DE19529672C2 - Projektor - Google Patents
ProjektorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Projektor mit einer Lichtquelle,
einem Durchlichtbild, einem Bildschirm und einer Projektions
optik mit Kondensorlinse und Abbildungslinse, bei dem das
Licht einer Lichtquelle auf das Durchlichtbild fällt und über
die Projektionsoptik auf den Bildschirm projiziert wird und
die Kondensorlinse und die Abbildungslinse in Richtung der
optischen Achse relativ zum Durchlichtbild bewegbar sind.
Ein Projektor dieser Art ist aus der US 5 179 398 A bekannt.
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 solchen Flüssigkri
stallprojektor ist die Kondensorlinse entsprechend dem Durch
lichtbild (Flüssigkristallfeld) groß, und die Abbildungslin
se, 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 auf der op
tischen Achse verschoben (Änderung des Abbildungsmaßstabes).
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.
In der US 5 179 398 A ist ein Projektor offenbart, der einen
größeren Bereich des Abbildungsmaßstabes dadurch gewährlei
stet, daß die Vergrößerung durch separates Bewegen des Flüs
sigkristallfeldes und der Kondensorlinse verändert werden
kann. Bei diesem Projektor erfolgt die Scharfeinstellung
durch Verstellen des Flüssigkristallfeldes und der Kondensor
linse als eine mechanisch verbundene Einheit.
Gegenwärtig wird aber ein optisches System für einen LC-Pro
jekor entwickelt, bei dem eine Superweitwinkel-Projektionsop
tik eingesetzt wird, um die Projektionsentfernung zu verän
dern und damit den Projektor insgesamt kleiner zu gestalten,
wobei es gleichzeitig möglich ist, den Abbildungsmaßstab in
nerhalb eines sehr großen Bereiches zu verändern. In Zusam
menhang mit dieser Entwicklung zeigte sich, daß bei Bewegung
nur der Abbildungslinse in Richtung der optischen Achse und
damit verbundener Änderung des Abbildungsmaßstabes gesammel
tes Licht, das senkrecht auf das LC-Feld gerichtet ist, die
Eintrittspupille der Abbildungslinse nicht erreichen kann, so
daß weder ein qualitativ gutes Bild projizierbar ist, noch
gewünschte Werte der Lichtmenge erzielbar sind. Mit anderen
Worten: nur das auf das LC-Feld mit einem von Null verschie
denen Winkel eintretende Licht (d. h. nicht senkrecht einfal
lendes Licht) kann die Eintrittspupille der Projektionsoptik
erreichen. Der Kontrast des LC-Feldes hängt von dem Ein
trittswinkel des Lichtes ab. Er nimmt, mit zunehmender Abwei
chung des Eintrittswinkels von der Normalen ab. Deshalb er
hält 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 mit einem Projektor eingangs
genannter Art, bei dem die Kondensorlinse eine Fresnel-Linse
ist, der halbe Feldwinkel der Projektionsoptik 30° bis 45°
beträgt, eine mehr als fünffache Projektionsvergrößerung vor
gesehen ist, und bei dem die Scharfeinstellung des Projekti
onsbildes durch Verstellen der Kondensorlinse und der Abbil
dungslinse erfolgt.
Die Verwendung einer Fresnel-Linse als Kondensorlinse ist von
Vorteil, weil sie einen großen Brechungswinkel hat. Weil der
halbe Feldwinkel der Projektionsoptik 30° bis 45° beträgt und
eine mehr als fünffache Projektionsvergrößerung vorgesehen
ist, wird ein großer Bereich des Abbildungsmaßstabes reali
siert, dabei aber durch Verstellen der Kondensorlinse und der
Abbildungslinse eine hohe Bildqualität, eine optimale Licht
menge und ein guter Kontrast bei jedem Abbildungsmaßstab ge
währleistet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Abbildungslin
se und die Kondensorlinse derart bewegbar, daß weitgehend pa
rallele, auf das Durchlichtbild fallende Lichtstrahlen stets
auf die Eintrittspupille der Abbildungslinse gerichtet sind.
Auf diese Weise können die oben beschriebenen Verluste an
Kontrast dadurch, daß parallel einfallendes Licht nicht in
die Eintrittspupille gelangt, besonders wirkungsvoll vermie
den werden.
