DE19829518A1 - Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs, Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs sowie großflächiges Laser-Projektions-Display-System mit einem kleinen kompakten optischen System - Google Patents

Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs, Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs sowie großflächiges Laser-Projektions-Display-System mit einem kleinen kompakten optischen System

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Description

Die vorliegende Erfindung für ein Laser-Projektions-Dis­ play-System, welches Bildinformationen auf einen Bildschirm projiziert, betrifft eine Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs in Kompaktbauweise, ein Verfahren zur Strahlengangaufweitung und ein großflächiges Laser- Projektions-Display-System mit einem kleinen optischen System in Kompaktbauweise. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs eingesetzt zwischen einer fokussierenden Linse und einem akusto-optischen Modulator, zwischen dem akusto­ optischen Modulator und einer Kollimatorlinse, oder zwischen der fokussierenden Linse und dem akusto-optischen Modulator sowie auch zwischen dem akusto-optischen Modulator und der Kollimatorlinse
Beschreibung des nächstliegenden Standes der Technik
Das konventionelle Laser-Projektions-Display-System wie es in Fig. 1 dargestellt ist umfaßt einen Laserstrahl als eine Lichtquelle 10 und ein optisches System 20 umfassend einen hochreflektierenden Spiegel 21, der den Lichtweg des Laserstrahls verändert, eine Kollimatorlinse 22, die den Laserstrahl verändert mit einem modifizierten Strahlengang in Form von parallelen Lichtstrahlen und ein reduzierendes Linsensystem 23, 24, um den Querschnitt des aus parallelen Lichtstrahlen bestehenden Laserstrahls zu reduzieren. Das System umfaßt weiterhin ein optisch auftrennendes Untersystem 25 umfassend ein dichroitisches Spiegelsystem 67a, 68a und einen hoch-reflektierenden Spiegel 69a, die den reduzierten Laserstrahl in monochromatische Lichtstrahlen der Farben rot, grün und blau auftrennen (R, G, B) und fokussierende Linsen 64a, 65a, 66a, die den Laserstrahl, der in R, G, B monochromatische Lichtstrahlen aufgetrennt wurde, jeweils auf akusto-optische Modulatoren 61, 62, 63 fokussieren. Die akusto-optischen Modulatoren 61, 62, 63 modulieren den fokussierten Laserstrahl gemäß einem Bildsignal. Die Kollimatorlinsen 64b, 65b, 66b überführen den modulierten Laserstrahl in parallele Strahlenbündel. Das optische integrierende Untersystem 65 umfassend das dichroitische Spiegelsystem 67b, 68b und den hoch-reflektierenden Spiegel 69b faßt die aus parallelen Strahlen bestehenden Laserstrahlen zusammen. Ein polygonaler Spiegel 80 scanned horizontal den durch das optisch integrierende Untersystem zusammengeführten Laserstrahl. Ein Galvanometer 70 ist vorgesehen für das vertikale Scannen, ein fθ Linsensystem 34 ist angeordnet zwischen dem polygonalen Spiegel 80 und einem Bildschirm 90, auf den das Bild projiziert wird.
In dem reduzierenden Linsensystem 23, 24 hat gemäß einer Ausführungsform die vordere Reduzierlinse 23 eine lange Brennweite und die hintere Reduzierlinse 24 hat eine kurze Brennweite.
Das dichroitische Spiegelsystem 67a, 68a und ein hochreflektierender Spiegel 69a spielen eine Rolle bei der Auftrennung von weißem Licht in Lichtstrahlen der Farben rot, grün und blau (R, G, B) und bei der Trennung des Strahlengangs der monochromatischen Lichtstrahlen.
Das dichroitische Spiegelsystem 67b, 68b zusammen mit dem hochreflektierenden Spiegel 69b spielt sowohl eine Rolle bei der Integration des Strahls, der in R, G, B-Komponenten aufgetrennt wurde, wieder zurück in weißes Licht als auch bei der Ablenkung des aus weißem Licht bestehenden Strahls.
