DE19529672A1

DE19529672A1 - Projektor und Scharfeinstellverfahren

Info

Publication number: DE19529672A1
Application number: DE19529672A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tejima; Nobutaka Minefuji; Masakuni Iwanaga
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: GB2292228A; CN1123419A; CN1066602C; US5645334A; GB9516637D0; KR100282120B1; KR960008368A; GB2292228B; JP3380083B2; DE19529672C2; JPH08106065A

Description

Die Erfindung betrifft einen Projektor wie z. B. einen Flüs sigkristallprojektor und ein damit durchzuführendes Scharf einstellverfahren.

Bei einem Flüssigkristallprojektor wird ein Lichtstrahl auf ein Flüssigkristallfeld (auch als LC-Feld bezeichnet) gerich tet, und das durch dieses hindurchtretende Licht wird mit ei ner Projektionsoptik mit Kondensorlinse und Abbildungslinse auf einen Schirm projiziert. Bei einem Flüssigkristallprojek tor bisheriger Art ist die Kondensorlinse an dem LC-Feld be festigt und nimmt das durch dieses hindurchtretende Licht auf. Deshalb muß die Abbildungslinse auf der optischen Achse verschoben werden, um den Abbildungsmaßstab (Projektionsent fernung) zu verändern.

Bei einem LC-Projektor der vorstehend beschriebenen Art ist der mögliche Bereich des Abbildungsmaßstabes klein, und ent sprechend kann die Scharfeinstellung durch Bewegen der Abbil dungslinse vorgenommen werden. Gegenwärtig wird aber ein op tisches System für einen LC-Projektor entwickelt, bei dem ei ne Superweitwinkel-Projektionsoptik eingesetzt wird, um die Projektionsentfernung zu verändern und damit den Projektor insgesamt kleiner zu gestalten, wobei es gleichzeitig möglich ist, den Abbildungsmaßstab innerhalb eines sehr großen Berei ches zu verändern. In Zusammenhang mit dieser Entwicklung zeigte sich, daß bei Bewegung nur der Abbildungslinse in Richtung der optischen Achse und damit verbundener Änderung des Abbildungsmaßstabes gesammeltes Licht, das senkrecht auf das LC-Feld gerichtet ist, die Eintrittspupille der Abbil dungslinse nicht erreichen kann, so daß weder ein qualitativ gutes Bild projizierbar ist, noch gewünschte Werte der Licht menge erzielbar sind. Mit anderen Worten: nur das auf das LC-Feld mit einem von Null verschiedenen Winkel eintretende Licht (d. h. nicht senkrecht einfallendes Licht) kann die Ein trittspupille der Projektionsoptik erreichen. Der Kontrast des LC-Feldes hängt von dem Eintrittswinkel des Lichtes ab. Er nimmt mit zunehmender Abweichung des Eintrittswinkels von der Normalen ab. Deshalb erhält man keine hohe Bildqualität.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Projektor anzugeben, der bei jedem Abbildungsmaßstab eine hohe Bildqualität gewährlei stet, auch wenn eine Superweitwinkel-Projektionsoptik mit ho hem Änderungsbereich des Abbildungsmaßstabes verwendet wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 oder 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Ge genstand jeweiliger Unteransprüche.

Die Erfindung sieht einen Projektor vor, bei dem das Licht einer Lichtquelle auf ein Durchlichtbild fällt und mit einer Projektionsoptik auf einen Bildschirm projiziert wird. Die Projektionsoptik enthält eine Kondensorlinse und eine Abbil dungslinse, die beide relativ zu dem Durchlichtbild in Rich tung der optischen Achse bewegbar sind, so daß bei Änderung der Projektionsentfernung zwischen Projektionsoptik und Bild schirm beide Linsen relativ zu dem Durchlichtbild bewegt wer den, um das Bild auf dem Bildschirm scharf einzustellen.

Die Kondensorlinse ist entsprechend dem Durchlichtbild (Flüssigkristallfeld) groß, und die Abbildungslinse, die ein mit der Kondensorlinse konvergiertes Lichtbündel projiziert, ist klein. Bei einem konventionellen Projektor ist daher die Kondensorlinse an dem LC-Feld befestigt, und es wird nur die Abbildungslinse zum Scharfeinstellen bewegt (Änderung des Ab bildungsmaßstabes). Im Gegensatz zu bisheriger Technologie kann bei der Erfindung eine Superweitwinkeloptik verwendet werden, so daß eine hohe Bildqualität und eine optimale Lichtmenge bei jedem Abbildungsmaßstab erzielbar ist, auch wenn dieser sehr stark geändert wird.

