DE10212405A1 - Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus - Google Patents

Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus

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DE10212405A1
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optical system
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Tomoyuki Baba
Chikara Yamamoto
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    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
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    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0626—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using three curved mirrors
    • G02B17/0642—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements

Abstract

Ein lichtstarkes optisches Reflexionssystem vom Reflexions-Typus wird verwendet, um einen Lichtfluss mit Bildinformation unter Vergrößerung, bei gleichzeitiger günstiger Korrektur der Verzerrung, auf einen Schirm zu projizieren. Der Lichtfluss wird von einem Bildsignal über ein Lichtventil gesteuert. Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus besteht ausgehend von der Vergrößerungsseite aufeinander folgend aus einem ersten Spiegel mit positiver Brechkraft, einem zweiten Spiegel mit negativer Brechkraft und einem dritten Spiegel mit positiver Brechkraft.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus, wie es in Projektionsanzeigegeräten, in Fernsehgeräten mit Projektionselementen und dergleichen Anwendung findet.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf optische Projektionssysteme, die einen reflektierenden Spiegel als ein Element in deren optischen System verwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet der optischen Projektionssysteme, das unter anderem Projektionsanzeigegeräte und Fernsehgeräte mit Projektionselementen umfasst, sind Projektionsoptiken, die refraktive optische Systeme aus optischem Glas und solche, die refraktive optische Systeme mit einem Spiegel kombinieren, weitgehend bekannt. Die meisten der im Augenblick benutzten Projektionsoptiken sind von dieser Art.
Die Verwendung von optisch refraktiven Systemen führt jedoch unweigerlich zu Abbildungsfehlern wie chromatische Aberration, die auf den optischen Eigenschaften von Glas beruhen. Speziell bei Teleobjektiven mit großer Brennweite und bei Weitwinkelobjektiven mit kleiner Brennweite kann das Auftreten von chromatischer Längsaberration und chromatischer Aberration bei Vergrößerung zu großen Problemen führen.
Der Einbau einer asphärisch brechenden oder spiegelnden Fläche zur Verbesserung der optischen Eigenschaften kann, aufgrund der Tatsache, dass eine asphärische Fläche aus Glas gebildet wird, weitere Schwierigkeiten nach sich ziehen. Gerade bei der Herstellung einer großen asphärischen Fläche können Probleme in der Herstellung hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und der Oberflächengenauigkeit auftreten, die eine kommerzielle Anwendung selbst bei möglicher Konstruktion aussichtslos erscheinen lassen.
Ein optisches Projektionssystem ist daher bekannt (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-66105), das im wesentlichen aus Linsen (optisches refraktives System) besteht, wobei große asphärische Spiegel zum Teil dort eingebaut werden, wo große asphärische optische Flächen gebraucht werden.
Obwohl dies die Probleme hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und dergleichen, verglichen mit dem Einbau großer optischer asphärischer Linsen, verringert, bleibt das Problem der chromatischen Aberration noch immer ungelöst.
Um die bei Verwendung von optischen Linsen erzeugte chromatische Aberration zu unterbinden, ist ein aus nur drei Spiegeln bestehendes optisches Projektionssystem bekannt (Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-111458). Das optische Projektionssystem, das nur Spiegel verwendet, umfasst ausgehend von der Vergrösserungsseite aufeinanderfolgend einen Spiegel mit negativer Brechkraft, einen weiteren Spiegel mit negativer Brechkraft und einen Spiegel mit positiver Brechkraft. Das optische Projektionssystem, das nur Spiegel wie in der oben erwähnten Publikation verwendet, mag unter Umständen nicht eines der lichtstärksten optischen Systeme sein.
Um es als optisches Projektionssystem in der Praxis verwenden zu können, wird unter Umständen ein sehr helles optisches Beleuchtungssystem benötigt, was wiederum die Größe und die Kosten des optischen Beleuchtungssystems erhöht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung der schon beschriebenen Faktoren, ist es ein Anliegen der Erfindung ein lichtstarkes optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus bereitzustellen, das vorzugsweise gleichzeitig verschiedene optische Abbildungsfehler, hier seien speziell Verzerrung und chromatische Aberration erwähnt, korrigiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus bereit, das einen Lichtfluss mit Bildinformation unter Vergrößerung auf einen Schirm projiziert. Der Lichtfluss wird von einem Bildsignal über ein Lichtventil gesteuert.