Im allgemeinen sind die herkömmlichen Mittel für die Bildwiedergabe Flachelemente wie zum Beispiel Kathoden- Strahl-Röhren (CRTs) oder Flüssig-Kristall-Elemente (LCDs). Jedoch je mehr die Einrichtungen wie CRTs oder LCDs zu solchen vom großflächigem Typ werden, desto schwieriger ist es diese herzustellen und desto stärker nimmt die Auflösung ab. Demgemäß gibt es Grenzen bei der praktischen Verwendung von CRTs oder LCDs als Displayvorrichtungen vom großflächigem Typ.
Die konventionelle Art zur Herstellung großflächiger Displays bestand darin, das Bild durch eine Linse zu vergrößern und dieses auf einen Bildschirm zu projizieren. Jedoch hat dieser Weg Nachteile dahingehend, daß die Wiedergabequalität bei der Projektion auf einen Bildschirm nicht scharf ist und die Helligkeit gering ist, da der Output der Lichtquelle begrenzt ist durch die Temperaturcharakteristik der das Display bildenden Elemente.
Als eine Alternative wurde ein Displayprojektionssystem entwickelt, das einen Laser verwendet. Bei dem Laser- Projektions-Display-System, wie es oben erwähnt ist, bestimmt der horizontale Scannwinkel die Bildschirmgröße in einem Laser-Projektions-Display-System wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Anzahl der Spiegelebenen oder Seiten des polygonalen Spiegels den horizontalen Scannwinkel (θ) gemäß der nachfolgenden Gleichung 1 bestimmt.
Gleichung 1
θ = 720°/Anzahl Spiegelebenen des polygonalen Spiegels.
Beispielsweise im Falle eines 24-flächigen polygonalen Spiegels gemäß Gleichung 1 ist der horizontale Scannwinkel auf 30° festgelegt.
Andererseits bewegt sich das Galvanometer nur aufwärts und abwärts, so daß der vertikale Scannwinkel beliebig eingestellt werden kann.
Daher ist es zur Ausbildung eines Displays, das ein Bildschirmverhältnis von vier oder drei in der Zusammensetzung aufweist, nur möglich, dieses Verhältnis über die Einstellung des vertikalen Scannwinkels zu erhalten.
Zur Ausbildung eines beweglichen Bildes mittels eines NTSC (National Television System Committee) Display-Signals sollten 30 Bilder pro Sekunde durch 525 Scannlinien erzeugt werden. Dies bedeutet, daß 15 750 Scannlinien pro Sekunde erzeugt werden und der Frequenzwert 15,75 Khz beträgt. Im Falle der Präparation eines 24-flächigen polygonalen Spiegels zur Handhabung der Scannlinien mit der erforderlichen Geschwindigkeit sind 24 Scannlinien pro einer Umdrehung gefordert, so daß sich eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 39 375 UPM (Umdrehungen pro Minute) ergibt, die erforderlich ist, um 656,25 Umdrehungen pro 1 Sekunde zu erzeugen, um 15 750 Scannlinien pro Sekunde zu handhaben.
Jedoch hat das konventionelle Projektionsdisplaysystem, wie es oben beschrieben wurde, Schwierigkeiten dahingehend, daß es notwendig ist, mit fokussierenden Linsen 64a, 65a, 66a zu fokussieren, die sehr lange Brennweiten haben, um eine ausreichende Geschwindigkeit der optischen Signalverarbeitung in den akusto-optischen Modulatoren 61, 62, 63 aufrecht zu erhalten. In diesem Fall sollte sich dann der Laserstrahl, der in den akusto-optischen Modulatoren moduliert wird, über einen Bereich bis zu den Kollimatorlinsen 64b, 65b, 66b erstrecken, der ungefähr gleich der Brennweite ist.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt zur Lösung der bekannten Probleme ein Laser-Projektions-Display-System zur Verfügung zu stellen, in dem Vorrichtungen für die Aufweitung des Strahlengangs eingesetzt werden zwischen den fokussierenden Linsen und den akusto-optischen Modulatoren oder zwischen den akusto-optischen Modulatoren und den Kollimatorlinsen, oder zwischen den fokussierenden Linsen und den akusto-optischen Modulatoren und zwischen den akusto­ optischen Modulatoren und den Kollimatorlinsen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs zur Verfügung zu stellen zur Realisierung eines Laser-Projektions-Display-Sys­ tems gemäß der Erfindung, das kompakt ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs in einem optischen System zur Verfügung zu stellen, um den Strahlengang in einem Displaysystem zu verkürzen, das das optische System einschließt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Laser- Projektions-Display-System zur Verfügung zu stellen, das großflächig ist und ein kleines optisches System in Kompaktbauweise aufweist.
