DE202004018920U1

DE202004018920U1 - Projektor

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Publication number: DE202004018920U1
Application number: DE202004018920U
Authority: DE
Original assignee: Infocus Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2014-12-08
Also published as: CN2896334Y; JP3110203U; US6988806B2; US20040174501A1; WO2005057940A1

Abstract

Ein Bild-Projektionssystem mit:
– einer primären Lichtquelle, um ein polychromatisches Licht entlang eines primären Strahlengangs auszusenden;
– einer unterstützenden Lichtquelle, um ein kompensierendes Licht auszusenden, um das polychromatische Licht zumindest hinsichtlich seiner Helligkeit während einer Anfangsphase auszugleichen;
– einem optischen Integrator, der entlang des primären Strahlengangs angeordnet ist und einen Lichttunnel umfasst, in welchem Licht, welches sich durch den Lichttunnel bewegt, mehrmals reflektiert wird, so dass Licht, welches den Lichttunnel verlässt, von im wesentlichen gleichmäßiger Helligkeit ist, wobei der optische Integrator so mit der primären und der unterstützenden Lichtquelle gekoppelt ist, dass er das polychromatische und das kompensierende Licht getrennt, aber an einer Stelle vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion zusammenfallend, erhält; und
– einer optisch mit dem optischen Integrator gekoppelten Abbildungseinrichtung, um unter Verwendung des austretenden Lichts ein Bild zu projizieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bild-Projektionssysteme. Genauer betrifft die Erfindung eine Verbesserung eines Bild-Projektionssystems, um dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft (instant-on experience) zu bieten und/oder um die Helligkeit und die Farbausgewogenheit der vom Projektionssystem produzierten Bilder zu verbessern.
Bild-Projektionssysteme werden seit vielen Jahren verwendet, um Filme und Fotografien auf eine Leinwand zu projizieren und so zu betrachten. In letzter Zeit sind bei Verkaufsvorführungen, Geschäftstreffen und Unterrichtsveranstaltungen Präsentationen, bei denen Multimedia-Projektionssysteme zum Einsatz kommen, beliebt geworden.
Farbbild-Projektionssysteme können nach dem Grundsatz arbeiten, dass die Farbbilder aus den drei Grundfarben Rot ("R"), Grün ("G") und Blau ("B") erzeugt werden. Mit Bezug auf 1 umfasst ein Bild-Projektionssystem 100 gemäß dem Stand der Technik eine primäre Lichtquelle 102, welche sich im Brennpunkt eines ellipsoidischen Lichtreflektors 104 befindet, um Lichtstrahlen 105 (nicht gezeigt) aus polychromatischem Licht zu erzeugen, welche sich entlang eines primären Strahlengangs 106 durch eine Baugruppe mit einem rotierenden Farbrad 108 bewegen. Die Farbrad-Baugruppe 108 umfasst wenigstens drei Filterabschnitte, welche jeweils in einer der Grundfarben R, G und B eingefärbt sind. Die von der primären Lichtquelle 102 ausgesandten Lichtstrahlen 105 aus polychromatischem Licht bewegen sich entlang des Strahlengangs 106 durch einen optischen Integrator, wie z.B. einen Lichttunnel 110 in entweder massiver oder hohler Ausführung, um an dessen Ausgang ein gleichmäßiges Ausleuchtungsmuster zu erzeugen. (Ein Lichttunnel 110 in massiver Ausführung ist in 1 gezeigt.) Der Lichttunnel 110 arbeitet nach dem Prinzip der Mehrfachreflexion, um eine gleichmäßige Helligkeit auf einer rechteckigen Fläche zu erreichen, welche das gleiche Seitenverhältnis aufweist wie das schließlich projizierte Bild. Das Ausleuchtungsmuster wird durch ein Linsensystem 112 abgebildet, von einer lichtreflektierenden Oberfläche 114 reflektiert und durch ein Projektionsobjektiv 116 weitergeleitet, um schließlich ein Bild zu erzeugen. Zu den gebräuchlichen im Handel erhältlichen Bild-Projektionssystemen, welche wie oben beschrieben aufgebaut sind, gehört die LP300-Serie, hergestellt von InFocus Corporation, aus Wilsonville, Oregon, dem Inhaber des vorliegenden Gebrauchsmusters.
Es wurden bedeutende Anstrengungen unternommen, um Bild-Projektionssysteme zu entwickeln, die helle Farbbilder hoher Qualität erzeugen. Jedoch lässt die optische Leistung konventioneller Projektoren oft zu wünschen übrig. Zum Beispiel ist es schwierig, Bilder mit angemessener Helligkeit zu projizieren, vor allem wenn man kompakte, tragbare Projektoren in einem hell erleuchteten Raum verwendet.
Um die Helligkeit der projizierten Bilder zu verbessern, verwendet man in Bild-Projektionssystemen typischerweise eine Hochstromentladungs-("HID")-Bogenlampe (HID = high-intensity discharge = Entladung hoher Intensität) als Lichtquelle 102. 2 zeigt als Beispiel eine HID-Bogenlampe 120 mit einer ersten Elektrode 122 und einer zweiten Elektrode 124, welche durch eine vorzugsweise zwischen 0,8 und 2,0 mm breite Bogenlücke 126 getrennt sind. Die erste und die zweite Elektrode 122 und 124 und die Bogenlücke 126 sind in einer versiegelten Druckkammer 128 enthalten, welche mit ionisierbaren Gasen und Feststoffen gefüllt ist. Ein Hochspannungsimpuls, der an der ersten Elektrode 122 mittels einer externen Spannungsquelle (nicht gezeigt) angelegt wird, bewirkt die lonisierung der in der Kammer 128 enthaltenen Gase und Feststoffe, so dass eine reversible stationäre Reaktion auftritt, welche zur Bildung von Plasma führt. Der Stromfluss, der sich über die Bogenlücke 126 hinweg entwickelt, wird von einer externen Lampen-Steuerungselektronik aufrechterhalten, womit auch das durch die reversible stationäre Reaktion erzeugte Plasma aufrechterhalten wird. Das Plasma strahlt helles, polychromatisches Licht ab. Die Bestandteile der Bogenlampe 120 sind von einem Glasmantel 130 umhüllt, und leitende Folienplatten 132 sind an den Elektroden 122 und 124 angebracht, um Hitze abzuleiten und damit ein Springen des Glasmantels 130 zu verhindern.