Die Bewegung der Abbildungslinse und der Kondensorlinse er möglicht einen weitgehend lotrechten Lichteintritt auf das Durchlichtbild, der immer auch die Eintrittspupille der Ab bildungslinse erreicht. Deshalb kann bei jedem Abbildungsmaß stab ein Bild hoher Qualität projiziert werden. In der vor liegenden Beschreibung ist der Abbildungsmaßstab bei einer Vergrößerung mit M und einer Verkleinerung mit m bezeichnet. Es gilt also M = 1/m.

Da als Projektionsoptik eine lange Superweitwinkeloptik ver wendet wird, ist auch der Brechungswinkel bei der Kondensor linse groß. Daher ist die Kondensorlinse vorzugsweise eine Fresnel-Linse.

Die Abbildungslinse und die Kondensorlinse werden derart be wegt, daß weitgehend parallele Lichtstrahlen, die auf das Durchlichtbild fallen, immer die Eintrittspupille der Abbil dungslinse erreichen. Dies kann durch Bewegen der Kondensor linse und der Abbildungslinse realisiert werden (wenn ein möglicher geringfügiger Fehler vernachlässigt wird). Vorzugs weise ist der halbe Feldwinkel der Projektionsoptik mit Kon densorlinse und Abbildungslinse 30° bis 45°. Die Projektions vergrößerung ist größer als fünf, und für eine hohe Bildqua lität gilt beispielsweise M = -4x bis -20x (m = -0,25x bis -0,05x).

Die Erfindung sieht auch ein Scharfeinstellverfahren für den Projektor vor, bei dem weitgehend parallele Lichtstrahlen auf ein Durchlichtbild fallen und mit einer Projektionsoptik mit Kondensorlinse und Abbildungslinse auf einen Bildschirm pro jiziert werden. Die Scharfeinstellung auf dem Bildschirm er folgt durch Relativbewegung der Kondensorlinse, der Abbil dungslinse und des Durchlichtbildes derart, daß die weitge hend parallelen Lichtstrahlen, die auf das Durchlichtbild treten, unabhängig von dem Abbildungsmaßstab auch die Ein trittspupille der Abbildungslinse erreichen. Das Durchlicht bild ist vorzugsweise ein Flüssigkristallfeld.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Projektors und eines optischen Systems,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines vorbekannten Projektors,

Fig. 3 die schematische Darstellung des optischen Sy stems eines Flüssigkristallprojektors,

Fig. 4, 5, 6 und 7 schematische Darstellungen eines Projektors nach der Erfindung und eines vorbekannten Projektors in unterschiedlichen Einstellungen,

Fig. 8 die schematische Darstellung eines Projektors nach der Erfindung,

Fig. 9 die schematische Darstellung eines weiteren Pro jektors nach der Erfindung,

Fig. 10 die schematische Darstellung eines weiteren Pro jektors nach der Erfindung,

Fig. 11 die schematische Darstellung eines vorbekannten Projektors,

Fig. 12 die Darstellung der Pupille einer Abbildungslin se bei der Erfindung,

Fig. 13 eine teilweise gebrochene Draufsicht auf einen Projektor nach der Erfindung,

Fig. 14 den Schnitt XIV-XIV nach Fig. 13, und

Fig. 15 den Schnitt XV-XV nach Fig. 13.

Fig. 3 zeigt den Gesamtaufbau eines Flüssigkristallprojektors (LC-Projektor) nach der Erfindung. Ein Bündel weitgehend pa ralleler Lichtstrahlen aus einer Lichtquelle 11 fällt auf ein farbiges Flüssigkristallfeld 12. Das durch dieses hindurch tretende Licht fällt dann auf eine Projektionsoptik 15, die aus einer Fresnel-Kondensorlinse 13 und einer Abbildungslinse 14 besteht. Die Fresnel-Linse 13 der Projektionsoptik 15 bün delt die durch das LC-Feld 12 hindurchtretenden Lichtstrah len. Die Abbildungslinse 14 projiziert ein Bild des farbigen LC-Feldes 12 auf einen Bildschirm 16. Die Lichtquelle 11 ent hält eine Lampe 11b im Brennpunkt eines Parabolspiegels 11a, und ihr Licht wird als weitgehend paralleles Licht abgegeben. Obwohl das LC-Feld in Fig. 3 als Einzelplatte dargestellt ist, kann die Erfindung aber auch auf kombinierte Durchlicht bilder roter, grüner und blauer Farbe angewendet werden, die insgesamt in dem in Fig. 3 gezeigten optischen System ange ordnet sind.

