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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung mit einem
reflektiven Lichtmodulator zum Erzeugen eines Bildes, der eine Mehrzahl von
unabhängig
voneinander ansteuerbaren Pixeln aufweist, die in einer Bildebene
angeordnet und jeweils zumindest in einen ersten und einen zweiten Zustand
bringbar sind sowie einen bildgebenden Bereich bilden, ferner mit
einer Lichtquelleneinheit zum Beleuchten der Pixel und mit einer
eine erste und eine zweite Teiloptik umfassenden Projektionsoptik, die
eine optische Achse aufweist, wobei die Lichtquelleneinheit beim
Betrieb der Projektionsvorrichtung zur Beleuchtung der Pixel ein
Beleuchtungsstrahlenbündel
abgibt, das durch die erste Teiloptik, die zumindest eine Linse
enthält,
läuft und
danach auf die Pixel trifft, wobei zur Projektion des Bildes auf eine
Projektionsfläche
das von im ersten Zustand befindlichen Pixeln reflektierte Licht
als Projektionsstrahlenbündel
durch die erste Teiloptik und danach durch die zweite Teiloptik
läuft,
und wobei beim Durchgang des Beleuchtungsstrahlenbündels durch die
erste Teiloptik an jeder optischen Grenzfläche jeder Linse der ersten
Teiloptik ein Reflexionsstrahlenbündel, das sich ohne weitere
Reflexion bei den optischen Grenzflächen zur zweiten Teiloptik
hin ausbreitet, erzeugt wird.
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Bei
einer solchen Projektionsvorrichtung ist bei on-axis Anwendungen
(z.B. Zentralprojektion) stets nachteilig, daß zumindest ein Teil jedes
der erzeugten Reflexionsstrahlenbündel auch durch die zweite
Teiloptik läuft
und somit auf die Projektionsfläche
projiziert wird. Dadurch wird der Ein-Aus-Kontrast sowie die Gleichmäßigkeit
des Schwarzbildes (bei dem ein flächiges schwarzes Bild darzustellen ist)
verschlechtert.
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Wenn
man diese reflexbedingte Verschlechterung der Bilddarstellung vermeiden
will, hat man bisher das Beleuchtungslicht über ein Prisma durch innere
Totalreflexion auf die Pixel gelenkt. Ein solches Prisma ist jedoch
ein relativ teures Bauelement und benötigt eine aufwendige Entspiegelung.
Ferner führt
der Glasweg zu unerwünschten
Farbfehlern.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsvorrichtung
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Einfluß der Beleuchtungslichtreflexe
auf die Bildqualität
der Projektion vermindert wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Projektionsvorrichtung der eingangs genannten Art
gelöst,
bei der jede Grenzfläche
jeder Linse der ersten Teiloptik so gekrümmt und/oder angeordnet ist,
daß in
eine Bezugsebene, in der die optische Achse der Projektionsoptik
liegt und die durch die optische Achse in eine obere und untere
Halbebene aufgeteilt ist, jedes die erste Teiloptik verlassende Reflexionsstrahlenbündel vollständig entweder
in Richtung in die erste oder in die zweite Halbebene hinein verläuft, um
zu verhindern, daß die
Reflexionsstrahlenbündel
auf die Projektionsfläche
projiziert werden.
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Da
somit die Reflexionsstrahlenbündel
nur noch an einer Seite an der zweiten Teiloptik vorbeilaufen und
nicht mehr, wie bisher bei Feldlinsen üblich, an beiden Seiten der
zweiten Teiloptik, kann der Einfluß der Reflexionsstrahlenbündel auf
die Bildprojektion deutliche verringert werden. Insbesondere können die
Reflexionsstrahlenbündel
bei geeigneter Einstellung der Krümmung und/oder geeigneter Anordnung
vollständig
an der zweiten Teiloptik vorbeilaufen. Es ist auch möglich, daß Teile
der Reflexionsstrahlenbündel
noch in die zweite Teiloptik eintreten, aber aufgrund ihrer Ausbreitungsrichtung
nicht vollständig
durch die zweite Teiloptik hindurchlaufen und somit nicht auf die
Projektionsfläche
gelangen.