Somit ergeben HID-Bogenlampen eine Punktquelle intensiven polychromatischen Lichts. Indem man die HID-Bogenlampe nahe bei einem ellipsoidischen Reflektor anbringt, kann man das intensive polychromatische Licht mit großer Präzision auf ein Farbrad fokussieren. HID-Bogenlampen haben viele positive Eigenschaften, zum Beispiel hohe Intensität, Effizienz und Zuverlässigkeit. Doch leider brauchen HID-Bogenlampen nach dem Einschalten typischerweise einige Zeit zum Aufwärmen, bis sie ihre volle Helligkeit erreichen. Während dieser Anfangsphase (nach dem Anschalten) steigt die Helligkeit des projizierten Bildes allmählich an. Hierdurch haben die Nutzer von Projektionssystemen mit solchen HID-Bogenlampen oft das Gefühl, dass ihre Projektionssysteme während dieser Aufwärmphase nicht voll einsetzbar sind.
Weiterhin ist das polychromatische Licht, welches von HID-Bogenlampen ausgestrahlt wird, hinsichtlich seines Strahlungsenergieinhalts nicht ausgewogen. Genauer gesagt strahlen HID-Bogenlampen einen höheren Energieinhalt am blauen Ende des Farbspektrums ab als am roten Ende, was ein Ungleichgewicht in der abgestrahlten Energie bewirkt. Es wurde auf mehrere Arten versucht, dieses Problem zu lösen.
Ein Versuch, das Ungleichgewicht in der abgestrahlten Beleuchtungsenergie zu minimieren, bestand darin, die Winkelausdehnung (physische Größe) des R-Filterabschnitts des Farbrads im Vergleich zur Winkelausdehnung des B-Filterabschnitts zu erhöhen und/oder die Dämpfung des B-Filterabschnitts des Farbrads im Vergleich zur Dämpfung des R-Filterabschnitts zu erhöhen. Ein zweiter Versuch bestand darin, die Helligkeitspegel insgesamt mittels einer Farbtabellen-Elektronik zu reduzieren, um so Platz für Farbanpassungen zu schaffen. Unglücklicherweise erzeugten diese Versuche entweder zeitliche Artefakte oder sie verminderten die Bildhelligkeit. Ein dritter Versuch bestand darin, dem Farbrad einen weißen Filterabschnitt hinzuzufügen, um eine "Weißüberhöhungsfunktion" bereitzustellen. Das Hinzufügen eines weißen Filterabschnitts erhöhte zwar die Bildhelligkeit, verminderte aber die Helligkeit gesättigter Farben. Unglücklicherweise bewirkten diese optischen Komponenten, dass den Grundfarben bedeutende Mengen an Licht verloren gingen. Ein vierter Versuch bestand darin, einfach eine stärkere Bogenlampe im Projektionssystem zu verwenden. In kompakten, tragbaren Projektoren eingesetzt führte diese Methode zu Problemen bezüglich Wärmeentwicklung, Größe, Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bild-Projektionssystem zur Verfügung zu stellen, welches mit einer verbesserten Technik ausgestattet ist, um dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft zu bieten und/oder eine Erhöhung der Bildhelligkeit und ein einstellbares Farbgleichgewicht zu erreichen, während gleichzeitig der Lichtverlust während des Betriebs vermindert wird.
Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch ein Bild-Projektionssystem gelöst, welches die Merkmale eines der unabhängigen Ansprüche aufweist. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine isometrische Bildansicht eines Farbbild-Projektionssystems nach dem Stand der Technik ist.
2 eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer HID-Bogenlampe nach dem Stand der Technik ist.
3a eine teilweise Schrägansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines zum Bild-Projektionssystem nach dem Stand der Technik aus 1 hinzugefügten Beleuchtungs-Subsystems ist, in welchem eine unterstützende Lichtquelle in der Nähe des Eingangsendes eines massiven Lichttunnels noch vor dem Ort der ersten paraxialen Reflexion angebracht ist.
3b eine vergrößerte teilweise Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems aus 3a ist, welches mit einem alternativen Prisma ausgeführt ist.
4a und 4b teilweise Seitenansichten unterschiedlicher Ausgestaltungen des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems sind, welche mit alternativen optischen Fasern ausgeführt sind.
5 eine isometrische Teilansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems aus 3a ist, welches mit einem Bündel optischer Fasern ausgeführt ist, das an einem optischen Integrator angebracht ist.
6 und 7 für alle azimutalen Winkel bezüglich der Achse einen Kegel zeigen, welcher die Helligkeitsverteilung des Lichts darstellt, welches den Lichttunnel des Bild-Projektionssystems nach dem Stand der Technik aus 1 bzw. den des Bild-Projektionssystems entweder aus 3a. oder 3b verlässt.
8 eine teilweise Schrägansicht einer ersten alternativen Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems ist, in welcher die unterstützende Lichtquelle in eine Ecke eines massiven Lichttunnels versetzt ist.
9 eine teilweise Schrägansicht einer zweiten alternativen Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems ist, in welcher die unterstützende Lichtquelle am Eingangsende eines hohlen Lichttunnels angebracht ist.
10a, 10b und 10c teilweise Seitenansichten des Beleuchtungs-Subsystems aus 9 sind, ausgeführt mit alternativen optischen Integratoren.
11a und 11b teilweise Schrägansichten sind, welche zwei Anordnungen einer dritten alternativen Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems darstellen, in welchen mehrere unterstützende Lichtquellen in den sich entsprechenden bzw. den entgegengesetzten Ecken zweier gegenüberliegender Seiten des massiven Lichttunnels angebracht sind.
12 eine teilweise Schrägansicht einer vierten alternativen Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems ist, in welcher mehrere unterstützende Lichtquellen auf der gleichen Seite des massiven Lichttunnels angebracht sind.
13a eine vergrößerte schematische Seitenansicht einer fünften alternativen Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems ist, in welcher zwei Fliegenaugen-Linsen als optischer Integrator verwendet werden.
13b eine vergrößerte Ansicht des Beleuchtungs-Subsystems aus 13a ist.
14 eine Zeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungs-Subsystems ist, bei dem eine unterstützende Lichtquelle neben einem Lichtreflektor angebracht ist und kompensierendes Licht ausstrahlt, welches an eine primäre Lichtquelle gekoppelt ist.