Fig. 1 und 2 zeigen das Grundprinzip eines Projektors und der jeweiligen Scharfeinstellung für die Erfindung und für den Stand der Technik.

Parallele Lichtstrahlen, die auf das farbige LC-Feld 12 fal len, treten durch dieses hindurch und werden mit der Fresnel-Linse 13 gesammelt und mit der Abbildungslinse 14 auf den Bildschirm 16 (Fig. 3) projiziert. Die Fresnel-Linse 13, die Abbildungslinse 14 und die durch deren Eintrittspupille fal lenden Lichtstrahlen bei längstmöglicher Projektionsentfer nung (maximaler Abbildungsmaßstab ∞) sind durchgezogen dar gestellt. Die gestrichelten Linien gelten für die Fresnel-Linse 13, die Abbildungslinse 14 und das durch deren Ein trittspupille fallende Licht bei der kürzesten Projektions entfernung (minimaler Abbildungsmaßstab z. B. bei Projektions bildgröße 25 cm).

Bei dem in Fig. 1 gezeigten System werden die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 um weitgehend gleiche Beträge in Richtung der optischen Achse zum Bildschirm 16 hin ver schoben. Die Beträge für die Fresnel-Linse 13 und die Abbil dungslinse 14 sind so bestimmt, daß die parallelen, auf das farbige LC-Feld 12 fallenden Lichtstrahlen durch die Ein trittspupille der Abbildungslinse 14 bei jedem Abbildungsmaß stab hindurchtreten. Mit anderen Worten: die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 der Projektionsoptik 15 werden so bewegt, daß bei jedem Abbildungsmaßstab ein weitgehend tele zentrisches optisches System für das farbige LC-Feld 12 vor liegt. Durch die Bewegung der Fresnel-Linse 13 und der Abbil dungslinse 14 kann nur das lotrecht auf das LC-Feld 12 fal lende Licht auf den Bildschirm 16 projiziert werden, so daß der Kontrast des farbigen LC-Feldes 12 hoch bleibt. Die Fres nel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 sind jeweils Positiv linsen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten vorbekannten System ist die Fres nel-Linse 13 an dem farbigen LC-Feld 12 befestigt. Wenn das optische System so aufgebaut ist, daß die parallelen Licht strahlen durch das LC-Feld 12 und die Eintrittspupille der Abbildungslinse 14 beispielsweise bei längster Projektions entfernung hindurchtreten, so kann das Licht bei kürzester Projektionsentfernung, bei der die Abbildungslinse 14 zum Bildschirm 16 hin bewegt ist, nicht mehr durch die Eintritts pupille der Abbildungslinse 14 hindurchtreten. Das durch die Eintrittspupille tretende Licht ist nämlich bei kürzester Projektionsentfernung das unter einem bestimmten, von Null verschiedenen Eintrittswinkel θ′ auf das farbige LC-Feld 12 fallende Licht, das gestrichelt dargestellt ist. Die weitge hend parallelen Lichtstrahlen, die lotrecht auf das farbige LC-Feld 12 fallen, erreichen die Eintrittspupille der Abbil dungslinse 14 nicht, sondern nur die unter einem von Null verschiedenen Winkel einfallenden Lichtstrahlen.

Wenn der durch die parallelen Lichtstrahlen und das gestri chelt dargestellte Licht eingeschlossene Winkel θ′ ist, nimmt der Kontrast ab, wenn dieser Winkel zunimmt. Wenn die Posi tion der Abbildungslinse 14 so bestimmt wird, daß der Kon trast bei längster Projektionsentfernung am stärksten ist, so kann bei zunehmender Menge paralleler Lichtstrahlen, die rechtwinklig auf das LC-Feld 12 treffen, nicht auch entspre chend mehr Licht die Eintrittspupille der Abbildungslinse 14 bei abnehmender Projektionsentfernung erreichen. Statt dessen erreicht immer mehr Licht, das auf das LC-Feld 12 unter einem großen Winkel θ′ trifft, die Eintrittspupille der Abbildungs linse 14. Es sei daran erinnert, daß die Abweichung von der parallelen Verteilung zunimmt, weil der Abstand der Position auf dem LC-Feld 12, an der das Licht einfällt, von der Mitte des LC-Feldes 12 zunimmt. Daher wird der Kontrast, der bei abnehmender Projektionsentfernung allmählich abnimmt, bei kürzester Projektionsentfernung am geringsten.

