DE19948537C1 - Einrichtung zum Homogenisieren eines aus einer Lichtquelle stammenden Lichtbündels - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung zum Homogenisieren eines aus mindestens einer Lichtquelle (8) stammenden Lichtbündels mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche für das Lichtbündel, dessen Intensitätsmaximum sich entlang einer zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche erstreckenden Achse ausbreitet, wobei für eine Führung des Lichtbündels Flächen (14) mit ihrer Normalen senkrecht zur Achse vorgesehen und reflektierend ausgebildet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Achse an mindestens einer Stelle (28) gewinkelt ist und an dieser Stelle ein optisches System angeordnet ist, das mindestens eine verspiegelte Fläche (38) aufweist, welche die Achse an einer Seite der Stelle (28) auf die andere Seite geometrisch spiegelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Homogenisieren eines aus mindestens einer Lichtquelle stammenden Lichtbündels mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche für das Lichtbündel, dessen Intensitätsmaximum sich entlang einer zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche erstreckenden Längsachse ausbreitet, wobei für eine Führung des Lichtbündels Flächen mit ihrer Normalen senkrecht zur Achse vorgesehen und reflektierend ausgebildet sind. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung der Einrichtung.

Derartige Einrichtungen zum Homogenisieren eines aus einer Lichtquelle stammenden Lichtbündels sind beispielsweise als Lichtmischstab oder Lichtintegrator bekannt. Sie werden zum gleichmäßigen Ausleuchten eines Beleuchtungsfeldes, beispielsweise für Mikroskopbeleuchtungen, eingesetzt. Die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung ist abhängig von der Länge und dem Querschnitt des Lichtmischstabes sowie von der Größe des Beleuchtungsfeldes an der Eintrittsfläche sowie der Apertur der Strahlungsquelle.

Solche Einrichtungen werden beispielsweise bei Mikroskopbeleuchtungen eingesetzt oder auch bei der Projektion von Bildern, wie es beispielsweise in der DE 198 19 245 C1 beschrieben ist. Die hier gezeigte Einrichtung läßt sich, wie später noch deutlicher wird, jedoch auch noch für andere Zwecke einsetzen, so daß die Verwendung als Lichtmischstab bzw. Integrator nur ein Teilgebiet des technischen Bereichs ist, der von der Erfindung erfaßt wird, die hier allgemeiner mit "Einrichtung zum Homogenisieren" bezeichnet wird.

Ein Lichtmischstab nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in der DE 198 19 245 C1 beschrieben wird, ist ein quaderförmiger Körper, dessen Mantelfläche verspiegelt ist. Licht, das in die Grundfläche des länglichen Quaders einfällt, wird an dessen Flächen hin- und herreflektiert, so daß der Ursprung des Lichtes verloren geht und am Ausgang des Mischstabes ein homogenisiertes Lichtbündel erzeugt wird. Bei einem länglichen, quaderförmigen Stab kann man die Totalreflexionen an den Seitenflächen ausnutzen, wodurch Lichtverluste vernachlässigbar werden.

Bei der in der DE 198 19 245 C1 beschriebenen Anwendung wird Licht in eine derartige Einrichtung zum Homogenisieren eingekoppelt, wodurch das ausgekoppelte Licht durch Mehrfachreflexion homogenisiert und mittels einer weiteren Optik auf eine Kippspiegelmatrix gerichtet wird. Mit dieser Matrix werden elektronisch Bildinhalte in bekannter Weise dargestellt. Das von der Matrix reflektierte Licht wird dann anschließend mit Hilfe einer Projektionsoptik auf einen Schirm geworfen, so daß das Bild für einen Beobachter sichtbar wird.

Die folgende Darstellung der Erfindung ist im wesentlichen auf derartige Projektoren mit LCD- oder Kippspiegelmatrizen gerichtet, die Erfindung ist aber auch anderweitig einsetzbar. Ähnliche Probleme wie bei der Großprojektionstechnik treten auch bei anderen Beleuchtungsanwendungen auf, so daß sich die Erfindung weit vielfältiger einsetzen läßt.