15 eine Zeichnung einer alternativen Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems aus 14 ist, bei dem mehrere unterstützende Lichtquellen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten Projektionssysteme, welche dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft bieten und während des darauffolgenden Betriebs eine erhöhte Bildhelligkeit und ein einstellbares Farbgleichgewicht bei reduziertem Lichtverlust erreichen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass andere Ausführungsbeispiele nur mit einigen oder allen der beschriebenen Aspekte umgesetzt werden können. Zum Zwecke der Erklärung werden spezifische Zahlenangaben, Materialien und Konfigurationen angegeben, um ein genaues Verständnis der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen. Jedoch wird es Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass andere Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden können. An anderen Stellen werden bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um die Beschreibung klar und verständlich zu halten.
Verschiedene Vorgänge werden der Reihe nach als mehrere voneinander getrennte Schritte beschrieben, auf eine für das Verständnis der Ausführungsbeispiele möglichst hilfreiche Weise, jedoch sollte aus der Reihenfolge der Beschreibung nicht geschlossen werden, dass diese Schritte notwendigerweise von der Reihenfolge abhängen. Diese Schritte brauchen insbesondere nicht in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt zu werden.
Der Ausdruck „in einem Ausführungsbeispiel" wird des Öfteren benutzt. Der Ausdruck bezieht sich im Allgemeinen nicht auf das gleiche Ausführungsbeispiel, kann dies jedoch möglicherweise tun. Die Ausdrücke „mit", „aufweisen" und „umfassen" bedeuten das gleiche, außer der Kontext schreibt etwas anderes vor.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, welche anhand von Beispielen beschrieben wird, plazieren eine unterstützende Lichtquelle an verschiedene Stellen innerhalb des Bild-Projektionssystems 100 aus 1, um dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft zu bieten und/oder das Ungleichgewicht der Energieverteilung im Emissionsspektrum der primären Lichtquelle 102 auszugleichen. Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Arten von Bild-Projektionssystemen, wie z.B. 3-Wege-Projektionssystemen, eingesetzt werden kann.
3a zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welchem eine unterstützende Lichtquelle 140 in der Nähe eines Eingangsendes 142 eines optischen Integrators, vorzugsweise des Lichttunnels 110, angebracht ist. Die unterstützende Lichtquelle 140 weist vorzugsweise ein Festkörper-Leuchtelement 144 oder mehrere Festkörper-Leuchtelemente 144 auf, wie z.B. eine Leuchtdiode (LED = light emitting diode), von welchen aus das kompensierende Licht durch eine optische Faser 146 in ein optisches Kopplungselement, vorzugsweise ein Prisma 148, gelangt. Das Prisma 148 lenkt das kompensierende Licht mit einem geeigneten Winkel in den Lichttunnel 110, so dass das kompensierende Licht mit den Lichtstrahlen 105 aus polychromatischem Licht, welche sich entlang des primären Strahlengangs 106 ausbreiten, zusammenfällt.
In dem in 3a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die optische Faser 146 an dem Prisma 148 an einer Eingangs-Prismenfläche 150 angebracht, welche ungefähr parallel zu einer ersten Lichttunnelfläche 152 verläuft, an welcher das Prisma 148 angebracht ist. Das Prisma 148 ist an einer Stelle in der Nähe des Eingangsendes 142 des Lichttunnels 110 angebracht, welche (bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Lichtes) vor einer Stelle 154 liegt, an welcher die erste paraxiale Reflexion auftritt. Es reduziert den Verlust von polychromatischem Licht aus dem Strahlengang 106 in das Prisma 148, wenn der optische Kontakt zwischen dem Prisma 148 und der ersten Lichttunnelfläche 152 vor der Stelle 154 der ersten paraxialen Reflexion hergestellt wird.
Der in 3a dargestellte Lichttunnel 110 ist ein Beispiel für einen optischen Integrator. Alternative optische Integratoren werden später mit Bezugnahme auf gewisse Ausgestaltungen dieses ersten Ausführungsbeispiels im Detail besprochen. Lichttunnel werden in Bild-Projektionssystemen häufig dazu eingesetzt, ein gleichmäßiges Beleuchtungsmuster zu schaffen, welches das gleiche Seitenverhältnis aufweist wie das gewünschte Endbild. Die Funktionsweise von Lichttunneln beruht auf dem Prinzip der Mehrfachreflexion, wobei hindurchgeleitetes Licht von allen Seiten des Lichttunnels so reflektiert wird, dass am Ausgangsende des Lichttunnels Licht von im wesentlichen gleichmäßiger Helligkeit abgegeben wird. Der Lichttunnel 110 ist vorzugsweise von rechtwinkliger Form, so dass das gleichmäßige Beleuchtungsmuster des Lichtes, welches an einem Ausgangsende 156 des Lichttunnels 110 abgegeben wird, von rechtwinkliger Form ist. Auch besteht der Lichttunnel 110 vorzugsweise aus einem massiven Glasstab. Der Lichttunnel 110 ist vorzugsweise breiter als das Prisma 148, so dass die Gesamtfläche, auf welcher das Prisma 148 auf dem Lichttunnel 110 aufliegt, vermindert wird und somit auch der Verlust an polychromatischem Licht aus dem primären Strahlengang 106 vermindert wird. Ein massiver Lichttunnel ist beispielsweise 4,5 mm × 6,0 mm × 40 mm lang.
Jedes Leuchtelement 144 kann aus einer beliebigen Lichtquelle bestehen, einschließlich einer LED, eines Lasers und einer Bogenlampe. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine LED eingesetzt, da diese praktisch monochromatisches Licht aussendet und kompakt und preisgünstig ist. In einem Ausführungsbeispiel werden wenigstens eine weiße LED und eine rote LED eingesetzt. Die weiße LED wird während einer Anfangsphase verwendet, um weißes Licht zur Verfügung zu stellen, welches das während der Aufwärmphase der Bogenlampe 120 noch nicht mit voller Helligkeit ausgestrahlte Licht ergänzt und so dem Nutzer, wie gewünscht, die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft bietet. Wie bereits früher beschrieben, wird das Licht während einer anfänglichen Aufwärmphase nach dem Einschalten von der Bogenlampe 120 noch nicht mit voller Helligkeit ausgestrahlt. Die weiße LED ist als Festkörper-Leuchtelement im Allgemeinen fähig, innerhalb einer wesentlich kürzeren Zeitspanne warm zu werden und Licht mit im wesentlichen voller Helligkeit abzugeben, als der Zeitspanne, welche die Bogenlampe 120 zum Aufwärmen benötigt. Die rote LED wird während einer darauffolgenden Betriebszeit dazu verwendet, rotes Licht zur Verfügung zu stellen, welches das rote Spektrum des von der Bogenlampe 120 ausgestrahlten Lichts auszugleichen vermag. Eine LED mit einem Emissionsspektrum im Bereich des roten Lichts emittiert typischerweise ungefähr 30 Lumen an rotem Licht. Dieses zusätzliche rote Licht erhöht im Allgemeinen den Strahlungsenergieinhalt im Bereich des roten Lichts im primären Strahlengang 106 um 10 Prozent. Das Hinzufügen von rotem Licht gestattet es, ein Farbrad mit einem kleineren roten Abschnitt und größeren grünen und weißen Abschnitten zu verwenden, um so die Lichtausbeute insgesamt zu erhöhen.