Um das genannte Ziel zu erreichen, umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufweitung eines Strahlengangs gemäß der vorliegenden Erfindung:
eine Eintrittsfläche, die eine Anti-Reflexions-Fläche bildet, um Licht einer spezifischen Wellenlänge ohne Reflexion in ein Medium eintreten zu lassen, das einen beliebigen Brechungsindex hat;
eine erste Totalreflexionsfläche, die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs ausgebildet ist unter einem Winkel der Totalreflexion, der bestimmt wird durch den Brechungsindex des Mediums, zur Totalreflexion des Lichts, das von der Eintrittsfläche aus in das Medium eindringt;
eine zweite Totalreflexionsfläche, die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs ausgebildet ist unter einem Winkel der Totalreflexion zur Totalreflexion des Lichts, das von der ersten Totalreflexionsfläche unter einem Winkel der Totalreflexion in dem Medium reflektiert wird;
n dritte Totalreflexionsfläche(n) (n = 0, 1, 2, . . .) ausgebildet in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion zur Bildung eines spezifischen Lichtwegs durch Totalreflexion des Lichts, das von der zweiten Totalreflexionsfläche in dem Medium reflektiert wird;
und eine Austrittsfläche, die eine Anti-Reflexionsfläche bildet, um das Licht, das von der dritten Totalreflexionsfläche reflektiert, wird aus dem Medium austreten zu lassen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche jeweils senkrecht zu dem einfallenden Licht und dem austretenden Licht angeordnet sind.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens für die Aufweitung eines Strahlengangs im Rahmen der Erfindung umfaßt die Schritte:
Eintreten von Licht einer spezifischen Wellenlänge in ein Medium ohne Reflexion;
ein erstes Reflektieren des in das Medium eingetretenen Lichts bei einem Winkel der Totalreflexion, der durch den Brechungsindex des Mediums bestimmt wird;
ein zweites Reflektieren des einmalig in dem Medium reflektierten Lichts unter einem Winkel der Totalreflexion;
ein drittes Reflektieren des zweimalig reflektierten Lichts vorwärts unter einem Winkel der Totalreflexion in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung aus der das Licht in das Medium eingetreten ist;
Wiederholen der Totalreflexionen wie der zweiten Reflexion und der dritten Reflexion zur Bildung eines spezifischen Lichtwegs (Strahlengangs); und
Austretenlassen des reflektierten Lichts aus dem Medium.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei einem großflächigem Laser-Projektions-Display-Systems umfassend eine Laserlichtquelle, ein optisches System zur Erzeugung von beliebigem parallelem Licht aus dem Licht der Lichtquelle, ein optisch auftrennendes Untersystem zur Auftrennung des parallelen Lichts aus dem optischen System in Licht, das eine spezifische Wellenlänge hat, einen akusto­ optischen Modulator, ein Fokussier-Linsen-System für das Fokussieren des Lichts aus dem optisch auftrennenden Untersystem auf den akusto-optischen Modulator, ein Kollimator-Linsen-System zur Umwandlung des aus dem akusto­ optischen Modulator austretenden Lichts in paralleles Licht, ein optisch integrierendes Untersystem für die Zusammenfassung des Lichts von dem Kollimator-Linsen-System in einen Lichtstrahl, und ein optisches System für das Scannen des Lichtstrahls aus dem optisch integrierenden Untersystem horizontal und vertikal, wobei eine Ausführungsform eines großflächigen Laser-Projektions- Display-Systems mit einem kleinen optischen System in Kompaktbauweise gemäß der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen für die Aufweitung des Strahlengangs einschließt, die angeordnet sind zwischen dem Fokussier- Linsen-System und den akusto-optischen Modulatoren, oder zwischen den akusto-optischen Modulatoren und dem Kollimator- Linsen-System, oder zwischen dem Fokussier-Linsen-System und den akusto-optischen Modulatoren sowie auch zwischen den akusto-optischen Modulatoren und dem Kollimator-Lin­ sen-System.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt die Laserlichtquelle weißes Licht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die akusto-optischen Modulatoren, Fokussierlinsen und Kollimatorlinsen jeweils enthalten in jeder von drei Vorrichtungen entsprechend einem Laserstrahl in rot, grün und blau.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind ersichtlich bei Studium der nachfolgenden Detailbeschreibungen, die auf die Zeichnungen Bezug nehmen.