Die Anwendung in der Großprojektionstechnik erfordert erstens möglichst geringe Lichtverluste in der Einrichtung zum Homogenisieren, da die heute verfügbaren Lichtquellen gerade ausreichend Licht zur Verfügung stellen und sogar mehr Licht erwünscht ist. Große Lichtverluste sind nicht tolerierbar. Zweitens ist man bestrebt, derartige Projektoren möglichst klein zu bauen, damit sie beispielsweise auf Messen zur Bildprojektion verwendet werden, jedoch in einer Aktentasche Platz finden können.

Man könnte daran denken, die Kompaktheit derartiger Projektionsgeräte dadurch zu erhöhen, daß man die Einrichtung zum Homogenisieren so kurz und klein wie möglich auslegt. Der Miniaturisierung sind jedoch Grenzen gesetzt:

Der Querschnitt eines beispielhaft eingesetzten Lichtmischstabes darf nicht kleiner als der erreichbare Fokus der Lampe sein, so daß sich eine Obergrenze für den Querschnitt ergibt. Der Mischgrad ist ferner wesentlich abhängig von der Anzahl der Reflexionen, wodurch auch das Verhältnis der Länge zur Kantenlänge des Querschnitts und die so insgesamt minimale Länge festgelegt ist. Das bedeutet, die erforderlichen Abmessungen für den Lichtmischstab lassen sich nicht beliebig unterschreiten. Bei Planung beispielsweise eines Großbildprojektors, der leicht in einer Aktentasche transportiert werden kann, ist man zumindest an diese Grenze gebunden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zum Homogenisieren zu schaffen, die eine Miniaturisierung von Geräten, insbesondere Großprojektionsgeräten, erlaubt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer gattungsgemäßen Einrichtung zum Homogenisieren die Achse an mindestens einer Stelle gewinkelt ist und an dieser Stelle ein optisches System angeordnet ist, das mindestens eine verspiegelte Fläche, welche die Achse geometrisch spiegelt, und ein Prisma, aufweist, dessen Grenzflächen für flach auftreffende Lichtstrahlen reflektierend sind.

Eine Winkelung der Achse hat auch eine Winkelung der Einrichtung zum Homogenisieren zur Folge. Eine derartige Winkelung erlaubt es beispielsweise, die Einrichtung zum Homogenisieren in einem rechten Winkel auszubilden oder U-förmig aufzubauen, wodurch der Platzbedarf wesentlich vermindert wird.

Eine derartige Winkelung hätte der Fachmann aber gar nicht in Betracht gezogen, da die Reflexionsbedingungen an den Seitenflächen, beispielsweise eines Mischstabes, bei einer Änderung des Winkels, aus der Totalreflexionsbedingung herausführen würde und ein großer Lichtverlust zu befürchten gewesen wäre.

Erst das weitere Merkmal der Erfindung, daß ein optisches System mit einer verspiegelten Fläche vorgesehen ist, das die Fortpflanzungsrichtung des Lichtbündels in gleicher Weise ändert wie die Achse, erlaubt eine derartige Winkelung, wodurch die Kompaktheit beispielsweise eines Großprojektionsgeräts erst ermöglicht wird.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung schließt die Normale der Eingangsfläche einen Winkel mit der Normalen der Ausgangsfläche ein, d. h. das einfallende Licht wird beispielsweise rechtwinkelig um eine Ecke geführt. Die späteren Ausführungsbeispiele zeigen, daß aufgrund dieser Richtungsänderung auch die einzelnen optischen Systeme zur Beleuchtung günstiger angeordnet werden können, was insbesondere die Kompaktheit erhöht.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Körper in der Form von geometrischen Prismen vorgesehen, deren Achsen einen Winkel bilden, wodurch die gewinkelte Achse geschaffen ist. Ferner ist dabei das optische System ein optisches Prisma zum Umlenken des Lichts, dessen Grenzflächen für flach auffallende Lichtstrahlen reflektierend sind.

Bei einem Prisma zum Umlenken des Lichts kann man die spiegelnde Fläche beispielsweise durch Totalreflexion an einer Prismenseite leicht verwirklichen, wobei die Verluste wesentlich geringer sind als es beispielsweise durch eine metallische reflektierende, eventuell vergütete Fläche möglich ist.

Allerdings würde ein Prisma auch Strahlengänge erlauben, die direkt von einem Körper in den anderen Körper führen, wodurch die zuvor beschriebene Situation auftreten könnte, daß die Winkel der Lichtstrahlen so geändert werden, daß eine Totalreflexion an den seitlichen Flächen der Körper nicht mehr für alle Lichtstrahlen erfolgt. Wie vorhergehend diskutiert, würden dadurch große Verluste auftreten.