In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Erfindung ausgeführt werden, indem nur ein Ausgleich weißen Lichts während der Anfangsphase oder nur ein Ausgleich roten Lichts während der darauffolgenden Betriebzeit, nicht jedoch beides, durchgeführt wird.
Die optische Faser 146 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, ist aber vorzugsweise aus Plastik oder Glas. Die optische Faser 146 kann jede beliebige Größe haben, die für das Bild-Projektionssystem geeignet ist, hat aber vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 1 mm, da eine solche optische Faser preisgünstig und stabiler als eine optische Faser mit einem geringeren Durchmesser ist. Die optische Faser 146 kann jede beliebige Form haben, die für das Bild-Projektionssystem geeignet ist. Die in 3a abgebildete optische Faser 146 ist eine gerade Faser. Alternativ kann die optische Faser 146, wie in 4a gezeigt, auch gekrümmt sein.
Die optische Faser 146 kann direkt an den Lichttunnel 110 gekoppelt sein. Eine solche Kopplung kann auf jede geeignete konventionelle Art umgesetzt werden. Insbesondere kann eine der beiden folgenden Anordnungen verwendet werden. Im Falle eines hohlen Lichttunnels stößt, wie in 4a gezeigt, ein Ausgangsende 302 der optischen Faser 146 an das Eingangsende 142 des Lichttunnels 110.
Bei dieser Alternative ist die optische Faser 146 vorzugsweise in einer Ecke des Eingangsendes 142 des Lichttunnels 110 angebracht, so dass der Verlust an polychromatischem Licht, das von der primären Lichtquelle 102 ausgesandt und dann von der optischen Faser 146 reflektiert oder abgelenkt wird, vermindert wird. Bei einer zweiten alternativen Anordnung stößt das Ausgangsende 302 der optischen Faser 146 auf eine erste Lichttunnelfläche 152, wie in 4b gezeigt. Beide Methoden gestatten es kompensierendem Licht, das von dem/den Festkörper-Leuchtelement(en) 144 ausgeht, die optische Faser 146 zu verlassen und mit dem polychromatischen Licht, welches von der primären Lichtquelle 102 emittiert wird, zusammenzufallen.
Die Vorteile des Beleuchtungs-Subsystems der vorliegenden Erfindung können auch ohne die optische Faser 146 in der unterstützenden Lichtquelle 140 erreicht werden. In einem Beleuchtungs-Subsystem ohne die optische Faser 146 gelangt das kompensierende Licht, welches von dem/den Festkörper-Leuchtelement(en) 144 ausgeht, direkt in das Prisma 148.
Alternativ können die Vorteile des Beleuchtungs-Subsystems der vorliegenden Erfindung erreicht werden, indem mehrere optische Fasern 146 in einem Faserbündel eingesetzt werden, um kompensierendes Licht, welches von dem/den Festkörper-Leuchtelementen) 144 ausgestrahlt wird, in einen optischen Integrator zu lenken. 5 zeigt mehrere getrennte Faserbündel, welche jeweils aus mehreren Fasern bestehen. Die Enden der mehreren optischen Fasern 146 können in einen optischen Integrator 306 eingelassen sein, der aus einem optischen Material hergestellt ist, welches den gleichen Brechungsindex besitzt wie das Material, aus dem der Lichttunnel 110 besteht. Die optischen Fasern 146 sind mit einem solchen Winkel bezüglich des Strahlengangs 106 eingelassen, dass das kompensierende Licht, welches sie aussenden, mit dem polychromatischen Licht der primären Lichtquelle 102 im Lichttunnel 110 zusammenfällt. Die optische Baugruppe 308, welche die optischen Fasern 146 und den optischen Integrator 306 umfasst, kann an jeder beliebigen Seite des Lichttunnels 110 angebracht werden (alternative Anbringungen sind gestrichelt gezeichnet). Ein Vorteil dieser alternativen Ausführung ist es, dass die optische Baugruppe 308, die optischen Fasern 146 und der optische Integrator 306 getrennt gebaut und mit optischem Kleber montiert werden können, was die Herstellungskosten vermindert. Alternativ können mehrere optische Baugruppen 308 am Lichttunnel 110 angebracht werden.
Kompensierendes Licht, welches von dem Festkörper-Leuchtelement 144 ausgesandt wird und durch die optische Faser 146 übertragen wird, kann mit einem optischen Kopplungselement an den Lichttunnel 110 gekoppelt werden. Prismen, Glasstäbe und Spiegel sind Beispiele für optische Kopplungselemente. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das Prisma 148 verwendet. Das Prisma 148 ist vorzugsweise mittels eines optisch durchlässigen Klebers, z.B. eines UV-gehärteten Klebers, mit der optischen Faser 146 verbunden. Die optische Faser 146 ist so am Prisma 148 angebracht, dass das durch die optischen Faser 146 geleitete kompensierende Licht von einer reflektierenden Prismenfläche 158 mit einem solchen Einfallswinkel reflektiert wird, dass das kompensierende Licht mit den Lichtstrahlen 105 aus polychromatischem Licht, welche sich entlang des primären Strahlengangs 106 ausbreiten, zusammenfallen kann. Als Beispiel hierfür zeigt 3b ein Beleuchtungs-Subsystem, in welchem das die optische Faser 146 verlassende kompensierende Licht einen Einfallswinkel von ungefähr 45 Grad bezüglich einer reflektierenden Prismenfläche 158 eines Prismas 148a aufweist, damit das kompensierende Licht mit dem Strahlengang 106 zusammenfallen kann, bevor an der Stelle 154 die erste paraxiale Reflexion auftritt. Wie in 3b gezeigt, besitzt das Prisma 148a eine Eingangs-Prismenfläche 150a, welche schräg gegen die Lichttunnelfläche 152 geneigt ist, um einen alternativen Ausbreitungsweg für das Licht zu illustrieren, welches von dem Festkörper-Leuchtelement 144 emittiert wird. Das Prisma 148 muss keine geneigte Prismenfläche besitzen, diese Ausführung dient lediglich als Beispiel.