Das optische Projektionssystem besteht ausgehend von der Vergrösserungsseite aufeinanderfolgend aus:
einem ersten Spiegel mit positiver Brechkraft,
einem zweiten Spiegel mit negativer Brechkraft und
einem dritten Spiegel mit positiver Brechkraft.
Vorzugsweise erfüllt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus die folgende Bedingung (1):
-1.0 < f3/f12 < -0.2 (1)
wobei f12 die Brennweite des zusammengesetzten Systems aus erstem und zweitem Spiegel und f3 die Brennweite des dritten Spiegels bezeichnen.
Vorzugsweise besteht wenigstens einer der drei Spiegel aus einer Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist.
Der erste Spiegel kann aus einer Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist, bestehen.
Jeder der drei Spiegel kann aus einer Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist, bestehen.
Alle drei Spiegel können ihre optischen Achsen in einer einzigen Ebene angeordnet haben.
Die drei Spiegel können die gleiche optische Achse aufweisen.
Das Lichtventil kann aus einer Transmissions-Flüssigkristall-Vorrichtung, aus einer Reflexions-Flüssigkristall-Vorrichtung oder aus einer digitalen Mikrospiegel-Vorrichtung (DMD: Digital Micromirror Device) bestehen.
Wie oben erwähnt, besteht das Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgehend von der Vergrösserungsseite aus einem ersten Spiegel mit positiver Brechkraft, einem zweiten Spiegel mit negativer Brechkraft und einem dritten Spiegel mit positiver Brechkraft.
Dies wirkt sich günstig hinsichtlich der Korrektur der Abbildungsfehler aus, was sich in einer Verbesserung der Korrekturen der Abbildungsfehler auswirkt.
Werden nun die Spiegel mit negativer, negativer und positiver Brechkraft ausgehend von der Vergrösserungsseite aufgebaut, wie schon oben im Stand der Technik erwähnt, wird der größte Anteil der Brechkraft auf den letzten Spiegel gelegt (der sich am nächsten zur Anzeige befindet), der als einziger eine positive Brechkraft hinsichtlich der Brechkraftverteilung aufweist, wodurch es schwierig ist ein lichtstarkes optisches System zu erhalten.
Werden hingegen die Spiegel mit positiver, negativer und positiver Brechkraft ausgehend von der Vergrösserungsseite, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, angeordnet, kann der Anteil der positiven Brechkraft auf den vordersten und auf den letzten Spiegel aufgeteilt werden (am nächsten zur Anzeige), was vorteilhaft hinsichtlich der Verzerrungskorrektur ist, wobei gleichzeitig ein lichtstarkes optisches System erhalten wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 Schnittansicht zeigt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der Erfindung
Fig. 2 Schnittansicht zeigt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 2 der Erfindung
Fig. 3 Schnittansicht zeigt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 3 der Erfindung
Fig. 4 Schnittansicht zeigt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 4 der Erfindung
Fig. 5 Schnittansicht zeigt das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 5 der Erfindung
Fig. 6A und 6B Schematische Ansichten zur Erklärung einer Verzerrungskorrekturwirkung in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 7A bis 7E Schematische Ansichten, die besonders die Verzerrungskorrekturwirkung (gestrichelte Linien) in den Beispielen 1-5 zeigen
Fig. 8 ist eine Darstellung der seitlichen Aberration in einem Verzerrungsdiagramm eines optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der Erfindung
Fig. 9 ist eine Darstellung der seitlichen Aberration in einem Verzerrungsdiagramm eines optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 2 der Erfindung
Fig. 10 ist eine Darstellung der seitlichen Aberration in einem Verzerrungsdiagramm eines optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 3 der Erfindung
Fig. 11 ist eine Darstellung der seitlichen Aberration in einem Verzerrungsdiagramm eines optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 4 der Erfindung
Fig. 12 ist eine Darstellung der seitlichen Aberration in einem Verzerrungsdiagramm eines optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 5 der Erfindung
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Im folgenden wird eine Ausführung der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des optischen Projektionssystems vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 1 als ein typisches Beispiel einer Ausführung der Erfindung.
Die folgenden numerischen Daten wurden bei einer Normierung der Brennweite des Gesamtsystems auf 1 erhalten.
Wie in Fig. 1 gezeigt, projiziert das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit dieser Ausführung der Erfindung einen Lichtfluss, der die Bildinformation von dem vom Bildsignal trägt und vom Lichtventil 12 gesteuert wird, unter Vergrößerung auf einen Schirm (nicht abgebildet).