Deshalb sind die Grenzflächen des optischen Prismas zu den Körpern für flach auffallende Lichtstrahlen reflektierend, was man beispielsweise mit speziellen dielektrischen Schichten oder durch eine besondere Beugungsstruktur erreichen kann.

Diese Schichten kann man in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sehr einfach dadurch verwirklichen, daß das optische Prisma durch mindestens eine Schicht niedrigeren Brechungsindex als der des Materials des optischen Prismas von den beiden Körpern getrennt ist, so daß für auf die Grenzfläche flach auffallende Lichtstrahlen Totalreflexion eintritt. Durch Auswahl des niederen Brechungsindex wird somit genau der Winkelbereich ausgewählt, in dem die Totalreflexion eine maximale Transmission der Einrichtung zum Mischen ergibt.

Der niedrigst mögliche Brechungsindex ist der des Vakuums. Ähnlich gering ist der Brechungsindex von Luft oder anderen möglichen Umgebungsatmosphären, wenn beispielsweise die Einrichtung zum Mischen unter einer Edelgasatmosphäre eingesetzt wird. Deshalb sieht diese Ausführungsform gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Schicht aus der Umgebungsatmosphäre gebildet ist, indem ein Spalt zwischen einer Grenzfläche und mindestens einem der Körper vorgesehen ist.

Insbesondere ist für die Materialwahl vorgesehen, daß die beiden Körper sowie das Prisma aus transparentem Material, wie Glas oder Acrylglas (Plexiglas), bestehen und daß die Schicht ein Luftspalt ist. Mit Glas oder Acrylglas läßt sich bei Beachtung des Einkoppelwinkels in Abhängigkeit des Berechnungsindex Totalreflexion für die ganze Einrichtung zum Mischen herstellen. Insbesondere sind diese Materialien auch technologisch gut zu behandeln, um die für eine Totalreflexion erforderliche Gleichmäßigkeit zu garantieren. Durch den Spalt sind dann auch die Grenzflächen für flach auffallende Lichtstrahlen in geeigneter Weise reflektierend ausgebildet.

Vorhergehend wurde schon ausgeführt, daß die spiegelnde Fläche durch das optische Prisma mit Hilfe der Totalreflexion an einer Prismenseite verwirklicht werden kann. Unter Umständen, insbesondere bei sehr großen Winkelungen, kann dabei allerdings nicht für alle Strahlen Totalreflexion erreicht werden. Um auch hier möglichst wenig Verluste zu garantieren, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die spiegelnde Fläche als eine nicht an den Körpern anliegende verspiegelte Seite des optischen Prismas ausgebildet ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da sie nicht nur ein Homogenisieren von Lichtbündeln gestattet, sondern auch das Zusammenführen verschiedener Lichtbündel, beispielsweise aus Lichtquellen verschiedener Farben für eine Farbdarstellung in einem Großprojektionsgerät. Diese Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Eingangsflächen und zugeordnete Ausgangsflächen sowie gewinkelte Achsen vorgesehen sind, wobei die Ausgangsflächen parallel sind und eine Seite eines Körpers in Form eines geometrischen Prismas mündet. Auch dieses Ausführungsbeispiel wird im folgenden noch eingehender beschrieben werden.

Wie vorstehend schon deutlich geworden ist, läßt sich die Einrichtung besonders gut bei einem Projektionsgerät gemäß der DE 198 19 245 C1 einsetzen. In der in dieser Druckschrift dargestellten Anordnung ist ein gefalteter Strahlengang vorgesehen. Aufgrund der Winkelung der Einrichtung zum Homogenisieren läßt sich ein derartiger gefalteter Strahlengang noch platzsparender ausbilden, da die Faltung erfindungsgemäß innerhalb der Einrichtung zum Mischen vorgenommen werden kann.

Demgemäß ist erfindungsgemäß eine Verwendung einer Einrichtung zum Homogenisieren in einer Vorrichtung mit einem ansteuerbaren bilderzeugenden Element, mit einer Projektionsoptik zum Sichtbarmachen eines auf dem bilderzeugenden Element dargestellten Bildes und mit einer Beleuchtungsoptik zum Beleuchten des bilderzeugenden Elements vorgesehen, wobei ein gefalteter Strahlengang des auf das Bild erzeugende Element gerichteten Lichts vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zumindest teilweise den gefalteten Strahlengang bildet.