Das Prisma 148 kann jede beliebige für das Bild-Projektionssystem geeignete Größe oder Form haben. Zum Beispiel ist die in 3a gezeigte Eingangs-Prismenfläche 150 im wesentlichen parallel zu der ersten Lichttunnelfläche 152, auf welcher das Prisma 148 aufgebracht ist, während die in 3b gezeigte Eingangs-Prismenfläche 150a nicht parallel zu der ersten Lichttunnelfläche 152 ist.
Die Vorteile des Beleuchtungs-Subsystems der vorliegenden Erfindung können auch erreicht werden, ohne ein optisches Kopplungselement in die unterstützende Lichtquelle 140 einzufügen. In einem Beleuchtungs-Subsystem ohne ein optisches Kopplungselement wird das kompensierende Licht über die optische Faser 146 oder das Festkörper-Leuchtelement 144 direkt in den Lichttunnel 110 eingebracht.
Da nahe am Eingangsende 142 nur wenig polychromatisches Licht auf die Seitenflächen des Lichttunnels 110 auftrifft, reduziert es den Verlust an polychromati schem Licht, welches in den Lichttunnel 110 durch das Eingangsende 142 eintritt, wenn man den optischen Kontakt zwischen dem Prisma 148 und der ersten Lichttunnelfläche 152 noch vor der Stelle 154, an der die erste Reflexion stattfindet, herstellt. Diese Reduktion des Lichtverlusts wird durch eine vergleichende Gegenüberstellung der Helligkeitsverteilungen gezeigt, welche in 6 und 7 dargestellt sind. 6 ist eine schematische Zeichnung, welche einen Lichtkegel zeigt, der den Lichttunnel 110 des Bild-Projektionssystems 100 gemäß dem Stand der Technik aus 1 verlässt. Der Lichtkegel soll für alle azimutalen Winkel bezüglich der Achse die winkelabhängige Helligkeitsverteilung des polychromatischen Lichts beschreiben, welches nach der Emission durch die primäre Lichtquelle 102 und dem Durchlaufen des Lichttunnels 110 den Lichttunnel 110 an dessen Ausgangsende 156 verlässt. Im Vergleich hierzu ist 7 eine schematische Zeichnung, die einen Lichtkegel zeigt, welcher den Lichttunnel 110 des Bild-Projektionssystems aus entweder 3a oder 3b, in welchem die unterstützende Lichtquelle 140 kompensierendes Licht in das Bild-Projektionssystem speist, verlässt. Der in 7 dargestellte Lichtkegel beschreibt die winkelabhängige Helligkeitsverteilung des polychromatischen Lichts, welches nach der Emission durch die primäre Lichtquelle und dem Durchlaufen des Lichttunnels 110 den Lichttunnel 110 an dessen Ausgangsende 156 verlässt. Eine Einkerbung 160 oben am in 7 gezeigten Lichtkegel stellt einen Verlust von ungefähr 3 Prozent an polychromatischem Licht dar, welcher durch die Anbringung des optischen Kopplungsprismas 148 hervorgerufen wird. Dieser reduzierte Lichtverlust muss im Vergleich zu dem Gesamtgewinn an abgegebener Energie gesehen werden, welcher dem roten Licht entspricht, das durch das Einfügen der unterstützenden Lichtquelle 140 in das Bild-Projektionssystem der vorliegenden Erfindung zusätzlich entsteht.
Die unterstützende Lichtquelle 140 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann an dem optischen Integrator an jeder beliebigen Stelle in der Nähe des Eingangsendes 142 angebracht werden. Es reduziert den Lichtverlust, die unterstützende Lichtquelle 140 an einer Stelle in der Nähe des Eingangsendes 142 des optischen Integrators anzubringen, da in der Nähe des Eingangsendes weniger Licht auf den optischen Integrator auftrifft. Auch wenn die unter stützende Lichtquelle 140 vorzugsweise an jeder beliebigen Stelle in der Nähe des Eingangsendes 142 angebracht werden kann, bietet die Anbringung an gewissen Stellen verschiedene Vorteile, welche weiter unten besprochen werden.
8 zeigt eine erste alternative Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welcher die unterstützende Lichtquelle 140 auf der ersten Lichttunnelfläche 152 angebracht ist und in eine Ecke des Lichttunnels 110 verschoben ist. Diese erste alternative Ausführung ist besonders vorteilhaft, da sie den Verlust an polychromatischem Licht vermindert, welches durch den Punkt austritt, an dem die unterstützende Lichtquelle 140 angebracht ist.
9 zeigt eine zweite alternative Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welcher die unterstützende Lichtquelle 140 auf einer Oberfläche eines Eingangsendes 170 eines hohlen Lichttunnels 110a angebracht ist. Zwar kann diese alternative Ausführung das Eingangsende 170 des Lichttunnels 110a vergrößern und damit die Positionierung der Farbrad-Baugruppe 108 beeinflussen, aber sie erlaubt es auch, anstelle eines massiven Lichttunnels, wie er in 3a, 3b und 8 gezeigt wird, einen hohlen Lichttunnel zu verwenden. Im Vergleich zu einem massiven Lichttunnel mit entsprechender Gleichförmigkeit der Beleuchtung am Ausgangsende des Tunnels sind hohle Lichttunnel preisgünstiger und kürzer.
10a, 10b und 10c zeigen drei alternative optische Integratoren, welche in dem in 9 gezeigten Bild-Projektionssystem verwendet werden können.
10a zeigt die Verwendung eines Injektionsprismas 312, welches eine reflektierende Oberfläche mit einem Winkel von 45 Grad bezüglich des Eingangsendes 142 des Lichttunnels 110 aufweist. Das Injektionsprisma 312 kann mit einem hohlen Lichttunnel von der in 9 gezeigten Art oder mit einem massiven Lichttunnel von der in 8 gezeigten Art verwendet werden. 10b zeigt die Verwendung eines Strahlenteilerprismas 320 in dem in 9 gezeigten Bild-Projektionssystem. Das Strahlenteilerprisma 320 umfasst einen dichroitischen Spiegel 316a mit einem kompensierenden Prisma 322, welches mit einem Winkel von 45 Grad bezüglich des Eingangsendes 142 des Lichttunnels 110 angeordnet ist, so dass es einen Strahlenteilerwürfel bildet, den das Licht der primären Lichtquelle 102 ohne Verlust durchlaufen kann. 10c zeigt die Verwendung eines dichroitischen Spiegels 316b, welcher in einem spitzen Winkel gegen das Eingangsende 142 des Lichttunnels 110 des Bild-Projektionssystems aus 9 geneigt ist.