Wenn umgekehrt die Position der Abbildungslinse 14 so be stimmt wird, daß der Kontrast bei kürzester Projektionsent fernung am stärksten ist, so ist er bei längster Projektions entfernung am schwächsten.

Wenn das farbige LC-Feld 12 nur mit parallelen Lichtstrahlen beleuchtet wird und die Position der Abbildungslinse 14 so bestimmt ist, daß die im Umfangsbereich des LC-Feldes 12 ein tretende Lichtmenge optimal ist, so kann bei kurzer Projek tionsentfernung kein Licht wirksam auf die Eintrittspupille der Abbildungslinse 14 treffen. Insbesondere tritt ein we sentlicher Lichtverlust im Umfangsbereich des LC-Feldes 12 auf.

Dasselbe gilt bei einer Position der Abbildungslinse 14, bei der eine optimale Lichtmenge im Umfangsbereich bei kürzester Projektionsentfernung erzielt wird.

Da bei einem System nach der Erfindung das rechtwinklig auf das LC-Feld 12 treffende Licht immer durch die Eintrittspu pille der Abbildungslinse 14 hindurchtritt, tritt unabhängig von der Projektionsentfernung keine Verschlechterung des Kon trastes ein.

Fig. 4 bis 7 zeigen Beispiele der Projektionsoptik 15 bei je weils verstellter Fresnel-Linse 13 und/oder Abbildungslinse 14. Dabei wird die Erfindung jeweils mit dem Stand der Tech nik verglichen, bei dem nur die Abbildungslinse 14 bewegt wird.

In Fig. 4 bis 7 ist die Abbildungslinse 14 als erste Linsen gruppe G₁ und die Fresnel-Linse 13 als zweite Linsengruppe G₂ dargestellt. Die Brennweite und der Abbildungsmaßstab für die erste Linsengruppe G₁ und die zweite Linsengruppe G₂ sind f₁, m₁ und f₂, m₂.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung der ersten und der zweiten Lin sengruppe G₁ und G₂ bei unendlicher Projektionsentfernung. Fig. 5 und 6 zeigen die Anordnung der ersten und der zweiten Linsengruppe, wenn die erste Linsengruppe G₁ allein zur Ände rung des Abbildungsmaßstabes verschoben wird.

Fig. 7 zeigt eine Linsenanordnung, bei der beide Linsengrup pen G₁ und G₂ gemeinsam zur Veränderung des Abbildungsmaßsta bes bewegt werden.

Es sei angenommen, daß die Verstellungen der ersten und der zweiten Linsengruppe G₁ und G₂ für Abbildungsmaßstäbe m_T und m_W bei Tele-Einstellung bzw. Weitwinkel-Einstellung mit Bezug auf die Position der ersten Linsengruppe G₁ in Fig. 4 Δ_T (Fig. 5) und Δ_W (Fig. 6) sind. Um die resultierenden Abbil dungsmaßstäbe m_T und m_W durch Verstellen der ersten Linsen gruppe G₁ nach links zu erhalten, sind die Abbildungsmaßstäbe der ersten Linsengruppe G₁ mit m_T/m₂ und m_W/m₂ angegeben.

Die Verstellungen Δ_T und Δ_W der ersten Linsengruppe G₁ erhält man durch die folgenden Gleichungen:

Δ_T = (m_T/m₂)×f₁
Δ_W = (m_W/m₂)×f₁

Der Unterschied Δ₁ der Verstellung zwischen Tele-Einstellung und Weitwinkel-Einstellung ist:

Δ₁ = Δ_T-Δ_W
= (m_W-m_T) f₁/m₂ (1)

Die Verstellung Δ₂ der ersten und der zweiten Linsengruppe G₁ und G₂, die gemäß Fig. 7 gemeinsam bewegt werden, erhält man durch die folgende Gleichung (2):

Δ₂ = (m_W-m_T) f₁₂ (2)

Darin ist f₁₂ die resultierende Brennweite der ersten und der zweiten Linsengruppe G₁ und G₂. Da |m₂| < 1, ergibt sich:

|m_W-m_T| < |(m_W-m_T)/m₂|

Wenn f₁₂ < f₁ für ein noch zu beschreibendes Ausführungsbei spiel ist, ergibt sich:

|m_W-m_T|·f₁₂ < |(m_W-m_T)/m₂|·f₁

Daher gilt

|Δ₂| < |Δ₁|

Aus dieser Formel ist zu ersehen, daß die Verstellung der er sten Linsengruppe G₁ und/oder der zweiten Linsengruppe G₂ für dieselbe Änderung des Abbildungsmaßstabes kleiner ist, wenn die erste und die zweite Linsengruppe G₁ und G₂ gemeinsam be wegt werden, als bei Bewegung nur der ersten Linsengruppe G₁.

