippspiegelmatrix reflektierte Licht senkrecht zur Modulatorfläche der zweiten Kippspiegelmatrix verläuft.The projection system according to the invention may comprise a lighting module which illuminates the first tilting mirror matrix with light such that the application of light perpendicular to the modulator surface of the ers The tilting mirror matrix is implemented, and the imaging optics can image the light reflected by the tilting mirrors of the first tilting mirror matrix in the first tilting position onto the second tilting mirror matrix at such an angle that the light reflected by the tilting mirrors of the second tilting mirror matrix in the first tilting position is perpendicular extends to the modulator surface of the second tilting mirror matrix.
Damit werden die durch die Kippstellungen vorgegebenen Winkel optimal ausgenutzt. Insbesondere ist die Abbildungsoptik leichter zu justieren. Auch kann eine der zweiten Kippspiegelmatrix nachgeordnete Projektionsoptik leichter justiert werden, da das von den sich in der erste Kippstellung befindenden Kippspiegeln reflektierte Licht senkrecht zur Modulatorfläche der zweiten Kippspiegelmatrix verläuft.In order to The given by the tilt positions angle are optimal exploited. In particular, the imaging optics are easier to adjust. Also, one of the second tilting mirror matrix downstream projection optics easier to adjust as that of the in the first tilt position tilting mirrors reflected light perpendicular to the modulator the second tilting mirror matrix runs.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Projektionssystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.further developments of the projection system according to the invention are specified in the dependent claims.
Die Abbildungsoptik kann insbesondere als 1:1 Abbildungsoptik ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch als vergrößernde oder verkleinernde Abbildungsoptik ausgebildet sein.The Imaging optics can be designed in particular as a 1: 1 imaging optics be. However, it can also be called magnifying or be designed reducing imaging optics.
Das erfindungsgemäße Projektionssystem kann insbesondere als Projektor für Anwendungen in einem Planetarium so ausgebildet sein, daß das zu projizierende Bild auf eine gekrümmte Projektionsfläche projiziert wird. Die gekrümmte Projektionsfläche kann Teil einer Planetariumskuppel sein. Bei dieser Ausbildung erfolgt die Projektion in der Regel im Dunklen, so daß die erreichte Schwarzpegelreduzierung eine deutliche Bildverbesserung mit sich bringt.The In particular, the projection system according to the invention can designed as a projector for applications in a planetarium be that the image to be projected on a curved Projection surface is projected. The curved one Projection screen can be part of a planetarium dome. In this training, the projection is usually done in the dark, so that the black level reduction achieved a significant image improvement brings with it.
Das Projektionssystem kann ferner als Projektor für die Frontprojektion oder als Projektor für die Rückprojektion ausgebildet sein. Die Projektionsfläche kann Bestandteil des Projektors sein.The Projection system can also be used as a projector for front projection or trained as a projector for the rear projection be. The projection screen can be part of the projector be.
Die Abbildungsoptik und/oder die Umlenkoptik kann für das vom Licht durchlaufenden Material ein einziges Material nutzen. So können die Linsen der Abbildungsoptik und die Umlenkprismen der Umlenkoptik aus dem gleichen Material hergestellt sein.The Imaging optics and / or the deflection optics can for the vom Light passing material use a single material. So can the lenses of the imaging optics and the deflection prisms of the deflection optics be made of the same material.