Das Bild-Projektionssystem der vorliegenden Erfindung kann auch mehrere unterstützende Lichtquellen umfassen. Die Verwendung von mehreren unterstützenden Lichtquellen erlaubt es dem Nutzer, Festkörper-Leuchtelemente mit geringerer Leistung einzusetzen, welche deshalb auch preisgünstiger sind, während man dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft bieten und/oder eine Verminderung des Ungleichgewichts der Energieverteilung im Emissionsspektrum bewirken kann, vergleichbar mit dem, was man durch die Verwendung einer Festkörper-Lichtquelle mit hoher Leistung erreichen kann. Alternativ erlaubt es die Verwendung von mehreren unterstützenden Lichtquellen, eine größere Verminderung des Ungleichgewichts in der abgestrahlten Energie zu bewirken, indem eine größere Menge kompensierenden Lichts hinzugefügt wird, dessen Strahlungsenergieinhalt das Ungleichgewicht in der abgestrahlten Energie vermindert. Die mehreren unterstützenden Lichtquellen können an jeder Seite des Lichttunnels 110 oder 110a angebracht werden, jedoch sind sie vorzugsweise an einer Stelle in der Nähe des Eingangsendes 142 oder 170 noch vor der Stelle 154 der ersten paraxialen Reflexion anzubringen.
11a und 11b zeigen zwei Ausführungen einer dritten alternativen Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welchen eine von mehreren unterstützenden Lichtquellen auf der ersten Lichttunnelseite 152 angebracht ist, und eine von mehreren unterstützenden Lichtquellen auf einer zweiten Lichttunnelseite 174, welche der ersten Lichttunnelseite 152 gegenüberliegt, angebracht ist. 11a zeigt eine Anordnung, in welcher eine erste unterstützende Lichtquelle 176 auf der ersten Lichttunnelseite 152 angebracht ist und eine zweite unterstützende Lichtquelle 178 auf der zweiten Lichttunnelseite 174 angebracht ist, so dass sich die erste und die zweite unterstützende Lichtquelle 176 und 178 jeweils in entgegengesetzten Ecken des Lichttunnels 110 befinden. 11b zeigt eine alternative Anordnung, in welcher die erste und die zweite unterstützende Lichtquelle 176 und 178 jeweils in sich entsprechenden Ecken des Lichttunnels 110 angebracht sind. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine der beiden unterstützenden Lichtquellen 176/178 das weiße Licht bereitstellen, während die andere das rote Licht zur Verfügung stellt. Alternativ können beide zuerst das weiße Licht und danach das rote Licht zur Verfügung stellen.
12 zeigt eine vierte alternative Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welcher die mehreren unterstützenden Lichtquellen 176 und 178 entweder auf der ersten Lichttunnelfläche 152 (durchgezogene Linien) oder auf der zweiten Lichttunneloberfläche 174 (gestrichelte Linien) angebracht sind.
Für Fachleute wird es deshalb offensichtlich sein, dass ein Prisma auf der Eingangsfläche, jeder beliebigen Seitenfläche oder der oberen oder der unteren Fläche eines massiven oder hohlen Lichttunnels angebracht werden kann.
13a und 13b zeigen eine fünfte alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung, in welcher ein zweites Beispiel eines optischen Integrators verwendet wird. Dieser optische Integrator besteht aus zwei Fliegenaugen-Integratorplatten, welche jeweils eine Anordnung von kleinen Linsen erhalten, die mehrere sich überlagernde Bilder erzeugt, so dass sich jede Ungleichmäßigkeit in einer der kleinen Linsen bei einer Anzeigevorrichtung 380 herausmittelt.
13a zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem von einer HID-Bogenlampe 120 ausgestrahltes Licht auf eine erste Anordnung von Fliegenaugen-Linsen 350 auftrifft. Jede dieser ersten Linsen 350 hat das gleiche Bildseitenverhältnis wie die Anzeigevorrichtung 380. Das Licht verlässt die ersten Fliegenaugen-Linsen 350 und gelangt in eine zweite Anordnung von Fliegenaugen-Linsen 352, wobei jede dieser zweiten Linsen 352 in einer Linie mit der entsprechenden ersten Fliegenaugen-Linse 350 angeordnet ist. Die zweiten Fliegenaugen- Linsen 352 bilden die Öffnung (Apertur) der ersten Fliegenaugen-Linsen 350 auf die Anzeigevorrichtung 380 ab. Eine Kollektivlinse 116 überlagert die mehreren, von den entsprechenden Linsen 352 erzeugten Bilder der Linsen 350 auf der Anzeigevorrichtung 380. Die ersten und zweiten Fliegenaugen-Linsen 350 bzw. 352 können jede zum Bild-Projektionssystem passende Größe und Form haben; sie sind aber vorzugsweise rechteckig mit einer Größe von 4 × 6 mm.
Wie in 13a gezeigt, ist die unterstützende Lichtquelle 140 an einer Stelle in der Nähe der ersten Fliegenaugen-Linse 350 angebracht. Das von dem Festkörper-Leuchtelement 144 emittierte kompensierende Licht durchläuft vorzugsweise eine Sammellinse 354, einen Integratortunnel 356 und eine Integrator-Abbildungslinse 358, bevor es auf einen Spiegel 360 trifft. Der Spiegel 360 kann entweder ein Spiegel metallischer Bauart oder ein dielektrischer Mehrschichtspiegel sein. Ist der Spiegel 360 ein dielektrischer Mehrschichtspiegel, so kann er so gebaut sein, dass er das kompensierende Licht reflektiert, während er dennoch einen Großteil des polychromatischen Lichts aus der primären Lichtquelle weiterleitet. Das kompensierende Licht, welches die Integrator-Abbildungslinse 358 verlässt, wird von dem Spiegel 360 reflektiert und bewegt sich durch eine der ersten Fliegenaugen-Linsen 350 und eine der zweiten Fliegenaugenlinsen 352 weiter. Diese Reflexion bewirkt, dass die Lichtstrahlen aus kompensierendem Licht mit den Lichtstrahlen 105 aus polychromatischem Licht zusammenfallen. Durch diese alternative Ausführung wird die erste Fliegenaugenlinse 350 gleichmäßig mit kompensierendem Licht ausgeleuchtet, so dass das vom Projektionselement schließlich projizierte Bild eine hervorragende Farb-Gleichmäßigkeit aufweist.