Wenn die Referenz-Projektionsentfernung unendlich ist, so gilt vereinfacht, wie in Fig. 4 gezeigt:

-1/(f₁-f₂) + 1/f_B = 1/f₂

Daraus ergibt sich

f_B = (f₂/f₁) (f₁-f₂)

Da ferner m₂ = f_B/(f₁-f₂), und m₂ = f₂/f₁, gilt für Δ₁ auch:

Δ₁ = (m_W-m_T) (f₁²/f₂) (3)

Für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung gilt
m_T = -0,04
m_W = -0,24
f₁ = 55,9
f₂ = 39,9

Werden diese Werte in die Formel (3) eingesetzt, ergibt sich für die Verstellung Δ₁ zwischen Tele- und Weitwinkel-Einstel lung nur bei Bewegung der ersten Linsengruppe G₁ für Δ₁ = -15,7, wobei das Minuszeichen die Bewegung bezüglich der Dar stellung in Fig. 4 nach links bezeichnet.

Die Verstellung Δ₂ zwischen Tele- und Weitwinkel-Einstellung bei gemeinsamer Bewegung der ersten und der zweiten Linsen gruppe G₁ und G₂ ergibt sich aus der Gleichung (2) mit Δ₂ = -8,0 (Berücksichtige f₁₂ = 39,8).

Es ist zu erkennen, daß die Verstellung bei Bewegung der er sten und der zweiten Linsengruppe G₁ und G₂ kleiner als nur bei Bewegung der ersten Linsengruppe G₁ ist.

Die Verstellung Δ₁ ist nicht vernachlässigbar in Verbindung mit dem Wert des Neigungswinkels des paraxialen Strahls und der Größe der Pupille der ersten Linsengruppe G₁. Wird nur die erste Linsengruppe G₁ bewegt, so erreicht das auf das LC-Feld 12 auftreffende Licht die Pupille der ersten Linsen gruppe G₁ nicht. Ferner ist der Eintrittswinkel des paraxia len Strahls auf das LC-Feld 12, der auch durch die Pupille der ersten Linsengruppe G₁ hindurchtritt, von Null verschie den. Er ist also nicht parallel zur optischen Achse des in Fig. 6 gezeigten optischen Systems.

Obwohl die vorstehende Erklärung für unendliche Projektions entfernung gilt, d. h. wenn m den Wert 0 hat (m = 0x), kann die vorstehende Erläuterung in gleicher Weise auf eine endli che Projektentfernung angewendet werden, da m = -0,04x prak tisch gleich m = 0x ist.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei einem Projektor angewendet werden, dessen halber Feldwinkel der Projektions optik aus Fresnel-Linse 13 und Abbildungslinse 14 im Bereich von 30° bis 45° liegt und dessen Vergrößerung etwa 5x oder mehr ist. Bei einem herkömmlichen Projektor mit einem halben Feldwinkel der Projektionsoptik von 15° bis 20° und der Ver größerung M mit Werten M= -10x bis -40x (m = -0,1x bis -0,025x) hat der maximale Winkel θ′ einen Wert von 2° bis 3°, und damit ist die Kontrastdämpfung vernachlässigbar.

Allgemein ist vorzuziehen, daß die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 unabhängig voneinander beweglich sind, um zu gewährleisten, daß senkrecht auf das LC-Feld 12 fallendes Licht immer die Eintrittspupille der Abbildungslinse 14 er reicht.

Wenn die von dem LC-Feld 12 abgegebenen Strahlen parallel sind, wird bei der gemeinsamen Bewegung der Fresnel-Linse 13 und der Abbildungslinse 14 der Winkel θ′ trotzdem nicht geän dert, so daß auch keine Kontraständerung eintritt. Wenn die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 als eine Einheit bewegt werden, kann der Bewegungsmechanismus vereinfacht sein.

Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Fresnel-Linse 13 und die Abbildungslinse 14 relativ zu dem LC-Feld 12 bewegt werden, kann auch das LC-Feld 12 gegenüber der Fres nel-Linse 13 und der Abbildungslinse 14 bewegt werden. Bei spiele mit numerischen Daten werden im folgenden anhand der Fig. 8 erläutert.

In Fig. 8 ist
f₁ (Brennweite der Abbildungslinse 14) = 55,9 mm
f₂ (Brennweite der Fresnel-Linse 13) = 39,9 mm
f₁₂ (Brennweite des Gesamtsystems) = 39,8 mm
S Verstellung der Projektionsoptik, d. h. der Eintrittspupille von m = 0x bis m_W (Verkleinerung) = -0,24x
x Verstellung der Fresnel-Linse von m = 0x bis m_W = -0,24x
L Abstand zwischen der Abbildungslinse und der Fresnel-Linse bei jeder Vergrößerung
h Länge des LC-Feldes 12 von der Mitte zur Umfangskante, d. h. maximale Höhe (31 mm)
Φ Durchmesser der Eintrittspupille der Abbildungslinse (8,3 mm)
θ Eintrittswinkel des Lichtes auf die Mitte der Eintrittspu pille der Abbildungslinse
θ′ Eintrittswinkel des Lichtes auf das LC-Feld 12, welches die Mitte der Eintrittspupille der Abbildungslinse durch läuft, d. h. Abweichung von der Senkrechtlage des LC-Feldes 12
α Scheitelwinkel der Fresnel-Linse bei der Höhe h (59,7°).

In der folgenden Beschreibung wird m_T = -0,04x (MT = -25x) als praktisch m = 0x angesehen, wobei die Projektionsentfer nung unendlich ist. Ferner wird die Abbildungslinse 14 durch ihre Eintrittspupille repräsentiert. Diese entspricht der Pu pille der Projektionsoptik, betrachtet von der Verkleine rungsseite (LCD-Seite) wie Fig. 12 zeigt. Hier sind mit 14A und 14B die Eintrittspupille und die Austrittspupille der Ab bildungslinse 14 bezeichnet.

In Fig. 8 sind die Werte der Parameter für x = S die folgenden:

In Fig. 8 besteht die Projektionsoptik 15 aus einem Super weitwinkel-Objektiv, dessen halber Feldwinkel θ bei m = 0x bei 38° liegt. Werden die Abbildungslinse 14 und die Fresnel-Linse 13 gemeinsam bewegt, um m_W = -0,24x zu erreichen, d. h. wenn die Projektionsoptik zum Scharfeinstellen so bewegt wird, daß die Verstellung S der Abbildungslinse mit der Ver stellung x der Fresnel-Linse übereinstimmt, so ergibt sich die Verstellung der Projektionsoptik 15 von -9,6 mm (S = x = -9,6 mm). Werden die Abbildungslinse 14 und die Fresnel-Linse 13 gemeinsam zum Ändern des Abbildungsmaßstabes von m_T = -0,04x bis m_W = -0,24x bewegt, so ist Δ₂ = -8,0 mm. Parallele Licht strahlen, die durch das LC-Feld 12 fallen, werden mit der Fresnel-Linse 13 so konvergiert, daß m = 0x ist. Die Posi tionsbeziehung der Fresnel-Linse 13 und der Abbildungslinse 14 wird konstant gehalten; das auf das LC-Feld 12 fallende Licht kann somit die Eintrittspupille 14A der Abbildungslinse 14 effektiv erreichen.

Die Bedingung, um die auf das LC-Feld 12 parallel zur opti schen Achse fallenden Lichtstrahlen durch die Eintrittspupil le der Abbildungslinse 14 zu leiten, wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

|(S-x)·h/L| Φ/2 (4)

Wenn die Verstellung S der Abbildungslinse 14 mit der Ver stellung x der Fresnel-Linse übereinstimmt (S = x), d. h. wenn die Abbildungslinse und die Fresnel-Linse als eine Einheit bewegt werden, wie Fig. 1 und 8 zeigen, so ergibt sich fol gender Zusammenhang:

0 Φ/2

Hieraus ist zu ersehen, daß das durch das LC-Feld 12 fallen de, zur optischen Achse parallele Licht immer auf die Ein trittspupille der Abbildungslinse gelangt, auch wenn eine er hebliche Änderung des Abbildungsmaßstabes auftritt, so daß ein Bild guter Qualität erzielt wird. Wenn die Optik die For mel (4) erfüllt, ergibt sich ein Bild mit gewünschter Eigen schaft, auch wenn x ungleich S ist.