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Die
Reflexionsstrahlenbündel
sind hier Reflexionsstrahlenbündel,
die durch eine einmalige Reflexion an einer der Wirkflächen der
zumindest eine Linse der ersten Teiloptik erzeugt werden. Es handelt sich
somit um Reflexionsstrahlenbündel
erste Ordnung. Reflexionsstrahlenbündel, die durch eine mehrmalige
Reflexion an Wirkflächen
der zumindest eine Linse der ersten Teiloptik erzeugt werden, werden
hier nicht betrachtet.
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Wenn
die Projektionsoptik keine gemeinsame optische Achse aufweist, dann
wird unter der optischen Achse der Projektionsoptik die optische
Achse eines Elements bzw. einer Linse der zweiten Teiloptik verstanden,
insbesondere die Linse, die am weitesten vom Lichtmodulator entfernt
ist.
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Insbesondere
kann jede optische Grenzfläche
jeder Linse bzw. Feldlinse der ersten Teiloptik so gekrümmt und/oder
angeordnet sein, daß alle
die erste Teiloptik verlassenden Reflexionsstrahlenbündel in
Richtung in die gleiche Halbebene (die erste oder zweite) hineinverlaufen.
Dies führt
vorteilhaft zu einem vereinfachten Aufbau der Projektionsoptik. Insbesondere
ist es dabei von Vorteil, wenn die Lichtquelleneinheit so angeordnet
ist, daß in der
Bezugsebene das Beleuchtungsstrahlenbündel von der anderen der beiden
Halbebenen (die zweite oder erste Halbebene) aus auf die erste Teiloptik
gerichtet ist.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
sind die Linsen der ersten Teiloptik so ausgebildet und angeordnet,
daß die
Reflexionsstrahlenbündel
jeweils nicht oder nur teilweise in die zweite Teiloptik eingekoppelt
werden und in dieser spätestens
an der Öffnungsblende
der Projektionsoptik ausgeblendet werden. Damit wird ein ausgezeichneter Ein-Aus-Kontrast
und ein sehr gleichmäßiges Schwarzbild
erreicht. Die Öffnungsblende
kann insbesondere in einer zur Bildebene entgegengesetzt optisch
konjugierten Ebene liegen bzw. in der Ebene, in der die Fläche liegt,
in der die Lichtstrahlen gleichen Winkels der verschiedenen Projektionsteilstrahlenbündel (die
von den unterschiedlichen Pixeln ausgeht) gesammelt werden (also
in der Blendenebene).
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Ferner
kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
in der Projektionsoptik zur Strahlengangfaltung ein Umlenkelement
(wie beispielsweise ein Spiegel) angeordnet sein. Damit läßt sich
ein sehr kompaktes und an die entsprechenden äußeren konstruktiven Bedingungen
anpaßbare
Projektionsoptik realisieren. Insbesondere bei der Rückprojektion
kann die Projektionsoptik an vorgegebene Bautiefen und -höhen der
Rückprojektionsvorrichtung
angepaßt
werden. Natürlich
ist es auch möglich, daß ein Umlenkelement
in der Lichtquelleneinheit vorgesehen ist. Ferner können sowohl
die Lichtquelleneinheit als auch die Projektionsoptik ohne Umlenkelement
ausgebildet sein. Im Fall der Strahlengangfaltung in der Projektionsoptik
werden die entsprechenden Bereiche der Halbebenen natürlich entsprechend
der Faltung mittransformiert. Anders gesagt, wenn die gefaltete
Projektionsoptik entfaltet betrachtet wird, liegt wieder die Aufteilung
der Bezugsebene in den beiden Halbebenen vor.
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Ferner
kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
die erste Teiloptik insgesamt eine positive Brechkraft aufweisen.