Ferner kann das Projektionssystem noch weitere, dem Fachmann bekannte Teile bzw. Module aufweisen, damit das gewünschte Bild projiziert werden kann.Further For example, the projection system can have further parts known to the person skilled in the art or modules so that the desired image is projected can be.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified Combinations, but also in other combinations or used alone are without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:following The invention is for example with reference to the accompanying Drawings which also disclose features essential to the invention, explained in more detail. Show it:
Bei
der in
Die
beiden Modulatoren
Die
Abbildungsoptik
Die
beiden Modulatoren
Der
Beleuchtungsmodulator kann so angesteuert werden, daß nur
das von den Kippspiegeln des Beleuchtungsmodulators reflektierte
Licht, die einem Kippspiegel des Bildmodulators zugeordnet sind,
der eine nicht schwarzen Bildpunkt im Bild erzeugen soll, auf den
Bildmodulator
Bevor
die in
In
Der
Kippspiegel K3 des Modulators
Im
Betrieb des Projektors
Wenn
jedoch der Kippspiegel K3 in seiner ersten Stellung S1 steht, wird
das Licht als sogenanntes Ein-Licht
Wenn
der zweite Kippspiegel K5 in seiner zweiten Kippstellung S4 steht,
wird das Licht unter einem Winkel von 48° relativ zum Lot
auf die Ebene E als Aus-Licht
In
dieser Art und Weise kann mittels der ersten Kippspiegelmatrix
Wie
den
Auf
der Oberseite
Die
Prismen
Das
Aus-Licht
Das
dritte und vierte Prisma
Mittels
dem Strahltrennmodul
Das
Strahlenmodul
Die
Abbildungsoptik
Die
Plankonvexlinse
Eine ausreichend gute Korrektur aller Bildfehler wird in der Regel erreicht, wenn die Polynomentwicklung der Fläche F2 Terme bis zur maximalen Ordnung n + m ≤ 8 enthält, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei aufgrund der Spiegelsymmetrie der Abbildung zur yz-Ebene nur solche Terme in der Entwicklung ungleich Null sind, die zu einer geraden Potenz der x-Koordinate gehören. Natürlich ist es auch möglich Terme bis zur Ordnung n + m ≤ 10 zu verwenden.A sufficiently good correction of all aberrations is usually achieved if the polynomial winding of the surface F2 has terms up to contains maximum order n + m ≤ 8, as in the present Embodiment, wherein due to the mirror symmetry the mapping to the yz-plane only such terms in development unequal Are zero belonging to an even power of the x-coordinate. Of course it is also possible terms to the order n + m ≤ 10.
Der
Glasweg des Ein-Lichtes
Die
zweite Linse
Die
Aperturblende der Abbildungsoptik
Da
ein außeraxialer Ausschnitt der durch die beiden sphärischen
Grenzflächen bestimmten Linse die Glaslinse
Die
beiden Linsen
Um
vom Ursprungspunkt des lokalen Koordinatensystems der Fläche
F2 zum Mittelpunkt der Fläche F3 zu gelangen, muß man
den Ursprungspunkt entlang der z-Richtung (als Pfeil P1 in
In gleicher Weise kann die Position des Mittelpunkts der Fläche F4 relativ zum lokalen Koordinatensystem der Fläche F2 angegeben werden. Es findet eine Verschiebung in der z-Richtung um 254,26 mm, in der y-Richtung um –107,99 mm mit einer anschließenden Verkippung um die x-Achse des lokalen Koordinatensystems der Fläche F2 um 16,7° statt.In Similarly, the position of the center of the area F4 relative to the local coordinate system of the surface F2 be specified. There is a shift in the z direction by 254.26 mm, in the y-direction by -107.99 mm with a subsequent tilting about the x-axis of the local coordinate system the area F2 is held at 16.7 °.
Durch
diese Ausbildung der Abbildungsoptik ist die Spiegelfläche
F4 und somit die Aperturblende der Abbildungsoptik
Die
Verkippung der Aperturblende läßt sich auch so
beschreiben, daß die Modulatorebene E im entfalteten Zustand
nicht parallel ist zu der Ebene, die durch die x- und y-Achse des
lokalen Koordinatensystems der Fläche F4 aufgespannt wird,
wobei der Mittelpunkt der Fläche F4 Ursprungspunkt des
lokalen Koordinatensystems ist. Somit kann mit der erfindungsgemäßen
Abbildungsoptik die erste Kippspiegelmatrix
Da die Ausdehnungen der Flächen F2–F4 aus den vorgegebenen Abmessungen des Bildfeldes (Modulatorflächen), der numerischen Apertur und den Konstruktionsdaten der optischen Elemente bestimmt wird, kann eine künstliche Vignettierung der Abbildungsoptik vermieden werden.There the expansions of the areas F2-F4 from the given Dimensions of the image field (modulator surfaces), the numerical Aperture and the design data of the optical elements determined can be an artificial vignetting of the imaging optics be avoided.
Die
verkippte Aperturblende bzw. die gekippten Pupillen der Abbildungsoptik
Bei
der bisherigen Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der
Beleuchtungsmodulator
Die
zeitsequentielle Erzeugung des unterschiedlich farbigen Beleuchtungslichtes
kann in üblicher Art und Weise durchgeführt werden,
beispielsweise mittels einem Farbrad (nicht eingezeichnet) zwischen
der Lichtquelle
Natürlich
ist es auch möglich, statt nur eines Beleuchtungsmodulators
drei Beleuchtungsmodulatoren
Die Überlagerung
und Farbtrennung kann mittels dichroitischen Schichten durchgeführt
werden. Diese Ausführungsform mit sechs Modulatoren ist
natürlich deutlich aufwendiger als die beschriebene Ausführungsform
in Verbindung mit
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