Wenn die durch das LC-Feld 12 fallenden Lichtstrahlen nicht parallel sind, d. h. wenn sie konvergieren oder divergieren, können sie auf die Eintrittspupille 14A der Abbildungslinse 14 fallen, wenn x ≠ S ist.

Es sei beispielsweise angenommen, daß bei starker Divergenz des auf das LC-Feld 12 fallenden Lichtes die Projektionsoptik und die Fresnel-Linse so angeordnet sind, daß bei m = 0x eine optimale Lichtnutzung erreicht wird, wie Fig. 9 zeigt. Wenn in diesem Zustand die Projektionsoptik, welche die Bedingung x = S erfüllt, in die minimale Vergrößerung bei m_W= -0,24x be wegt wird, so wird der Abstand zwischen dem LC-Feld 12 und der Fresnel-Linse 13 verändert. Damit ist die Höhe H des Ein trittspunktes der Fresnel-Linse 13 bei m = 0x unterschiedlich gegenüber der Höhe H′ des Eintrittspunktes der Fresnel-Linse 13 bei m_W = -0,24x. Dadurch kann kein effektives Lichtbündel auf die Eintrittspupille der Abbildungslinse fallen, wie Fig. 9 zeigt.

Um dieses Problem zu lösen, wird eine unterschiedliche Ver stellung S der Abbildungslinse gegenüber der Verstellung x der Fresnel-Linse vorgesehen, um die Formel (4) zu erfüllen, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.

Wenn andererseits das einfallende Licht stark konvergiert, ist es gleichfalls möglich, das Lichtbündel auf die Ein trittspupille der Abbildungslinse 14 zu richten, wobei x ≠ S ist.

Das bei einer unbeweglichen Fresnel-Linse 13 gemäß Fig. 2 auftretende Problem wird im folgenden anhand der Fig. 11 dis kutiert.

Wenn bei der Anordnung nach Fig. 11 x = 0 ist, d. h. nur die Ab bildungslinse 14 ohne Bewegung der Fresnel-Linse 13 bewegt wird, um eine Scharfeinstellung zu erzielen, so sind die Werte m, L, θ und θ′ die folgenden:

Die numerischen Bedingungen der Abbildungslinse 14 und der Fresnel-Linse 13 sind mit dem vorstehend genannten Beispiel identisch. Wird die Abbildungslinse 14 zum Ändern von m = 0x zu m_W = -0,24x verstellt, ohne die Fresnel-Linse zu bewegen, so ist die Verstellung der Abbildungslinse 14 S = 18,8 mm. Ändert sich die Vergrößerung von m_T = -0,04x zu m_W = -0,24x, so ist Δ₁ = -15,7 mm. Hieraus ist zu erkennen, daß die Verstellung der Abbildungslinse 14 viel größer als bei gemeinsamer Bewe gung beider Linsen ist.

Betrachtet man den Strahl (h = 31) der senkrecht auf das LC-Feld 12 fällt, so ergibt sich Z = 14,7 bei L = 58,5, d. h. mehr als die Größe Φ/2 = 4,15 der Eintrittspupille der Abbildungs linse 14. Andererseits läuft ein Strahl mit einem Eintritts winkel θ = 28° durch die Eintrittspupille der Abbildungslinse 14 bei L = 58,5 mm. Dieser Strahl fällt jedoch auf das LC-Feld 12 bei θ′ = 21°. Damit sind die Durchlässigkeit und der Kon trast infolge der Winkelabhängigkeit des Flüssigkristalls ge ring. Es wird also kein Bild guter Qualität erzielt.

Ein konkreteres Ausführungsbeispiel eines Flüssigkristallpro jektors, auf den die Erfindung anwendbar ist, wird im folgen den anhand der Fig. 13 bis 15 erläutert.

Eine Lichtquelle 11 hat einen Parabolspiegel 11a und in des sen Brennpunkt eine Lampe 11b. Ferner enthält sie einen er sten Spiegel 23, ein LC-Feld, eine bewegliche Linseneinheit 22, einen zweiten Spiegel 24 und einen Schirm 25 in einem Ge häuse 21 des Flüssigkristallprojektors 20. Die bewegliche Linseneinheit 22 hat eine Projektionsoptik 15 mit einer Fres nel-Linse 13 und einer Abbildungslinse 14. Diese sind unter einem vorbestimmten Abstand miteinander verbunden, um die Konstruktion zu vereinfachen. Die Linseneinheit 22 kann in Richtung der optischen Achse bewegt werden und wird manuell oder durch Motor angetrieben.