Damit kann eine sehr gute und gleichmäßige Beleuchtung des Lichtmodulators
erreicht werden. Insbesondere kann der Öffnungswinkel des entsprechenden
Beleuchtungsteilstrahlenbündels,
das ein Pixel beleuchtet, an die Vorgaben des Lichtmodulators angepaßt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung trifft
die optische Achse der Projektionsoptik, in Draufsicht auf den bildgebenden
Bereich gesehen, den bildgebenden Bereich, bevorzugt etwa in der
Mitte. Damit weist die Projektionsvorrichtung einen sogenannten
On-Axis-Aufbau auf. Sie kann damit auch als Zentralprojektionsvorrichtung
ausgebildet sein, was insbesondere bei der Ausgestaltung der Projektionsvorrichtung
als Rückprojektionsvorrichtung
von Vorteil ist. Natürlich
muß die
optische Achse den bildgebenden Bereich nicht exakt in der Mitte
treffen. Wesentlich ist nur, daß die
optische Achse den bildgebenden Bereich etwa in der Mitte trifft.
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Wenn
die optische Achse senkrecht auf den bildgebenden Bereich trifft,
läßt sich
eine Projektionsoptik mit besonders guten Abbildungseigenschaften realisieren.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
besteht darin, daß die
zumindest erste Linse der ersten Teiloptik in der Bezugsebene quer
zur optischen Achse versetzt ist. Durch diese spezielle Anordnung
der zumindest ersten Linse kann in einfachster Art und Weise der
gewünschte
Reflexionslichtbündelverlauf erreicht
werden. Auch der bildgebende Bereich kann quer zur optischen Achse
versetzt sein, wobei bevorzugt der Versatz des bildgebenden Bereichs
gleich groß ist
wie der Versatz der zumindest ersten Linse.
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Auch
ist es möglich,
die zumindest erste Linse zusätzlich
zu dem beschriebenen Versatz oder anstatt dieses Versatzes um einen
ersten Winkel gegenüber
der optischen Achse zu kippen. Auch dadurch kann der gewünschte Verlauf
des Reflexionslichtbündels
erreicht werden.
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Ferner
kann auch die Bildebene um einen zweiten Winkel gegenüber der
optischen Achse gekippt sein, wobei die beiden Winkel bevorzugt
gleich groß sind,
was insbesondere bei der Justage der Projektionsvorrichtung von
Vorteil ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
wird ein Versatz und/oder eine Verkippung von zumindest einer Linse
der zweiten Teiloptik so gewählt,
daß der durch
den Versatz und/oder die Verkippung von zumindest einer Linse der
ersten Teiloptik bedingte Abbildungsfehler der Projektionsoptik
zumindest teilweise kompensiert ist. Zusätzlich zu dem Versatz und/oder
der Verkippung der zumindest einen Linse der zweiten Teiloptik oder
anstatt dieses Versatzes und/oder dieser Verkippung kann in der
Projektionsoptik zumindest ein Keil und/oder zumindest eine verkippte
Planplatte vorgesehen sein, um den durch den Versatz und/oder die
Verkippung von zumindest einer Linse der ersten Teiloptik bedingten
Abbildungsfehler der Projektionsoptik zumindest teilweise zu kompensieren.
Damit wird in einfachster Art eine Projektionsoptik mit ausgezeichneten
Abbildungseigenschaften zur Verfügung
gestellt, wobei gleichzeitig die Reflexlichteigenschaften deutlich
verbessert sind.
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Ferner
ist es möglich,
daß die
erste Teiloptik zumindest zwei Linsen aufweist, die derart zueinander
versetzt und/oder verkippt sind (und bevorzugt auch relativ zum
bildgebenden Bereich), daß sich
die durch den Versatz und/oder Verkippung bedingten Abbildungsfehler
der zumindest zwei Linsen gegenseitig zumindest teilweise kompensieren.