Fig. 1 erläutert einen Aufbau eines herkömmlichen Laser- Projektions-Display-Systems;
Fig. 2 erläutert einen Aufbau eines Laser-Projektions- Display-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht einer Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs in Kompaktbauweise.
Die Bezeichnungen der wichtigsten Symbole, die in den oben genannten Zeichnungen verwendet werden, sind wie folgt:
Bezugszeichenliste
20
optisches System
25
optisch trennendes Untersystem
65
optisch integrierendes Untersystem
21
,
69
a,
69
b hoch-reflektierende Spiegel
64
a,
65
a,
66
a Fokussier-Linsen-System
22
,
64
b,
65
b,
66
b Kollimator-Linsen-System
23
,
24
reduzierendes Linsen-System
230
,
240
Vergrößerungs-Linsen-System
67
a,
67
b,
68
a,
68
b dichroitischer Spiegel
61
,
62
,
63
akusto-optische Modulatoren
70
Galvanometer
31
,
32
Übertragungs-Linsen-System
34
fθ Linsen-System
80
polygonaler Spiegel
90
Bildschirm
100
Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs
101
Eintrittsfläche
102
Austrittsfläche
105
(erste) Totalreflexionsfläche
106
zweite Totalreflexionsfläche
107
dritte Totalreflexionsfläche
L Abstand der Totalreflexionsflächen
Während die Erfindung in vielfältiger Weise modifiziert werden kann und alternative Ausführungsformen denkbar sind, werden spezifische Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen gezeigt und hiernach folgend im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die besonders beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken, sondern vielmehr im Gegenteil die Erfindung alle denkbaren Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfaßt, die in den Schutzumfang und den Gedanken der in den anliegenden Ansprüche definierten Erfindung fallen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Das Laser-Projektions-Display-System der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 erläutert. In dem Vergrößerungs- Linsen-System 230, 240 hat die vordere Vergrößerungslinse 230 eine kurze Brennweite und die hintere Vergrößerungslinse 240 hat eine lange Brennweite. Auf diese Weise wird die Fähigkeit der Modulatoren 61, 62, 63 zur Signalverarbeitung auf einem Maximum gehalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Modulatoren 61, 62, 63 akusto-optische Modulatoren. Jedoch können auch andere äquivalente Modulatoren, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, eingesetzt werden.
Das dichroitische Spiegelsystem 67a, 68a und der Hochreflexionsspiegel 69a trennen weißes Licht in Strahlen von rotem, grünem und blauem monochromatischem Licht und lenken die Strahlen des monochromatischen Lichts ab. Das dichroitische Spiegelsystem 67b, 68b und der hoch­ reflektierende Spiegel 69 führen jeweils das in rote, grüne und blaue Komponenten aufgetrennte Licht wieder in weißes Licht zusammen und dienen zur Strahlablenkung des weißen Lichts.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Laserlichtquelle, die weißes Licht aussendet. Jedoch können auch äquivalente Lichtquellen im Rahmen der Erkenntnis des Durchschnittsfachmanns verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Modulatoren, das Fokussier-Linsen-System und das Kollimator-Linsen-System jeweils von drei Vorrichtungen umfaßt, die den Laserstrahlen der roten, grünen und blauen Frequenzen jeweils entsprechen.