Die Kondensorlinse und die Abbildungslinse können in einer
Linseneinheit unter einem vorbestimmten Abstand miteinander
verbunden sein, wobei die Linseneinheit in Richtung der opti
schen Achse der Projektionsoptik bewegbar ist. Bei praktisch
gleichbleibender Bildqualität wird der Aufbau des Projektors
wesentlich vereinfacht.
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. Stattdessen
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,
ml 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 mT und
mw bei Tele-Einstellung bzw. Weitwinkel-Einstellung mit Bezug
auf die Position der ersten Linsengruppe G1 in Fig. 4 ΔT
(Fig. 5) und Δw (Fig. 6) sind. Um die resultierenden Abbil
dungsmaßstäbe mT und mW durch Verstellen der ersten Linsen
gruppe G1 nach links zu erhalten, sind die Abbildungsmaßstäbe
der ersten Linsengruppe G1 mit mT/m2 und mW/m2 angegeben.
Die Verstellungen ΔT und Δw der ersten Linsengruppe G1 erhält
man durch die folgenden Gleichungen:
ΔT = (mT/m2) × f1
ΔW = (mw/m2) × f1
Der Unterschied Δ1 der Verstellung zwischen Tele-Einstellung
und Weitwinkel-Einstellung ist:
Δ1 = ΔT - ΔW = (mW - mT) 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 = (mW - mT) f12 (2)
Darin ist f12 die resultierende Brennweite der ersten und der
zweiten Linsengruppe G1 und G2 . Da |m2| < 1, ergibt sich:
|mW - mT| < |(mW - mT)/m2|
Wenn f12 < f1 für ein noch zu beschreibendes Ausführungsbei
spiel ist, ergibt sich:
|mW - mT|.f12 < |(mW - mT)/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/fB = 1/f2
Daraus ergibt sich
fB = (f2/f1) (f1 - f2)
Da ferner m2 = fB/(f1 - f2), und m2 = f2/f1, gilt für Δ1 auch:
Δ1 = (mW - mT) (f1 2/f2) (3)
Für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung gilt
mT = -0,04
mW = -0,24
f1 = 55,9
f2 = 39,9
mW = -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 mW (Verkleinerung) = -0,24x
x Verstellung der Fresnel-Linse von m = 0x bis mW = -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°)
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 mW (Verkleinerung) = -0,24x
x Verstellung der Fresnel-Linse von m = 0x bis mW = -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 mT = -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 mW = -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 mT = -0,04x
bis mW = -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 mw = -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 mW = -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
mW = -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 mT = -0,04x zu mw = -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 (5)
1. Projektor mit einer Lichtquelle, einem Durchlichtbild,
einem Bildschirm (16) und einer Projektionsoptik (15) mit
Kondensorlinse (13) und Abbildungslinse (14), bei dem das
Licht einer Lichtquelle (11) auf das Durchlichtbild (12)
fällt und über die Projektionsoptik (15) auf den Bild
schirm (16) projiziert wird und die Kondensorlinse (13)
und die Abbildungslinse (14) in Richtung der optischen
Achse relativ zum Durchlichtbild (12) bewegbar sind, da
durch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (13) eine
Fresnel-Linse ist, daß der halbe Feldwinkel der Projekti
onsoptik (15) 30° bis 45° beträgt, daß eine mehr als
fünffache Projektionsvergrößerung vorgesehen ist, und daß
die Scharfeinstellung des Projektionsbildes durch Ver
stellen der Kondensorlinse (13) und der Abbildungslinse
erfolgt.
2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abbildungslinse (14) und die Kondensorlinse (13) der
art bewegbar sind, daß weitgehend parallele, auf das
Durchlichtbild (12) fallende Lichtstrahlen stets auf die
Eintrittspupille (14A) der Abbildungslinse (14) gerichtet
sind.
3. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (13) und die
Abbildungslinse (14) gemeinsam bewegbar sind.
4. Projektor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine
bewegliche Linseneinheit (22), in der die Kondensorlinse
(13) und die Abbildungslinse (14) unter einem vorbestimm
ten Abstand miteinander verbunden sind und die in Rich
tung der optischen Achse der Projektionsoptik (15) beweg
bar ist.
5. Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Bildschirm (16) eine Bild
schirmplatte ist, die aus dem optischen Weg der Projekti
onsoptik (15) herausbewegbar ist.
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Ipc: G03B 21/53 |
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