Diese Ausgestaltung der Kompensierung schon in der ersten Teiloptik
kann natürlich
auch mit der oben beschriebenen Kompensierung durch die entsprechende
Anordnung von Linsen der zweiten Teiloptik kombiniert werden.
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Des
weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
die erste Linse eine Meniskuslinse mit positiver Brechkraft sein,
wobei die konvexe Seite der Meniskuslinse den Pixeln zugewandt ist.
Bevorzugt sind in diesem Fall mehrere Meniskuslinsen hintereinander
geschaltet, wobei jeweils deren konvexe Seite den Pixeln zugewandt
ist. Damit kann die notwendige positive Brechkraft auf mehrerer
Linsen aufgeteilt werden, wodurch die Krümmung ihrer Wirkflächen verringert
werden kann, was wiederum dazu führt,
daß der
gewünschte
Verlauf des Reflexlichtbündels
erreicht werden kann.
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Von
Vorteil ist es in diesem Fall, wenn zumindest eine der Meniskuslinsen
aus einem Material gebildet ist, dessen Brechzahl größer oder
gleich 1,7 ist. Auch dies führt
dazu, daß der
Krümmungsradius
der entsprechenden Linsen verringert werden kann, wodurch leicht
der gewünschte
Verlauf des Reflexlichtbündels
erreichbar ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung überdecken in
der Bezugsebene ein Beleuchtungsteilstrahlenbündel, mit dem ein Pixel beleuchtet
wird, und das entsprechende Projektionsteilstrahlenbündel, das von
dem Pixel ausgeht, welches im ersten Zustand ist, einen nicht zusammenhängenden
Winkelbereich. Damit wird vorteilhaft ein weiterer Freiheitsgrad
beim Entwurf der zumindest ersten Linse geschaffen, der dazu genutzt
werden kann, den Verlauf des Reflexlichtbündels in der gewünschten
Art und Weise zu gestalten.
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Insbesondere
kann der Lichtmodulator eine Kippspiegelmatrix aufweisen, wobei
die Bezugsebene senkrecht zu den Kippachsen der Kippspiegel liegt.
Der Lichtmodulator wird bevorzugt über eine Ansteuereinheit aufgrund
von vorgegebenen Bilddaten angesteuert. Es können dabei Schwarz-Weiß-Bilder
oder auch mehrfarbige Bilder erzeugt werden, wobei zur mehrfarbigen
Bilderzeugung beispielsweise der Lichtmodulator zeitsequentiell
mit unterschiedlichen Farben (beispielsweise Rot, Grün und Blau)
in sich wiederholender Weise derart beleuchtet wird, daß ein Beobachter
die zeitlich nacheinander projizierten Farbteilbilder nur noch als überlagertes mehrfarbiges
Bild wahrnehmen kann. Alternativ können auch mehrere Lichtmodulatoren
für die
verschiedenen Farbteilbilder vorgesehen sein, wobei in diesem Fall
eine Strahlteilereinheit (z.B. Strahlteilwürfel) zwischen der ersten Teiloptik
und den Lichtmodulatoren vorgesehen werden kann, die das Beleuchtungsstrahlenbündel, das
durch die erste Teiloptik hindurchgelaufen ist, auf die Lichtmodulatoren
aufteilt, und die Projektionsstrahlenbündel, die von den Lichtmodulatoren
ausgehen, zu einem gemeinsamen Projektionsstrahlenbündel kombiniert
und auf die erste Teiloptik richtet, so daß ein gemeinsames Projektionsstrahlenbündel durch
die erste und zweite Teiloptik läuft.
Natürlich
kann die Strahlteilereinheit auch so angeordnet sein, daß sie das
Beleuchtungsstrahlenbündel
aufteilt bevor es durch die erste Teiloptik läuft, wobei bei dieser Ausgestaltung
vor jedem Lichtmodulator (also zwischen dem entsprechenden Lichtmodulator
und der Strahlteilereinheit) eine erste Teiloptik vorgesehen ist,
so daß die
Projektionsstrahlenbündel
der Lichtmodulatoren zuerst durch die zugeordneten ersten Teiloptiken
laufen und danach zum gemeinsamen Projektionsstrahlenbündel vereint werden.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung ist
diese als Rückprojektionsvorrichtung
mit einer als Rückprojektionsschirm
ausgebildeten Projektionsfläche
ausgestaltet. Insbesondere kann zwischen dem Rückprojektionsschirm und der
Projektionsoptik eine sogenannte Fresnel-Linse angeordnet sein.