Der Aufbau der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs 100 und das Verfahren zur Aufweitung des Strahlengangs gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Der Strahl der in dem optisch trennenden Untersystem 25 aufgetrennt wird, wird mehrmals reflektiert (gefaltet) in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs 100 bevor er in die akusto-optischen Modulatoren 61, 62, 63 eintritt. Daher wird der Raumbedarf, den das kompakte optische System in dem herkömmlichen System in Anspruch nimmt reduziert und die Reduzierung macht das Laser-Projektions-Display-System insgesamt kleiner.
Die Vorrichtung 100 zur Aufweitung des Strahlengangs gemäß der vorliegenden Erfindung wird dadurch charakterisiert, daß sie eine Eintrittsfläche 101 umfaßt, die eine geringe Reflexion aufweist, sowie eine eine mit geringe Reflexion aufweisende Austrittsfläche 102 und verschiedene Totalreflexionsflächen 105, 106, 107. Der Laserstrahl tritt durch die Eintrittsfläche 101 hindurch in das Medium ein, das die Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs bildet. Der eingetretene Laserstrahl bewegt sich zunächst geradlinig und wird dann mehrere Male durch die Totalreflexionsflächen 105, 106, 107 . . . reflektiert, um schließlich das Medium durch die Austrittsfläche 102 zu verlassen.
Dies bedeutet, daß das herkömmliche Fokussier-Linsen-System einen optischen Weg aufweist, der geradlinig ist. Im Gegensatz dazu ist es im Einklang mit der vorliegenden Erfindung möglich, den optischen Weg durch Verwendung eines kürzeren kompakten optischen Systems aufgrund wiederholter Reflexionen des Laserstrahls in der Vorrichtung 100 für die Aufweitung des Strahlengangs an mehreren Totalreflexionsflächen zu verlängern. Der Abstand zwischen den Fokussierlinsen 64a, 65a, 66a und den akusto-optischen Modulatoren 61, 62, 63 beträgt in der herkömmlichen Technik 30 cm. Im Gegensatz dazu, kann die vorliegende Erfindung eine vergleichbare Effektivität erreichen unter Verwendung eines Abstands von lediglich etwa 5 cm.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, tritt der Laserstrahl durch die Eintrittsfläche 101 in das Medium der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs ein. Die Totalreflexionsflächen 105, 106 und 107 reflektieren den eingetretenen Laserstrahl. Die Totalreflexionsfläche 107 besteht aus zwei Teilflächen 107-1 und 107-2. Der Laserstrahl verläßt nach der Reflexion an den Reflexionsflächen 105, 106, 107 das Medium durch die Austrittsfläche 102 in der gleichen Richtung, in der er in die Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs Eintrittsfläche eingetreten ist, und wird dann in die Modulatoren 61, 62, 63 geleitet.
Der gesamte Strahlengang kann wiedergegeben werden als 3 (Faltordnung) × 5 cm (L) × n (Brechungsindex der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs) + n (Brechungsindex der Totalreflexionsfläche) × 2d (Abstand zwischen den gefalteten Strahlen). Wenn die Faltordnung erhöht wird, ist es möglich, die Länge (L) der Vorrichtung 100 für die Aufweitung des Strahlengangs weiter zu reduzieren. Somit kann die Faltordnung eine wichtige Rolle bei der Herstellung eines kleindimensionierten Laser-Projektions-Display-Systems spielen.
Die Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
eine Eintrittsfläche 101, die eine Anti-Reflexionsfläche bildet, um Licht einer spezifischen Wellenlänge ohne Reflexion in ein Medium einzulassen, das einen beliebigen Brechungsindex hat;
eine erste Totalreflexionsfläche 105, die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion ausgebildet ist, der bestimmt wird durch den Brechungsindex des Mediums für die Totalreflexion des Lichts, das durch die Eintrittsfläche in das Medium eintritt;
eine zweite Totalreflexionsfläche 106, die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion ausgebildet ist, für die Totalreflexion des Lichts, das von der ersten Totalreflexionsfläche unter dem Winkel der Totalreflexion in dem Medium reflektiert wird;
n dritte Totalreflexionsfläche(n) 107 (n = 0, 1, 2, . . .), die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion ausgebildet sind, zur Bildung eines spezifischen optischen Weges durch Totalreflexion des Lichts, das von der zweiten Totalreflexionsfläche in das Medium reflektiert wird;
und eine Austrittsfläche 102, die eine Anti-Reflexionsebene bildet, um das Licht, das von der dritten Totalreflexionsfläche reflektiert wird, aus dem Medium austreten zu lassen.