Bei bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verwendung ist das bilderzeugende Element reflektierend ausgebildet. Auch kann es sich bei dem bilderzeugenden Element um eine Matrix aus elektronisch einstellbaren Bildelementen und insbesondere um Kippspiegel, eine Kippspiegelmatrix oder LCD-Matrizen handeln.

Einen besonders hohen Kompaktheitsgrad erreicht man weiter durch Reduzierung der Anzahl optischer Elemente, indem ein Teil einer auf das bilderzeugende Element gerichteten Beleuchtungsoptik gleichzeitig Teil der Projektionsoptik ist.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Großprojektionsgerät mit einer Einrichtung zum Homogenisieren gemäß Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Großprojektionsgerätes mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Homogenisieren;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Homogenisieren;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Homogenisieren;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Homogenisieren, das auch zum Mischen zweier Lichtbündel eingesetzt werden kann;

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel, jedoch unter Verwendung des in Fig. 5 gezeigten strukturellen Aufbaus; und

Fig. 7 bis 9 verschiedene perspektivische Darstellungen für konkrete Ausführungsbeispiele von Videoprojektionsgeräten unter Einsatz von erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Homogenisieren.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei schematische Darstellungen von Großprojektionsgeräten gezeigt, anhand derer ein möglicher Einsatz der Einrichtung zum Homogenisieren gezeigt werden kann, wenn auch diese Anwendung nicht den einzig möglichen Einsatz der Einrichtung zeigt. Jedoch können dabei wesentliche Eigenschaften der Erfindung deutlich gemacht werden.

Ein Bild wird elektronisch als Bildpunktraster auf einer LCD-Matrix oder Kippspiegelmatrix durch Ansteuerung mit elektrischen Signalen dargestellt. Dieses Bild wird mittels einer Projektionsoptik 4 auf einen Schirm 6 projiziert, auf dem es für einen Beobachter sichtbar wird. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der Matrix 2 zu erzielen, wird das Licht von einer Lichtquelle 8 mit Hilfe einer Einkoppeloptik 10 in eine Einrichtung zum Homogenisieren 12 eingeleitet. Dort reflektiert das Licht, wie gezeigt, an reflektierenden Seitenflächen 14 hin und her, so daß der Ursprung des Lichterzeugungsprozesses am Ausgang der Einrichtung zum Homogenisieren verloren geht, und ein gegenüber einer Direktbeleuchtung wesentlich gleichmäßig ausgeleuchteteres Bildfeld entsteht, das mit Hilfe einer Auskoppeloptik 16 zur Beleuchtung auf die Matrix 2 gerichtet wird.

In Fig. 2 ist das gleiche Projektionsgerät wie in Fig. 1 gezeigt, wobei die Einrichtung zum Homogenisieren 12 aber im Unterschied zu Fig. 1 nicht nur mischt, sondern das Lichtbündel gleichzeitig im rechten Winkel umlenkt. Deutlich ist erkennbar, daß dieses Projektionsgerät gemäß Fig. 2 weniger Platz benötigt als das von Fig. 1. Allerdings ist es wenig empfehlenswert, die schematisch dargestellte Einrichtung zum Homogenisieren 12, wie dargestellt, lediglich als gewinkelten Mischstab auszubilden, da, wie man sich leicht durch Einzeichnen von Strahlengängen überzeugt, zur Totalreflexion nötige flache Winkel, wie sie in Fig. 1 an den Seitenflächen 14 in einem Schenkel auftreten, durch die Abwinkelung der Einrichtung zum Mischen im anderen Schenkel in steile Winkel umgeformt werden, so daß dort aufgrund verminderter Totalreflexion ein Lichtverlust zu befürchten ist.

Wie eine derartige winkelige Einrichtung zur Homogenisierung 12 ausgebildet werden sollte, ist in zwei Ausführungsbeispielen in den Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt.

Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung zum Homogenisieren 12 weist zwei Körper 20 und 22 auf, die beide dieselbe Wirkung wie ein Lichtintegrator oder Mischstab haben und dadurch sowohl durch Totalreflexion als auch durch Einsatz verspiegelter Flächen homogenisieren. Jeder dieser Körper 20 und 22 hat eine eigene Achse 24 und 26, entlang der sich der Intensitätsschwerpunkt eines Lichtbündels durch Reflexion an den Seiten der Körper 20 und 22 ausbreitet. An einer Stelle 28 ist ein Spiegel 32 vorgesehen, der dafür sorgt, daß das geometrische Spiegelbild des Körpers 20 bzw. der Achse 24 in der gleichen Richtung verläuft wie der Körper 22 bzw. die Achse 26.

Das hat zur Folge, daß dieselben Winkelbedingungen für die Reflexion an den Seitenflächen 14 sowohl beim Körper 20 als auch beim Körper 22 auftreten. Die Totalreflexionsbedingungen bleiben damit in beiden Körpern 20 und 22 erhalten. Ein wesentlicher Lichtverlust ist nicht zu befürchten.

Zur Verbesserung der Bedingungen für die Ein- und Auskoppeloptik sind in Fig. 3 noch zwei Linsen 30 eingezeichnet, die zusammen mit der spiegelnden Fläche 28 ein optisches System zum Umlenken bilden.

Die Linsen in Fig. 3 können in der Praxis auch durch komplexere optische Systeme verwirklicht sein. Sie können aber auch in den Körpern 20 und 22 integriert sein, indem an den Ein- und Austrittsflächen 34 der Körper 20 und 22 entsprechende Wölbungen vorgesehen sind. Damit wird die in Fig. 3 zur näheren Erläuterung etwas genauer dargestellte Einrichtung zum Mischen 12 auch weniger aufwendig. Die Körper 20 und 22 mit integrierten Linsen 30 können beispielsweise aus Acrylglas (Plexiglas) als Formteile hergestellt werden. Die Fertigung eines Spiegels 32 bedeutet ebenfalls keine wesentliche Schwierigkeit.

In Fig. 4 ist das optische System 32 dagegen durch ein einfaches Prisma 36 verwirklicht, das zum Umlenken an der außenseitigen Prismenfläche 38 verspiegelt ist. Auf diese Verspiegelung kann man verzichten, wenn die je nach Konstruktionsweise auftretenden Winkel ausschließlich Totalreflexion gestatten.

In Fig. 4 ist ferner beispielsweise ein Lichtstrahl 40 eingezeichnet, der nach Verlassen des Körpers 22 auf die spiegelnde Fläche 38 auftrifft. Wie man aus Fig. 4 erkennt, treten dann im Körper 20 die gleichen Winkel auf wie im Körper 22.

In Fig. 4 sind weiter zwei Luftspalte 42 erkennbar, deren Funktion im folgenden detailliert dargestellt wird.

Bei fehlenden Luftspalten 42 würde ein beispielhaft eingezeichneter Lichtstrahl 44 nicht auf die spiegelnde Fläche 38 gelangen, was zur Folge hätte, daß er sich im Körper 20 als Lichtstrahl 46 unter steilerem Winkel, wie eingezeichnet, fortpflanzt als der Lichtstrahl 44 im Körper 22. Man sieht deutlich, daß die Winkel des Lichtstrahls 46 wesentlich steiler sind als die des Lichtbündels 44, was möglicherweise zur Folge hätte, daß der Lichtstrahl 46 aus dem Körper 20 entweicht, weil dann bei diesem Winkel keine Totalreflexion mehr auftritt.

Der Spalt 42, der auch aus einem Material mit niedrigerem Brechungsindex als das Material des Prismas 36 gebildet sein kann, sorgt dagegen dafür, daß am Ort 47 Totalreflexion auftritt, die dazu führt, daß das Lichtbündel 44 trotzdem auf die spiegelnde Fläche 38 gelangt, dort reflektiert wird und dann in den Körper 20 unter gleichem Winkel bezüglich der Achse 24 eintritt, wie es aus dem Körper 22 bezüglich dessen Achse 26 ausgefallen ist.

Die Spalte 42 können auch entfallen, wenn durch andere Maßnahmen sichergestellt ist, daß bei sehr flachen Winkeln an den Grenzflächen des Prismas 38 Reflexion auftritt.

Weiter können die Spalte 42 entfallen, wenn die Körper 20 und 22 als Hohlintegratoren ausgebildet sind, weil dann der Übergang vom Prisma 36 in den Körper 20 bei flachem Winkel automatisch zur Totalreflexionsbedingung führt.