Ausgehend von der Vergrösserungsseite, besteht das optische System aufeinanderfolgend aus einem ersten Spiegel 15 (konkav) mit positiver Brechkraft, einem zweiten Spiegel 14 (konvex) mit negativer Brechkraft und einem dritten Spiegel (konkav) mit positiver Brechkraft. Ein Stopp-Element 16 wird zwischen dem zweiten Spiegel 14 und dem ersten Spiegel 13 angeordnet (obwohl ein Stopp-Element nicht immer notwendig ist).
Dieses optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus genügt der folgenden Bedingung (1):
-1.0 < f3/f12 < -0.2 (1)
wobei f12 die Gesamtbrennweite des ersten und zweiten Spiegels 15, 14 und f3 die Brennweite des dritten Spiegels 13 bezeichnen.
Bedingung (1) definiert die Voraussetzung, die es ermöglicht, die Spiegel leichter anzuordnen mit gleichzeitiger verbesserter Abbildungsfehlerkorrektur.
Falls die untere Grenze des Bereichs unterschritten wird, ist die Brennweite des dritten Spiegels 13 zu groß, wodurch die Abbildungsfehler schwer zu korrigieren sind. Bei Überschreiten der oberen Grenze ist hingegen die Brennweite des dritten Spiegels zu kurz, wodurch der Abstand zwischen der Bildposition auf der Verkleinerungsseite und dem dritten Spiegel 13 verkleinert wird, was eine den Lichtfluss nicht behindernde Anordnung der Spiegel erschwert.
In der optischen Projektionsanordnung vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel kann wenigstens einer der drei Spiegel 13, 14, 15 eine Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist, annehmen.
Falls die durch die Spiegel verursachte Behinderung des Lichtflusses in Betracht gezogen werden soll, ist es zum Beispiel notwendig die Spiegel so ähnlich wie Weitwinkelobjektive in einem optischen Linsensystem, oder Spiegel mit einem hohen Maß an Exzentrizität zu konstruieren.
Besonders hierbei kann es jedoch zu einer Verschlechterung der Abbildungsverzerrung (durchgezogene Linie in Fig. 6A, wo die Abbildung ohne Abbildungsverzerrung mit einer gestrichelten Linie angedeutet wird) kommen.
Deswegen wird in der optischen Projektionsanordnung vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel wenigsten ein Spiegel aus einer Freiformfläche bestehen, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist, wodurch die Abbildungsfehlerkorrektur erleichtert wird (siehe Fig. 6B).
Bei der Verwendung eines einzigen Spiegels mit Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist, mag es am vorteilhaftesten sein, wenn die Fläche des ersten Spiegels 15 als Freiformfläche gewählt wird.
Da eine Freiformfläche rotations-asymmetrisch ist, wird es schwierig die wirkliche im Herstellungsprozess produzierte Spiegelfläche auszumessen und beim Aufbau des optischen Systems anzuordnen.
Daher ist es hinsichtlich der Herstellung vorteilhaft die Anzahl der Spiegel mit Freiformfläche klein zu halten.
Weiter ist es wünschenswert, wenn nur der erste Spiegel 15, der der wirkungsvollste in der Verzerrungskorrektur ist, eine Freiformfläche annimmt, wodurch die Verzerrung bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten positiv korrigiert werden kann.
Wenn ein jeder der Spiegel 13, 14, 15 eine Freiformfläche, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse annimmt, kann natürlich die beste optische Leistung erreicht werden.
Wenn die drei Spiegel 13, 14, 15 nicht koaxiale, aber exzentrische Systeme bilden, kann die durch die Spiegel verursachte Behinderung des Lichtflusses ohne Verwendung eines paraxial optischen Weitwinkelsystems reduziert werden.
Andererseits ist es aus herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten vorteilhaft die Spiegel 13, 14, 15 so anzuordnen, dass ihre optischen Achsen in der gleichen Ebene liegen, da die Spiegel wenigstens eine Symmetrie innerhalb der vorbestimmten Ebene aufweisen.
Dies wird umso vorteilhafter, wenn alle optischen Achsen der Spiegel 13, 14, 15 koaxial angeordnet werden.
Im folgenden werden die Beispiele 1 bis 5 mit Verweis auf die spezifischen numerischen Werte erklärt.