Die Verwendung der Fliegenaugen-Integratorplatten kann auch eine unterstützende Lichtquelle ohne einen Integratortunnel 356 beinhalten. Damit bewegt sich das von dem Festkörper-Leuchtelement 144 emittierte Licht durch die Sammellinse 354 und die Integrator-Abbildungslinse 358, bevor es von dem Spiegel 360 in den von den Fliegenaugen-Linsen gebildeten optischen Integrator reflektiert wird. Eine Linse der ersten Fliegenaugen-Linsen 350 wird mit Licht aus der unterstützenden Lichtquelle ausgeleuchtet. Damit gelangt kein polychromatisches Licht aus der primären Licht quelle 102 in die erste Fliegenaugen-Linse 350. Ein Vorteil dieser alternativen Ausführung ist es, dass das unterstützende Lichtelement leicht an das übrige Bild-Projektionssystem gekoppelt werden kann.
Wie in 13b gezeigt, kann eine Integrator-Abbildungslinse 358 in der unterstützenden Lichtquelle fehlen. In einem solchen Bild-Projektionssystem bewegt sich das kompensierende Licht, welches von dem Festkörper-Leuchtelement 144 emittiert wird, durch die Sammellinse 354 und den Integratortunnel 356, bevor es von dem Spiegel 360, der sich in der Nähe eines Ausgangsendes 362 des Integratortunnels 356 befindet, reflektiert wird. Das kompensierende Licht wird von dem um 45 Grad angewinkelten Ausgangsende 362 des Integratortunnels 356 entweder durch interne Totalreflexion oder eine Spiegelbeschichtung reflektiert und durch die erste Fliegenaugen-Linse 350 gelenkt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die unterstützende Lichtquelle an einen Lichtreflektor neben der primären Lichtquelle gekoppelt. Dadurch kann das kompensierende Licht sich mit der gleichen Effizienz durch das Bild-Projektionssystem bewegen wie das von der primären Lichtquelle erzeugte Licht.
14 zeigt eine schematische Zeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in welchem sich die unterstützende Lichtquelle 140 nahe einer Außenfläche 186 des Lichtreflektors 104 befindet und an die primäre Lichtquelle 102, vorzugsweise eine HID-Bogenlampe 120, gekoppelt ist. Die unterstützende Lichtquelle 140 emittiert einen Strahl kompensierenden Lichts, welcher von einem optischen Fokussierungselement 180 fokussiert wird und eine Eintrittszone 184 für das kompensierende Licht auf dem Lichtreflektor 104 so durchquert, dass er auch die Bogenlücke 126 der Bogenlampe 120 durchquert und auf einer Innenfläche 188 des Lichtreflektors 104 aufkommt.
Um die Ausbreitung des Lichtstrahls aus kompensierendem Licht durch den Lichtreflektor 104 zu ermöglichen, besitzt die Innenfläche 188 des Lichtreflektors 104 in der Eintrittszone 184 für kompensierendes Licht keine Beschichtung, eine Beschichtung mit niedriger Reflexivität oder vorzugsweise eine bezüglich der Wellenlänge selektiv durchlässige Beschichtung, welche Licht mit der Wellenlänge des kompensierenden Lichts durchlässt, während sie sichtbares Licht mit einer anderen Wellenlänge als der des kompensierenden Lichts reflektiert. Diese Beschichtung der Eintrittszone für kompensierendes Licht ist im Allgemeinen aus einem anderen Beschichtungsmaterial als die Beschichtung der restlichen Innenfläche 188 des Lichtreflektors 104. Die Innenfläche 188 besitzt typischerweise eine metallische oder dielektrische Beschichtung, um eine erhöhte Reflexivität in dem Wellenlängenbereich zu erreichen, in dem das Bild-Projektionssystem 100 arbeitet. Der Lichtreflektor 104 ist vorzugsweise mit einer bezüglich der Wellenlänge selektiv durchlässigen Beschichtung versehen, welche kompensierendes Licht mit der gleichen Effizienz durch das Bild-Projektionssystem hindurchlässt wie von der HID-Bogenlampe 120 erzeugtes polychromatisches Licht und Licht aus anderen Lichtquellen reflektiert. Von der HID-Bogenlampe 120 erzeugtes polychromatisches Licht kann durch die Eintrittszone 184 für kompensierendes Licht des Lichtreflektors 104 verloren gehen. Die bezüglich der Wellenlänge selektiv durchlässige Beschichtung reduziert den Verlust an von der HID-Bogenlampe 120 erzeugtem Licht, welches ansonsten durch eine unbeschichtete Eintrittszone 184 für kompensierendes Licht entweichen würde.
Der Lichtreflektor 104 ist vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Material wie z.B. Glas, so dass der Lichtstrahl aus kompensierendem Licht die Wand des Lichtreflektors 104 auf seinem Weg zur Bogenlücke 126 durchqueren kann. Abhängig von den Zielen der Konstruktion und den Details der weiter vorne gelegenen optischen Elemente für das Bild-Projektionssystem kann der Lichtreflektor 104 eine elliptische, eine parabolische, eine allgemein asphärische oder eine facettierte Form haben. Da er den Beleuchtungsstrahl sammelt und fokussiert, umfasst der Lichtreflektor 104 vorzugsweise einen Kaltspiegel. Da die Außenfläche 186 des Lichtreflektors 104 effektiv wie eine zusätzliche Linsenoberfläche wirkt, die das einstrahlende kompensierende Licht bricht, ist sie vorzugsweise glatt und kontrolliert bearbeitet. Andere Spezifikationen wie z.B. Größe, Länge, Brennweite und thermische Eigenschaften werden durch die Konstruktionsziele des Bild-Projektionssystems bestimmt.