Der Schirm 25 hat beispielsweise eine Größe von 25 cm. Wird er von dem Gehäuse 21 entfernt oder hineinbewegt, um eine Projektionsöffnung 26 freizugeben, so wird ein Strahlenbündel durch die Abbildungslinse 14 der beweglichen Linseneinheit 22 nach außen projiziert. Es ist auch möglich, einen externen Schirm 25′ vorzusehen, so daß bei Änderung des Abstandes zwi schen diesem und dem Flüssigkristallprojektor 20 eine opti sche Projektionsvergrößerung erzielbar ist. Die Scharfein stellung erfolgt durch Bewegen der gesamten Linseneinheit 22 in Richtung der optischen Achse.

Obwohl die vorstehende Beschreibung einen Flüssigkristallpro jektor betrifft, kann die Erfindung in gleicher Weise auch auf andere Projektoren angewendet werden, beispielsweise auf einen Overhead-Projektor usw.

Die Erfindung ermöglicht nicht nur ein qualitativ gutes Bild, dessen Kontrast unabhängig von dem eingestellten Abbildungs maßstab immer hoch ist, sondern auch die Bereitstellung einer optimalen Lichtmenge.

Claims

1. Projektor mit einer Lichtquelle, einem Durchlichtbild, einem Bildschirm und einer Projektionsoptik mit Konden sorlinse und Abbildungslinse, bei dem das Licht einer Lichtquelle auf das Durchlichtbild fällt und über die Projektionsoptik auf den Bildschirm projiziert wird, da durch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (13) und die Abbildungslinse (14) relativ zu dem Durchlichtbild (12) in Richtung der optischen Achse so bewegbar sind, daß bei Änderung der Projektionsentfernung zwischen Projektions optik (15) und Bildschirm (16) die Kondensorlinse (13) und die Abbildungslinse (14) relativ zum Durchlichtbild (12) bewegt werden, um das Projektionsbild scharf einzu stellen.

2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (14) und die Kondensorlinse (13) der art bewegt werden, daß weitgehend parallele, auf das Durchlichtbild (12) fallende Lichtstrahlen immer auf die Eintrittspupille (14A) der Abbildungslinse (14) gerichtet sind.

3. Projektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (13) eine Fresnel-Linse ist.

4. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (13) und die Abbildungslinse (14) gemeinsam bewegbar sind.

5. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der halbe Feldwinkel der Pro jektionsoptik (15) 30° bis 45° beträgt, und daß eine mehr als fünffache Projektionsvergrößerung vorgesehen ist.

6. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch ein Gehäuse (20) für die Lichtquelle (11), das Durchlichtbild (12), den Bildschirm (16) und die Projektionsoptik (15).

7. Projektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (16) eine Bildschirmplatte ist, die aus dem optischen Weg der Projektionsoptik (15) herausbeweg bar ist, so daß das Bild des Durchlichtbildes (12) auf einen externen Bildschirm projizierbar ist.

8. Projektor nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine bewegliche Linseneinheit (22), in der die Kondensor linse (13) und die Abbildungslinse (14) unter einem vor bestimmten Abstand miteinander verbunden sind und die in Richtung der optischen Achse der Projektionsoptik (15) bewegbar ist.

9. Scharfeinstellverfahren für einen Projektor, bei dem weitgehend parallele Lichtstrahlen auf ein Durchlichtbild und mit einer Projektionsoptik mit Kondensorlinse und Ab bildungslinse auf einen Bildschirm gerichtet werden, da durch gekennzeichnet, daß zur Scharfeinstellung die Kon densorlinse, die Abbildungslinse und das Durchlichtbild derart relativ zueinander bewegt werden, daß die auf das Durchlichtbild fallenden parallelen Lichtstrahlen unab hängig von der Projektionsvergrößerung auf die Eintritts pupille der Abbildungslinse gerichtet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse und die Kondensorlinse derart bewegt werden, daß weitgehend parallele Lichtstrahlen, die rechtwinklig auf das Durchlichtbild fallen, immer auf die Eintrittspupille der Abbildungslinse gerichtet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß die Abbildungslinse und die Kondensorlinse ge meinsam bewegt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der halbe Feldwinkel der Projektionsop tik 30° bis 45° beträgt, und eine mehr als fünffache Pro jektionsvergrößerung erzeugt wird.