Das Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs mit einer Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs, die aufgebaut ist, wie dies oben beschrieben wurde, umfaßt die Schritte:
Das Eintreten von Licht einer spezifischen Wellenlänge in ein Medium ohne Reflexion;
ein erstes Reflektieren des eingetretenen Lichts in dem Medium unter einem Winkel der Totalreflexion, der von dem Brechungsindex des Mediums bestimmt wird;
ein zweites Reflektieren des zuerst reflektierten Lichts in dem Medium unter dem Winkel der Totalreflexion;
ein drittes Reflektieren des zum zweiten Mal reflektierten Lichts vorwärts unter dem Winkel der Totalreflexion, so daß sich das Licht in eine Richtung bewegt, die entgegengesetzt ist zu der Richtung, aus der das Licht in das Medium eingetreten ist;
Wiederholen der Totalreflexionen wie bei der zweiten Reflexion und der dritten Reflexion zur Ausbildung eines spezifischen optischen Wegs und
Austreten des reflektierten Lichts aus dem Medium.
Da die Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs gemäß der vorliegenden Erfindung wie sie oben beschrieben wurde eingesetzt wird zwischen einem Fokussier-Linsen-System und Modulatoren, oder zwischen Modulatoren und einem Kollimator-Linsen-System, oder zwischen dem Fokussier-Lin­ sen-System und den Modulatoren sowie auch zwischen den Modulatoren und dem Kollimator-Linsen-System und da sie so aufgebaut ist, daß der Laserstrahl mehrfach reflektiert wird in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs, ist es möglich, die Größe des Laser-Projektions-Display-Systems zu verringern.

Claims (13)

1. Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs umfassend
  • - eine Eintrittsfläche (101), die eine Anti-Re­ flexionsfläche bildet, um Licht einer spezifischen Wellenlänge ohne wesentliche Reflexion in ein Medium eintreten zu lassen, das einen beliebigen Brechungs­ index aufweist;
  • - eine erste Totalreflexionsfläche (105), die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion ausgebildet ist, der durch den Brechungsindex des Mediums bestimmt wird, für die Totalreflexion des Lichts, das durch die Eintrittsfläche (101) in das Medium eintritt;
  • - eine zweite Totalreflexionsfläche (106), die in der Vorrichtung (100) für die Aufweitung des Strahlengangs unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion aus­ gebildet ist, für die Totalreflexion des Lichts, das von der ersten Totalreflexionsfläche (105) unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion in dem Medium reflektiert wird;
  • - n (n = 0, 1, 2, . . .) dritte Totalreflexionsfläche(n) (107-1, 107-2), die in der Vorrichtung (100) für die Aufweitung des Strahlengangs unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion ausgebildet sind, zur Erzeugung eines spezifischen optischen Weges durch Totalreflexion des Lichts, das von der zweiten Totalreflexionsfläche (106) in dem Medium reflektiert wird; und
  • - eine Austrittsfläche (102), die eine Anti-Re­ flexionsfläche bildet, um das Licht, das von der dritten Totalreflexionsfläche (107-1, 107-2) reflektiert wird, aus dem Medium austreten zu lassen.
2. Vorrichtung für die Aufweitung eines Strahlengangs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche (101) und die Austrittsfläche (102) jeweils senkrecht zu dem eintretenden beziehungsweise austretenden Licht ausgerichtet sind.
3. Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs, durch das ein Verfahren zur Verkürzung eines Strahlengangs realisiert werden kann, wobei das Verfahren zur Aufweitung eines Strahlengangs folgende Verfahrensschritte umfaßt:
  • - das Eintreten von Licht einer spezifischen Wellenlänge ohne wesentliche Reflexion in ein Medium;
  • - ein erstes Reflektieren des eingetretenen Lichts in dem Medium unter einem Winkel der Totalreflexion, der von dem Brechungsindex des Mediums bestimmt wird;
  • - ein zweites Reflektieren des zuerst reflektierten Lichts in dem Medium unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion;
  • - ein drittes Reflektieren des zum zweiten Mal reflektierten Lichts unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion in eine Richtung, die entgegen­ gesetzt ist zu der Richtung, aus der das Licht in das Medium eingetreten ist;
  • - Wiederholen der Totalreflexionen, wie bei der zweiten und der dritten Reflexion zur Ausbildung eines spezifischen optischen Wegs; und
  • - Austreten des reflektierten Lichts aus dem Medium.