BEISPIEL 1
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der Erfindung ist wie oben beschrieben gestaltet und wird in Fig. 1 gezeigt. Im optischen System des Beispiels 1 nimmt jede der drei Spiegelflächen eine asphärische Fläche an, die einen Spezialfall der Freiformfläche darstellt (einschliesslich der zusätzlichen Bedingung für asphärische Flächen):
Wobei
z ist die Entfernung von der Linsenfläche entlang der optischen Achse Z
ρ ist die Entfernung in der XY-Ebene senkrecht zu der optischen Achse Z
K ist die Exzentrizität
A2i ist der asphärische Flächenkoeffizient
Cij ist der Freiformflächenkoeffizient
Weiterhin zeigt jede einzelne Spiegelfläche einen Anteil von Exzentrizität in Y-Achsenrichtung im Hinblick auf die optische Achse.
Der obere Teil der nun folgenden Tabelle 1 zeigt den Radius R der Krümmung ein jeder optischen Fläche (Schirm-, Spiegel-, Stopp-Element-, Bildanzeigesystemfläche) und den jeweiligen gegenseitigen Abstand D der aufeinanderfolgenden optischen Flächen.
Der mittlere Teil der Tabelle 1 zeigt nur die asphärischen Flächenkoeffizienten in der oben erwähnten Freiformflächengleichung, wobei der untere Teil der Tabelle 1 den Anteil der Exzentrizität ein jeder Spiegelfläche zeigt.
Die Zahlen in der Tabelle 1 und in den folgenden Tabellen 2 bis 5 beziehen sich auf jeden Parameter ausgehend von der Vergrösserungsseite.
Der Wert entsprechend der Bedingung (1) des optischen Systems aus Beispiel 1 ist -0.98, was die Bedingung (1) erfüllt.
Fig. 7A zeigt die Verzerrung betreffend Beispiel 1 (durchgezogene Linien, wohingegen die gestrichelten Linien das Bild erhalten ohne Verzerrung, das gleiche in den Fig. 7B bis 7E).
Fig. 8 zeigt die seitliche Aberration betreffend Beispiel 1 (jede Abszisse markiert die Positionen in der ZY Ebene, wohingegen jede Ordinate das Maß der Verzerrung markiert, für den Fall wo die Brennweite des Gesamtsystems auf 1 normiert ist).
Die Diagramme auf der linken Seite von Fig. 8 zeigen die seitliche Aberration in der XY Ebene und die Diagramme auf der rechten Seite von Fig. 8 zeigen die seitliche Aberration in der ZX Ebene. Die Koordinaten auf der linken Seite von jedem Diagramm markieren eine Koordinatenposition in der XY Ebene auf der Verkleinerungsseite (dito in Fig. 9-12 im folgenden). Jede dieser Verzerrungsdiagramme zeigt deutlich, dass die seitliche Aberration in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 1 verringert wurde.
BEISPIEL 2
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 2 der Erfindung wird nun mit Verweis auf Fig. 2 erklärt. In dem optischen System von Beispiel 2 nimmt nur der erste Spiegel 15 eine Freiformfläche (einschließlich asphärischer Fläche) an, gegeben durch obigen Freiformflächenausdruck (einschließlich dem asphärischen Flächenausdruck).
Spiegel 13 und Spiegel 14 nehmen hingegen eine asphärische Fläche an. Weiterhin zeigt jede einzelne Spiegelfläche einen Anteil von Exzentrizität im Hinblick auf die optische Achse aufgrund einer Abweichung in Y-Achsenrichtung.
Der obere Teil der nun folgenden Tabelle 2 zeigt den Radius R der Krümmung ein jeder optischen Fläche (Schirm-, Spiegel-, Stopp-Element-, Bildanzeigesystemfläche) und den jeweiligen gegenseitigen Abstand D der aufeinanderfolgenden optischen Flächen in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 2.
Der mittlere Teil der Tabelle 2 zeigt die Freiflächenkoeffizienten der oben erwähnten Freiformfläche (einschließlich der Koeffizienten der asphärischen Fläche) in der oben erwähnten Freiflächengleichung, wobei der untere Teil der Tabelle 2 den Anteil von Exzentrizität ein jeder Spiegelfläche zeigt.
Der Wert entsprechend der Bedingung (1) des optischen Systems aus Beispiel 2 ist -0.98, was die Bedingung (1) erfüllt.