Auch können
noch eine oder mehrere Umlenkelemente zwischen der Projektionsoptik
und der Fresnel-Linse bzw. Projektionsfläche vorgesehen sein, um eine kompakte
Rückprojektionsvorrichtung
bereitzustellen.
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Ferner
können
bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
alle Linsen der Projektionsoptik auf einer gemeinsamen optischen
Achse liegen. Dies erleichtert die Fertigung der Projektionsoptik.
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Auch
kann die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung
derart ausgestaltet sein, daß sie
als im wesentlichen zentrierte und rotationssymmetrische Optik ausgebildet
ist, die bevorzugt im wesentlichen telezentrisch ist. Dies führt zu einer
Projektionsoptik, die ausgezeichnete Abbildungseigenschaften aufweist.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Lage der zweiten Teiloptik bzw.
eines Teils davon in Richtung der optischen Achse veränderbar
ist. Dies kann dazu genutzt werden, um die Größe der Projektion zu verändern. Damit
kann eine Projektionsoptik vorgesehen werden, die bei der Herstellung
von Projektionsgeräten
verwendet wird, die unterschiedlich große Bilder darstellen. Es muß lediglich
die zweite Teiloptik bzw. ein Teil davon in Richtung der optischen
Achse verschoben und dann fixiert werden.
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Ferner
kann die Projektionsoptik in einer zur Bildebene entgegengesetzt
konjugierten Blendenebene eine Abschattungsblende mit rotationssymmetrischer
Blendenöffnung
aufweisen. Bei einer Verkippung der Bildebene wird hier die entgegengesetzt konjugierte
Blendenebene zu der noch nicht verkippten Bildebene betrachtet.
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Auch
kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
ein Teil der Blendenöffnung
durch ein zusätzliches
Blendenelement abgeschattet sein. Dies ist von besonderem Vorteil,
wenn noch ein gewisser Teil des Reflexlichtes durch einen begrenzten Teil
der Blendenöffnung
hindurchtreten würde.
Mittels des zusätzlichen
Blendenelements kann dieser Reflexlichtanteil ohne Verlust von Bildinformationen
abgeschattet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgen beispielhalber anhand der beigefügten Zeichnungen
noch näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung;
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2 eine vergrößerte Detailansicht
der Projektionsoptik der Projektionsvorrichtung von 1;
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3 eine vergrößerte Detailansicht
der Projektionsoptik der Projektionsvorrichtung von 1;
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4 eine vergrößerte Detailansicht
der Projektionsoptik der Projektionsvorrichtung von 1, und
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5 bis 10 vergrößerte Teildarstellungen der
Projektionsoptik von 1 gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Wie
aus 1 zu entnehmen ist,
in der eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
schematisch dargestellt ist, umfaßt die Projektionsvorrichtung
einen reflektiven Lichtmodulator 1, der hier als Kippspiegelmatrix
ausgebildet ist, die eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten
Kippspiegeln umfaßt,
die mittels einer Ansteuereinheit 2 auf der Basis vorgegebener Bilddaten
voneinander unabhängig
zwischen einer ersten und zweiten Kippstellung hin und her schaltbar sind.
Die Kippachsen der Kippspiegel liegen in einer Bildebene, die senkrecht
zur Zeichenebene ist. Somit sind die Kippspiegel Pixel, die einen
bildgebenden Bereich des Lichtmodulators bilden.