4. Kleines kompaktes optisches System in einem großflächigen Laser-Projektions-Display-System, wobei das Laser- Projektions-Display-System umfaßt eine Laserlichtquelle (10), ein optisches System (20) zur Umwandlung des von der Laserlichtquelle (10) ausgesandten Lichts in beliebiges paralleles Licht, ein optisch trennendes Untersystem (25) zur Auftrennung des parallelen Lichts aus dem optischen System (20) in Licht einer spezifischen Wellenlänge, Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) zur Fokussierung des aus dem optisch trennenden Untersystem (25) austretenden Lichts auf die Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) zur Umwandlung des aus den Modulatormitteln (61, 62, 63) austretenden Lichts in paralleles Licht, ein optisch integrierendes Untersystem (65) zur Zusammenführung des aus dem Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) austretenden Lichts in einen Strahl, und ein optisches System (31, 32, 70, 80) zum horizontalen und vertikalen Scannen des aus dem optisch integrierenden Untersystems (65) austretenden Lichts, wobei das kleine kompakte optische System eine Vorrichtung (100) für die Aufweitung eines Strahlengangs umfaßt, die zwischen dem Fokussier- Linsen-System (64a, 65a, 66a) und den Modulationsmitteln (61, 62, 63) oder zwischen dem Modulationsmitteln (61, 62, 63) und dem Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) oder zwischen dem Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) und den Modulatormitteln (61, 62, 63) sowie zwischen den Modulatormitteln (61, 62, 63) und dem Kollimator-Lin­ sen-System (64b, 65b, 66b) angeordnet ist.
5. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System mit einem kleinen kompakten optischen System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100) für die Aufweitung eines Strahlengangs umfaßt:
  • - eine Eintrittsfläche (101), die eine Anti-Re­ flexionsfläche bildet, um Licht einer spezifischen Wellenlänge ohne wesentliche Reflexion in ein Medium eintreten zu lassen, das einen beliebigen Brechungs­ index aufweist;
  • - eine erste Totalreflexionsfläche (105), die in der Vorrichtung für die Aufweitung des Strahlengangs unter einem Winkel der Totalreflexion ausgebildet ist, der durch den Brechungsindex des Mediums bestimmt wird, für die Totalreflexion des Lichts, das durch die Eintrittsfläche (101) in das Medium eintritt;
  • - eine zweite Totalreflexionsfläche (106), die in der Vorrichtung (100) für die Aufweitung des Strahlengangs unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion aus­ gebildet ist, für die Totalreflexion des Lichts, das von der ersten Totalreflexionsfläche (105) unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion in dem Medium reflektiert wird;
  • - n (n = 0, 1, 2, . . .) dritte Totalreflexionsfläche(n) (107-1, 107-2), die in der Vorrichtung (100) für die Aufweitung des Strahlengangs unter dem vorgenannten Winkel der Totalreflexion ausgebildet sind, zur Erzeugung eines spezifischen optischen Weges durch Totalreflexion des Lichts, das von der zweiten Totalreflexionsfläche (106) in dem Medium reflektiert wird; und
  • - eine Austrittsfläche (102), die eine Anti-Re­ flexionsfläche bildet, um das Licht, das von der dritten Totalreflexionsfläche (107-1, 107-2) reflektiert wird, aus dem Medium austreten zu lassen.
6. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche (101) und die Austrittsfläche (102) jeweils senkrecht zu dem eintretenden Licht beziehungsweise zu dem austretenden Licht ausgerichtet sind.
7. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (10) weißes Licht erzeugt.
8. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle weißes Licht erzeugt.
9. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel (61, 62, 63), das Fokussier-Lin­ sen-System (64a, 65a, 66a) und das Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) jeweils in jeder von drei Vorrichtungen enthalten sind, die jeweils einem Laserstrahl von roter, grüner beziehungsweise blauer Frequenz entsprechen.
10. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel (61, 62, 63), das Fokussier-Lin­ sen-System (64a, 65a, 66a) und das Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) jeweils in jeder von drei Vorrichtungen enthalten sind, die jeweils einem Laserstrahl von roter, grüner beziehungsweise blauer Frequenz entsprechen.
11. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System umfassend:
eine Laserlichtquelle (10), ein optisches System (20) zur Umwandlung des von der Laserlichtquelle (10) ausgesandten Lichts in beliebiges paralleles Licht, ein optisch trennendes Untersystem (25) zur Auftrennung des parallelen Lichts aus dem optischen System (20) in Licht einer spezifischen Wellenlänge, Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) zur Fokussierung des aus dem optisch trennenden Untersystem (25) austretenden Lichts auf die Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) zur Umwandlung des aus den Modulatormitteln (61, 62, 63) austretenden Lichts in paralleles Licht, ein optisch integrierendes Untersystem (65) zur Zusammenführung des aus dem Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) austretenden Lichts in einen Strahl, und ein optisches System (31, 32, 70, 80) zum horizontalen und vertikalen Scannen des aus dem optisch integrierenden Untersystems (65) austretenden Lichts; und
eine Vorrichtung (100) für die Aufweitung eines Strahlengangs nach Anspruch 1, die zwischen dem Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) und den Modulationsmitteln (61, 62, 63) angeordnet ist.
12. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System umfassend:
eine Laserlichtquelle (10), ein optisches System (20) zur Umwandlung des von der Laserlichtquelle (10) ausgesandten Lichts in beliebiges paralleles Licht, ein optisch trennendes Untersystem (25) zur Auftrennung des parallelen Lichts aus dem optischen System (20) in Licht einer spezifischen Wellenlänge, Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) zur Fokussierung des aus dem optisch trennenden Untersystem (25) austretenden Lichts auf die Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) zur Umwandlung des aus den Modulatormitteln (61, 62, 63) austretenden Lichts in paralleles Licht, ein optisch integrierendes Untersystem (65) zur Zusammenführung des aus dem Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) austretenden Lichts in einen Strahl, und ein optisches System (31, 32, 70, 80) zum horizontalen und vertikalen Scannen des aus dem optisch integrierenden Untersystems (65) austretenden Lichts; und
eine Vorrichtung (100) für die Aufweitung eines Strahlengangs nach Anspruch 1, die zwischen den Modulationsmitteln (61, 62, 63) und dem Kollimator- Linsen-System (64b, 65b, 66b) angeordnet ist.
13. Großflächiges Laser-Projektions-Display-System umfassend:
eine Laserlichtquelle (10), ein optisches System (20) zur Umwandlung des von der Laserlichtquelle (10) ausgesandten Lichts in beliebiges paralleles Licht, ein optisch trennendes Untersystem (25) zur Auftrennung des parallelen Lichts aus dem optischen System (20) in Licht einer spezifischen Wellenlänge, Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) zur Fokussierung des aus dem optisch trennenden Untersystem (25) austretenden Lichts auf die Modulationsmittel (61, 62, 63), ein Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) zur Umwandlung des aus den Modulatormitteln (61, 62, 63) austretenden Lichts in paralleles Licht, ein optisch integrierendes Untersystem (65) zur Zusammenführung des aus dem Kollimator-Linsen-System (64b, 65b, 66b) austretenden Lichts in einen Strahl, und ein optisches System (31, 32, 70, 80) zum horizontalen und vertikalen Scannen des aus dem optisch integrierenden Untersystems (65) austretenden Lichts; und
eine Vorrichtung (100) für die Aufweitung eines Strahlengangs nach Anspruch 1, die sowohl zwischen dem Fokussier-Linsen-System (64a, 65a, 66a) und den Modulationsmitteln (61, 62, 63) als auch zwischen den Modulationsmitteln (61, 62, 63) und dem Kollimator- Linsen-System (64b, 65b, 66b) angeordnet ist.
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