Für derartige gewinkelte Einrichtungen zum Homogenisieren 12 gibt es auch eine besondere Anwendung, die beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist. Die vorbeschriebene Einrichtung zum Homogenisieren ist dabei doppelt ausgeführt und zwar mit den Körpern 20 und 22 und dem Prisma 38 einerseits und den weiteren Körpern 20', 22' und einem Prisma 38' andererseits mit zwei Eintrittsflächen 48 und 48', die sich gegenüberliegen, während beide Lichtaustrittsflächen 50 und 50' parallel sind. Sie münden in einen weiteren Lichtintegrator oder Mischstab 52.

Bei einer derartigen Einrichtung kann Licht getrennt voneinander in die Eintrittsflächen 48 und 48' eingekoppelt werden, und sie werden dann gemeinsam in einem Integrator 52 weitergeführt. Man kann also die Einrichtung zum Homogenisieren auch zum Zusammenführen verschiedener Lichtbündel einsetzen, wobei hier nur beispielhaft zwei Lichtbündel gezeigt sind. Dies läßt sich insbesondere gut ausnutzen, um verschiedenfarbiges Licht zum Beleuchten, beispielsweise einer Kippspiegelmatrix, einzukoppeln.

Die Struktur läßt sich aber auch auf andere Weise einsetzen, wie in Fig. 6 gezeigt wird, indem man eine derartige Anordnung verwendet, um Lichtstrahlen von einer Punktquelle 56 in einen gesamten Strahl zusammenzuführen.

Die Fig. 6 ist anhand der Erläuterung von Fig. 5 leicht verständlich. Der einzige Zusatz besteht in weiteren Körpern 54 und 54', sowie weiteren Prismen 58, 60, 58' und 60'. Die beidseitig von der punktförmigen Lichtquelle 56 ausgehenden Lichtstrahlen 62 werden in dem so gebildeten Lichtweg zusammengeführt und treten in den Körper 52 ein. Sie können dann aus einer gemeinsamen Austrittsfläche entsprechend homogenisiert entnommen werden, wenn der Körper 52 entsprechend lang gehalten wird.

Bei einer derartigen Anordnung kann man weitgehend auf Strahlformung durch einen Parabolspiegel, wie er bisher eingesetzt wurde, verzichten. Aufgrund einer Abdeckung des Raumwinkelbereiches durch unterschiedliche Einrichtungen zum Homogenisieren können die Querschnitte der Körper im Eingangsbereich auch entsprechend gering gehalten werden, so daß die gesamte Anordnung im allgemeinen wesentlich kleiner gehalten werden kann als bei einem Parabolspiegel einschließlich Einkoppeloptik.

Es ist dabei anzumerken, daß die Anordnung gemäß Fig. 6 nur beispielhaft zu verstehen ist. Durch entsprechend viele Einrichtungen zum Homogenisieren, die von der Lichtquelle 56 unterschiedliche Raumwinkel erfassen, läßt sich auch der gesamte Raumwinkel einer punktförmigen Lichtstrahlquelle abdecken und in einem gemeinsamen Körper 52 nahezu vollständig und ohne Lichtverluste überführen.

In den Fig. 7, 8 und 9 sind gegenüber den vorherigen Beispielen einige praktische Ausführungsformen von Großprojektionsgeräten gezeigt, in denen dargestellt wird, wie die Einrichtung zum Homogenisieren durch ihre Winkelung einen kompakteren Aufbau ermöglicht. Insbesondere sind in diesen Ausführungsbeispielen die Beleuchtungsoptik 16 und die Projektionsoptik 4 geschickt so ineinander verschachtelt, daß ein Linsensystem 65 sowohl zur Beleuchtungsoptik 16 als auch zur Projektionsoptik 4 gehört, wobei ein Umlenkspiegel 66 vorgesehen ist, der beide Teile miteinander vereinigt. Insgesamt ist jedoch, wie in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt ist, aufgrund der möglichen Winkelbildung der Einrichtung zum Homogenisieren 12 ein weiter erhöhter Grad an Kompaktheit möglich.