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Des
weiteren umfaßt
die Projektionsvorrichtung eine Lichtquelleneinheit 3 zum
Beleuchten der Kippspiegel, wobei die Lichtquelleneinheit 3 eine Lichtquelle 4 und
eine der Lichtquelle 4 nachgeordnete Abbildungsoptik 5 (schematisch
dargestellt) aufweist. Ferner ist bei der Projektionsvorrichtung
noch eine Projektionsoptik 6 vorgesehen, die eine erste Teiloptik 7 und
eine zweite Teiloptik 8 umfaßt, die wiederum schematisch
dargestellt sind, wobei die beiden Teiloptiken 7, 8 jeweils
zumindest eine Linse enthalten.
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Mittels
der Lichtquelleneinheit 3 wird beim Betrieb der Projektionsvorrichtung
ein Beleuchtungsstrahlenbündel 9 erzeugt,
das durch die erste Teiloptik 7 läuft und auf den Lichtmodulator 1 trifft.
Das von den in der ersten Kippstellung (erster Zustand) befindlichen Kippspiegeln
reflektierte Licht bildet ein Projektionsstrahlenbündel 10,
das wiederum durch die erste Teiloptik 7 und danach durch
die zweite Teiloptik 8 läuft und somit auf eine Projektionsfläche 11 trifft,
um auf dieser das mittels des Lichtmodulators 1 eingestellte
Bild zu projizieren. Das Licht, das von den Kippspiegeln reflektiert
wird, die sich im zweiten Zustand (zweite Kippstellung) befinden,
wird (in der Darstellung von 1)
schräg
nach oben umgelenkt (nicht gezeigt) und wird daher mittels der Projektionsoptik 6 nicht
auf die Projektionsfläche 11 projiziert.
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In 2 ist eine vergrößerte Darstellung
der Projektionsoptik 6 von 1 zusammen
mit dem Lichtmodulator 1 zur Erläuterung der Reflexlichtunterdrückung detaillierter
dargestellt, wobei drei Beleuchtungsteilstrahlenbündel B1,
B2 und B3 des Beleuchtungsstrahlenbündels 9 für drei ausgewählte Pixel
P1, P2 und P3 mit durchgezogenen Strichen eingezeichnet ist und
das an einer optischen Grenzfläche
W1 der ersten Teiloptik 7 erzeugte Reflexionsstrahlenbündel R1
(bzw. drei Reflexionsteilstrahlenbündel R11, R12, R13 davon) gestrichelt
bis zur zweiten Teiloptik 8 eingezeichnet ist. Bei den
Pixeln P1 und P3 handelt es sich um ein Pixel am oberen und unteren
Rand des Lichtmodulators 1, wohingegen das Pixel P2 auf
der optischen Achse OA liegt.
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Wie
der Darstellung in 2 zu
entnehmen ist, umfaßt
die zweite Teiloptik 8 eine, in Projektionsrichtung gesehen,
der ersten Teiloptik 7 nachgeordnete erste Linsengruppe 13 sowie
eine der ersten Linsengruppe 13 nachgeordnete zweite Linsengruppe 14,
wobei die optische Achse OA der zweiten Linsengruppe 14 eingezeichnet
ist. Die erste Linsengruppe 13 ist in der Zeichenebene
quer zur optischen Achse OA nach oben versetzt. Wie sich der 2 weiter entnehmen läßt, weist
der Lichtmodulator 1 ein Deckglas D auf und ist gegenüber der
optischen Achse OA um etwa 3° verkippt.