Fig. 7B zeigt die Verzerrung betreffend Beispiel 2.
Fig. 9 zeigt die seitliche Aberration betreffend Beispiel 2 (jede Abszisse markiert die Positionen in der XY Ebene, wohingegen jede Ordinate das Maß der Verzerrung markiert, für den Fall wo die Brennweite des Gesamtsystems auf 1 normiert, dasselbe gilt für die nun folgenden ähnlichen Diagramme).
Jedes dieser Verzerrungsdiagramme zeigt deutlich, dass die seitliche Aberration in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 2 verringert wurde.
BEISPIEL 3
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 3 der Erfindung wird nun mit Verweis auf Fig. 3 erklärt. In dem optischen System von Beispiel 3 nimmt jeder der Spiegel eine Freiformfläche (einschließlich asphärischer Fläche) an, gegeben durch obigen Freiformflächenausdruck (einschließlich dem asphärischen Flächenausdruck). Weiterhin zeigt jede einzelne Spiegelfläche einen Anteil von Exzentrizität im Hinblick auf die optische Achse aufgrund einer Abweichung in Y-Achsenrichtung.
Der obere Teil der nun folgenden Tabelle 3 zeigt den Radius R der Krümmung ein jeder optischen Fläche (Schirm-, Spiegel-, Stopp-Element-, Bildanzeigesystemfläche) und den jeweiligen gegenseitigen Abstand D der aufeinanderfolgenden optischen Flächen in Übereinstimmung mit Beispiel 3.
Der mittlere Teil der Tabelle 3 zeigt die Freiflächenkoeffizienten der oben erwähnten Freiformfläche (einschließlich Koeffizienten der asphärischen Fläche) in der oben erwähnten Freiflächengleichung, wobei der untere Teil der Tabelle 3 den Anteil von Exzentrizität ein jeder Spiegelfläche zeigt. Der Wert entsprechend der Bedingung (1) des optischen Systems aus Beispiel 3 ist -0.57, was die Bedingung (1) erfüllt.
Fig. 7C zeigt die Verzerrung betreffend Beispiel 3.
Fig. 10 zeigt die seitliche Aberration betreffend Beispiel 3 (jede Abszisse markiert die Positionen in der XY Ebene, wohingegen jede Ordinate das Maß der Verzerrung markiert, für den Fall wo die Brennweite des Gesamtsystems auf 1 normiert).
Jede dieser Verzerrungsdiagramme zeigt deutlich, dass die seitliche Aberration in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 3 verringert wurde.
BEISPIEL 4
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 4 der Erfindung wird nun mit Verweis auf Fig. 4 erklärt. In dem optischen System von Beispiel 4 nimmt jeder der Spiegel eine Freiformfläche (einschließlich asphärischer Fläche) an, gegeben durch obigen Freiformflächenausdruck (einschließlich dem asphärischen Flächenausdruck). Weiterhin zeigt die Bildanzeigefläche einen Anteil von Exzentrizität im Hinblick auf die optische Achse aufgrund einer Abweichung in Y-Achsenrichtung und einer Neigung der X-Achse (Rotation der ZY Ebene um die X-Achse).
Der obere Teil der nun folgenden Tabelle 4 zeigt den Radius R der Krümmung ein jeder optischen Fläche (Schirm-, Spiegel-, Stopp-Element-, Bildanzeigesystemfläche) und den jeweiligen gegenseitigen Abstand D der aufeinanderfolgenden optischen Flächen in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 4.
Der mittlere Teil der Tabelle 4 zeigt die Freiflächenkoeffizienten der oben erwähnten Freiformfläche (einschließlich Koeffizienten der asphärischen Fläche) in der oben erwähnten Freiflächengleichung, wobei der untere Teil der Tabelle 4 den Anteil von Exzentrizität der Bildanzeigefläche zeigt. Der Wert entsprechend der Bedingung (1) des optischen Systems aus Beispiel 4 ist -0.63, was die Bedingung (1) erfüllt.
Fig. 7D zeigt die Verzerrung betreffend Beispiel 4.
Fig. 11 zeigt die seitliche Aberration betreffend Beispiel 4.
Jede dieser Verzerrungsdiagramme zeigt deutlich, dass die seitliche Aberration in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 4 verringert wurde.