In Fig. 7 ist die Einrichtung zum Homogenisieren 12 ein gewinkelter Hohlintegrator, in dessen Ecke ein Prisma 36 eingefügt ist. In Fig. 8 besteht die Einrichtung 12 aus einem Mischstab mit zwei angrenzenden Prismen 36, durch welche eine 180 Grad Ablenkung bewirkt wird. In Fig. 9 wird die Einrichtung zum Homogenisieren 12 durch zwei Körper 20 und 22 und drei Prismen 38 aufgebaut, wobei die Körper 20 und 22 herkömmliche Mischstäbe sind. Dieser Aufbau erlaubt sowohl eine Winkelung als auch einen Versatz der Beleuchtungsoptik 8.

Aus einem Vergleich der Fig. 7, 8 und 9 wird deutlich, daß vielfältige Möglichkeiten der Kombination gegeben sind, die insbesondere für einen raumsparenden Aufbau geeignet sind. Die hier näher dargestellte Einrichtung zum Homogenisieren 12 erlaubt es aber auch, die möglicherweise an der Matrix 2 durch die Lichtquelle 8 auftretenden Wärmeprobleme zu reduzieren, wenn diese Bauelemente besonders eng aneinander liegen.

Claims (13)

1. Einrichtung zum Homogenisieren eines aus mindestens einer Lichtquelle (8) stammenden Lichtbündels mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche für das Lichtbündel, dessen Intensitätsmaximum sich entlang einer zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche erstreckenden Achse ausbreitet, wobei für eine Führung des Lichtbündels reflektierend ausgebildete Flächen (14) mit ihrer Normalen senkrecht zur Achse vorgesehen sind, die Achse an mindestens einer Stelle (28) gewinkelt ist, an dieser Stelle (28) ein optisches System angeordnet ist, das mindestens eine verspiegelte Fläche (38), welche die Achse spiegelt, und ein Prisma (36) aufweist, dessen Grenzflächen für flach auftreffende Lichtstrahlen reflektierend sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Normale der Ausgangsfläche mit der Normalen der Eingangsfläche einen Winkel einschließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens zwei Körper (20, 22) in der Form von geometrischen Prismen vorgesehen sind, deren Achsen an der Stelle (28) einen Winkel einschließen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der das Prisma (36) durch mindestens eine Schicht mit niedrigerem Brechungsindex als der des Materials des Prismas (36) von den beiden Körpern (20, 22) getrennt ist, so daß für die auf die Grenzfläche flach auffallenden Lichtstrahlen Totalreflexion eintritt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der die Schicht aus der Umgebungsatmosphäre gebildet ist, indem ein Spalt (42) zwischen einer Grenzfläche und mindestens einem der Körper (20, 22) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die beiden Körper (20, 22) sowie das Prisma (36) aus transparentem Material, wie Glas oder Acrylglas, bestehen und die Schicht ein Spalt (42) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die spiegelnde Fläche (38) als eine nicht an den Körpern (20, 22) anliegende verspiegelte Seite des Prismas (36) ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der mindestens zwei Eingangsflächen und zugeordnete Ausgangsflächen sowie gewinkelte Achsen vorgesehen sind, wobei die Ausgangsflächen parallel sind und in eine Seite eines Körpers (20 oder 22) in Form des Prismas (36) münden.

9. Verwendung einer Einrichtung zum Homogenisieren eines aus mindestens einer Lichtquelle (8) stammenden Lichtbündels in einer Vorrichtung mit einem ansteuerbaren bilderzeugenden Element (2), mit einer Projektionsoptik zum Sichtbarmachen eines von dem bilderzeugenden Element erzeugten Bildes und mit einer Beleuchtungsoptik (10) zum Beleuchten des bilderzeugenden Elements (2), wobei ein gefalteter Strahlengang des auf das bilderzeugende Element (2) gerichteten Lichts vorgesehen ist, in dem die Beleuchtungsoptik (10) sowie die Einrichtung zum Homogenisieren liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zumindest teilweise den gefalteten Strahlengang bildet.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bilderzeugende Element (2) reflektierend ausgebildet ist.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bilderzeugende Element (2) eine Matrix aus elektronisch einstellbaren Bildelementen ist.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronisch einstellbaren Bildelemente Kippspiegel sind und die Matrix eine Kippspiegelmatrix ist.

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (16) der auf das bilderzeugende Element (2) gerichteten Beleuchtungsoptik (8, 10) gleichzeitig Teil der Projektionsoptik ist.