Die erste Teiloptik 7 besteht aus einer ersten Linse 15 mit
positiver Brechkraft, die gegenüber
der optischen Achse OA nach unten versetzt ist, so daß die erste
Linse 15 nicht mehr rotationssymmetrisch zur optischen
Achse OA angeordnet ist. Dies führt
vorteilhaft dazu, daß das beim
Durchgang des Beleuchtungsstrahlenbündels 9 durch die
erste Linse 15 an der dem Lichtmodulator 1 abwandten
Grenzfläche
W1 der ersten Linse 15 erzeugte Reflexionsstrahlenbündel R1
schräg
nach oben verläuft
(in 2). Somit verlaufen
sämtliche Strahlen
des Reflexionsstrahlenbündels
R1 in Richtung in die obere Halbebene H1 hinein, die in der Zeichenebene
liegt und durch die optische Achse OA von der unteren Halbebene
H2 getrennt ist. Wie aus den eingezeichneten Strahlverläufen ersichtlich
ist, verläuft
das Reflexionsteilstrahlenbündel
R11 an der zweiten Teiloptik 8 vorbei, wohingegen die Reflexionsteilstrahlenbündel R12
und R13 zumindest auf die erste Linse der ersten Linsengruppe 13 treffen. Jedoch
sind die Winkel der Reflexionsteilstrahlenbündel R12, R13 so steil, daß sie nicht
durch die Blende 16 hindurchlaufen und somit auch nicht
auf die Projektionsfläche 11 projiziert
werden. Dies ergibt sich unmittelbar aus einem Vergleich der Strahlhöhen und
-winkel der Reflexionsteilstrahlenbündel R12 und R13 mit den Strahlhöhen und
-winkeln der Projektionsteilstrahlenbündel S1, S2, S3 der Pixel P1,
P2 und P3, die in 3 mit
durchgezogenen Linien eingezeichnet sind. In 3 sind in einer ähnlichen Darstellung wie in 2 die drei Beleuchtungsteilstrahlenbündel B1,
B2 und B3 sowie die Projektionsteilstrahlenbündel S1, S2, S3 für die drei
Pixel P1, P2, P3 eingezeichnet, wobei die Pixel P1, P2 und P3 alle
in der ersten Kippstellung sind.
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In 4 ist in ähnlicher
Weise wie in 2 ein Reflexionsstrahlenbündel R2
eingezeichnet, das durch Reflexion an der dem Lichtmodulator 1 zugewandten
Grenzfläche
W2 der ersten Linse 15 erzeugt wird. Auch aus der Darstellung
in 4 läßt sich
entnehmen, daß aufgrund
des Linsenversatzes der Linse 15 quer zur optischen Achse
OA die Strahlen des Reflexionsstrahlenbündels R2 entweder gleich an der
zweiten Teiloptik 8 vorbeilaufen oder aber in der zweiten
Teiloptik 8 nicht durch die Blende 16 hindurchlaufen,
da das Reflexionsstrahlenbündel
in Richtung in die obere Halbebene H1 hinein verläuft. Da
somit die Reflexionsstrahlenbündel,
die an der ersten Linse 15, die die erste Teiloptik bildet,
in Richtung in die obere Halbebene H1 hinein verlaufen, läßt sich
effektiv verhindern; daß Reflexe
des Beleuchtungsstrahlenbündels 9 auf
die Projektionsfläche 11 projiziert
werden, so daß ein
guter Ein-Aus-Kontrast sowie eine gute Gleichmäßigkeit des Schwarzbildes erreicht
wird.
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Ferner
läßt sich
aus 3 noch deutlich
entnehmen, daß das
Beleuchtungsteilstrahlenbündel
B1 und das entsprechende Projektionsteilstrahlenbündel S1
(in der Zeichenebene) keinen zusammenhängenden Winkelbereich überdecken.
Dies ist vorteilhaft dahingehend, daß dadurch beim Entwurf der
ersten Teiloptik 7 (erste Linse 15) ein weiterer
Freiheitsgrad zur Optimierung der Krümmung und/oder Ausrichtung
der Grenz- bzw. Wirkflächen
W1 und W2 der ersten Linse 15 gegeben ist. Weiterhin besteht
bei der beschriebenen Ausführungsform
ein Vorteil darin, daß die
erste Teiloptik 7 nur eine Linse umfaßt, so daß die Projektionsvorrichtung
klein, kompakt und kostengünstig
hergestellt werden kann.
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Insbesondere
ist die Projektionsvorrichtung noch so ausgebildet, daß die zweite
Linsengruppe 8 in Richtung der optischen Achse OA lageverstellbar ist.