BEISPIEL 5
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 5 der Erfindung wird nun mit Verweis auf Fig. 5 erklärt. In dem optischen System von Beispiel 3 nimmt jeder der Spiegel eine Freiformfläche (einschließlich asphärischer Fläche) an, gegeben durch obigen Freiformflächenausdruck (einschließlich dem asphärischen Flächenausdruck). Weiterhin zeigt jede einzelne Spiegelfläche einen Anteil von Exzentrizität im Hinblick auf die optische Achse aufgrund einer Abweichung in Y-Achsenrichtung.
Der obere Teil der nun folgenden Tabelle 3 zeigt den Radius R der Krümmung ein jeder optischen Fläche (Schirm-, Spiegel-, Stopp-Element-, Bildanzeigesystemfläche) und den jeweiligen gegenseitigen Abstand D der aufeinanderfolgenden optischen Flächen in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 5.
Der mittlere Teil der Tabelle 3 zeigt die Freiflächenkoeffizienten der oben erwähnten Freiformfläche (einschließlich Koeffizienten der asphärischen Fläche) in der oben erwähnten Freiflächengleichung, wobei der untere Teil der Tabelle 5 den Anteil von Exzentrizität ein jeder Spiegelfläche zeigt. Der Wert entsprechend der Bedingung (1) des optischen Systems aus Beispiel 5 ist -0.83, was die Bedingung (1) erfüllt.
Fig. 7E zeigt die Verzerrung betreffend Beispiel 5.
Fig. 12 zeigt die seitliche Aberration betreffend Beispiel 5. Jedes dieser Verzerrungsdiagramme zeigt deutlich, dass die seitliche Aberration in dem optischen Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit Beispiel 5 verringert wurde.
Das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit der Erfindung kann nicht nur in Projektoren die jene Lichtventiltechnik, die auf Transmission durch oder Reflexion an Flüssigkristallpanels beruht, verwendet werden, sondern auch in optischen Projektionssystemen, die andere Lichtventiltechniken wie optische Mikrospiegelvorrichtungen (Digital Micromirror Devices: DMD) verwenden.
Wie oben erwähnt, besteht das Projektionssystem vom Reflexions-Typus in Übereinstimmung mit der erwähnten Erfindung in Reihenfolge von der Vergrösserungsseite aus gesehen einem ersten Spiegel mit positiver Brechkraft, einem zweiten Spiegel mit negativer Brechkraft und einem dritten Spiegel mit positiver Brechkraft, um so den positiven Anteil der Brechkraft auf den vordersten und den letzten Spiegel aufzuteilen, wodurch ein lichtstarkes optisches System bei gleichzeitig günstiger Korrektur der Abbildungsfehler erhalten wird.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5

Claims (8)

1. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus zum Projizieren eines Lichtflusses, der Bildinformation über ein Lichtventil (12) gesteuert von einem Bildsignal transportiert, unter Vergrößerung auf einen Schirm, wobei das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus von der Vergrösserungsseite gesehen aufeinanderfolgend umfasst:
einen ersten Spiegel (13) mit positiver Brechkraft;
einen zweiten Spiegel (14) mit negativer Brechkraft und
einen dritten Spiegel (15) mit positiver Brechkraft.
2. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das optische Projektionssystem vom Reflexions-Typus die folgende Bedingung (1) erfüllt:
-1.0 < f3/f12 < -0.2 (1)
wobei f12 die Brennweite des zusammengesetzten Systems aus erstem Spiegel (13) und zweitem Spiegel (14) und f3 die Brennweite des dritten Spiegels (15) bezeichnen.
3. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der drei erwähnten Spiegel (13, 14, 15) durch eine Freiformfläche definiert ist, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist.
4. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spiegel (13) durch eine Freiformfläche definiert ist, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist.
5. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der drei erwähnten Spiegel (13, 14, 15) durch eine Freiformfläche gegeben ist, die rotations-asymmetrisch um ihre optische Achse ist.
6. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen aller drei erwähnten Spiegel (13-15) in einer einzigen Ebene liegen.
7. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Spiegel (13-15) die gleiche optische Achse aufweisen.
8. Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus nach einem der Ansprüche 1-7, bei der das Lichtventil (12) wahlweise aus einer Transmissions-Flüssigkristall-Vorrichtung, einer Reflexions-Flüssigkristall-Vorrichtung oder einer Mikrospiegel-Vorrichtung besteht.
DE10212405A 2001-03-29 2002-03-20 Optisches Projektionssystem vom Reflexions-Typus Withdrawn DE10212405A1 (de)

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