Damit läßt sich
ein unterschiedlich großer
Vergrößerungsfaktor
einstellen. Dies kann beispielsweise bei der Fertigung der Projektionsvorrichtung
von Vorteil sein, da dadurch mit einer Projektionsoptik unterschiedliche
Vergrößerungen
erreicht werden können, ohne
daß dazu
Linsen oder sonstige optische Element ausgetauscht werden müssen. Es
muß lediglich
die Lage in Richtung der optischen Achse OA der zweiten Linsengruppe 14 eingestellt
werden.
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In 5 bis 10 ist in ähnlicher Weise wie in 2 für eine zweite Ausführungsform
der Projektionsvorrichtung jeweils der Strahlenverlauf eines an einer
der optischen Grenzflächen W1
bis W6 der optischen Elemente bzw. Linsen 17, 18, 19 der
ersten Teiloptik 7 erzeugten Reflexionsstrahlenbündel mit einer
gestrichelten Linie eingezeichnet. Ferner sind mit durchgezogenen
Linien das Beleuchtungs- und Projektionsstrahlenbündel 9, 10 eingezeichnet.
Im wesentlichen unterscheidet sich die zweite Ausführungsform
von der ersten Ausführungsform
darin, daß die
erste und zweite Teiloptik 7 und 8 auf einer gemeinsamen
optischen Achse OA liegen, daß die erste
Teiloptik 7 drei Meniskuslinsen 17, 18 und 19 umfaßt, deren
konvexe Seite jeweils dem Lichtmodulator 1 zugewandt ist,
und daß die
optische Achse OA senkrecht auf den bildgebenden Bereich des Lichtmodulators
trifft. Auch der konkrete Aufbau der zweiten Teiloptik 8 ist
etwas unterschiedlich im Vergleich zur ersten Ausführungsform.
Jedoch umfaßt
die zweite Teiloptik 8 auch bei der hier beschriebenen Ausführungsform
eine erste und zweite Linsengruppe 13 und 14,
wobei die zweite Linsengruppe 14 in Richtung der optischen
Achse OA lageverstellbar ist.
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In 5 sind die Reflexionsstrahlen
R3 eingezeichnet, die durch die Reflexion an der Wirkfläche W1 der
ersten Meniskuslinse 17 erzeugt werden. In gleicher Weise
sind in 6 bis 10 die Reflexionsstrahlen
R4–R8,
die durch der Reflexion des Beleuchtungsstrahlenbündels an
den Wirkflächen
W2, W3, W4, W5 und W6 erzeugt werden. Aus den Darstellungen in 5 bis 10 ist ersichtlich, daß ein Großteil der
Reflexionsstrahlen an der zweiten Teiloptik 8 und somit
an der Blende 14 (die in der entgegengesetzt konjugierten
Ebene zur Bildebene angeordnet ist) vorbei laufen. Der Teil der
Reflexionsstrahlen, die dennoch in die zweite Teiloptik 8 gelangen, führt hier
zu einer gewissen Verminderung des Ein-Aus-Kontrastes sowie der
Gleichmäßigkeit
des Schwarzbildes. Doch ist zu berücksichtigen, daß in der
Regel etwa nur 5‰ des
Beleuchtungsstrahlenbündels 9 an
den Wirkflächen
W1–W6
reflektiert werden und daß in
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
höchstens
115 davon in die zweite Teiloptik 8 gelangt. Wenn auch
dieser Teil des Reflexionslichtes nicht auf die Projektionsfläche 11 projiziert
werden soll, kann man beispielsweise in dem Bereich der Blende 14,
durch den die Reflexionsstrahlen hindurchlaufen, eine zusätzliche
Abschattungsblende vorsehen, oder die Öffnungszahl der Projektionsoptik entsprechend
anpassen (vermindern), so daß das Reflexionslicht
nicht mehr durch die zweite Teiloptik 8 läuft.