Wie bereits weiter oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesagt, kann das in der unterstützenden Lichtquelle 140 enthaltene Festkörper-Leuchtelement aus jeder beliebigen Festkörper-Lichtquelle einschließlich einer LED, eines Lasers oder einer Bogenlampe bestehen. LEDs können besonders vorteilhaft sein, da sie praktisch monochromatisches Licht aussenden und kompakt und preisgünstig sind. In verschiedenen Ausführungsbeispielen umfassen die LEDs wenigstens eine weiße LED und eine rote LED (obwohl in alternativen Ausführungsbeispielen auch nur ein Aspekt der Erfindung umgesetzt werden kann, wobei LEDs mit nur einer der beiden Farben verwendet werden). LEDs mit einem Emissionsspektrum im Bereich des roten Lichts emittieren typischerweise ungefähr 30 Lumen an rotem Licht. Dieses zusätzliche rote Licht erhöht im Allgemeinen den Strahlungsenergieinhalt im Bereich des roten Lichts im primären Strahlengang um 10 Prozent.
Alternativ kann das kompensierende Licht unter Verwendung einer optischen Faser von der unterstützenden Lichtquelle 140 zum optischen Fokussierungselement 180 geleitet werden, wobei das optische Fokussierungselement 180 das kompensierende Licht sammelt und fokussiert, welches sich durch die Eintrittszone 184 für kompensierendes Licht des Lichtreflektors 104 zur Bogenlücke 126 hin bewegt.
15 zeigt eine alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels des Beleuchtungs-Subsystems der vorliegenden Erfindung, in welcher mehrere unterstützende Lichtquellen 140 (nicht gezeigt) um den Lichtreflektor 104 herum angebracht sind, um dem Benutzer leichter die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft zu bieten und/oder um das kompensierende Licht gleichmäßiger in dem Beleuchtungsstrahl, der auf der Farbrad-Baugruppe 108 (nicht gezeigt) auftrifft, zu verteilen und damit die Gleichmäßigkeit zu verbessern, mit der das kompensierende Licht im schließlich projizierten Bild verteilt ist. Jede unterstützende Lichtquelle 140 ist durch die Bogenlücke 126 fokussiert und so positioniert, dass kein kompensierender Lichtstrahl, nachdem er die Bogenlücke 126 durchquert hat, auf irgendeinen anderen kompensierenden Lichtstrahl trifft, der durch eine Eintrittszone 184 für kompensierendes Licht hereinkommt. Die Menge, Strahlgröße, Anordnung und Ausrichtung der unterstützenden Lichtquellen 140 werden durch die spezifischen Leistungsziele des Bild-Projektionssystems bestimmt.
Damit sind aus der obigen Beschreibung Methoden ersichtlich, um dem Benutzer die Erfahrung sofortiger Funktionsbereitschaft zu bieten und/oder um während des Betriebs im roten Spektralbereich zu kompensieren, und es wurden so ausgestattete Projektionssysteme beschrieben. Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand der vorangegangenen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Zum Beispiel kann/können in weiteren Ausführungsbeispielen die unterstützende(n) Lichtquelle(n) im „Schatten-" oder „Loch-" Bereich der Bogenlampe angebracht werden. Andere Ausführungsbeispiele können mit Modifizierungen und Veränderungen im Rahmen der Ansprüche umgesetzt werden. Folglich ist die Beschreibung als illustrativ und nicht als restriktiv zu betrachten.

Claims

Ein Bild-Projektionssystem mit: – einer primären Lichtquelle, um ein polychromatisches Licht entlang eines primären Strahlengangs auszusenden; – einer unterstützenden Lichtquelle, um ein kompensierendes Licht auszusenden, um das polychromatische Licht zumindest hinsichtlich seiner Helligkeit während einer Anfangsphase auszugleichen; – einem optischen Integrator, der entlang des primären Strahlengangs angeordnet ist und einen Lichttunnel umfasst, in welchem Licht, welches sich durch den Lichttunnel bewegt, mehrmals reflektiert wird, so dass Licht, welches den Lichttunnel verlässt, von im wesentlichen gleichmäßiger Helligkeit ist, wobei der optische Integrator so mit der primären und der unterstützenden Lichtquelle gekoppelt ist, dass er das polychromatische und das kompensierende Licht getrennt, aber an einer Stelle vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion zusammenfallend, erhält; und – einer optisch mit dem optischen Integrator gekoppelten Abbildungseinrichtung, um unter Verwendung des austretenden Lichts ein Bild zu projizieren.
Das System nach Anspruch 1, bei dem die unterstützende Lichtquelle eine Leuchtdiode als Leuchtelement umfasst.
Das System nach Anspruch 1, bei dem die unterstützende Lichtquelle einen Laser als Leuchtelement umfasst.
Das System nach Anspruch 1, bei dem die unterstützende Lichtquelle eine Bogenlampe als Leuchtelement umfasst.
Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die unterstützende Lichtquelle eine optische Faser umfasst, durch welche sich das kompensierende Licht bewegt, wobei die optische Faser an der Stelle vor oder unge fähr beider ersten Lichtreflexion optisch an eine erste Seitenfläche oder eine zweite Seitenfläche oder ein Eingangsende des Lichttunnels gekoppelt ist.
Das System nach Anspruch 5, bei dem die optische Faser ein Ausgangsende aufweist, und ferner eine reflektierende Oberfläche umfassend, welche sich zwischen dem Ausgangsende der optischen Faser und dem Lichttunnel befindet, wobei die reflektierende Oberfläche das kompensierende Licht, das sich durch die optische Faser bewegt, optisch mit dem Lichttunnel koppelt, und zwar in eine solche Richtung und mit einem solchen Winkel, dass es an der Stelle des Lichttunnels vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion mit dem primären Strahlengang zusammenfällt.
Das System nach Anspruch 5, bei dem die optische Faser ein Ausgangsende aufweist, und ferner ein geformtes optisches Material oder Element umfassend, welches sich zwischen dem Ausgang der optischen Faser und dem Lichttunnel befindet, wobei das geformte optische Material oder Element das kompensierende Licht, das sich durch die optische Faser bewegt, optisch mit dem Lichttunnel koppelt, und zwar in eine solche Richtung und mit einem solchen Winkel, dass es an der Stelle des Lichttunnels vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion mit dem primären Strahlengang zusammenfällt.
Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die primäre Lichtquelle eine Bogenlampe aufweist, wobei das polychromatische Licht ein Emissionsspektrum aus einer Mischung von Grundfarben mit unausgewogenen Strahlungsenergieinhalten besitzt und das kompensierende Licht ferner einen kompensierenden Strahlungsenergieinhalt in einem Bereich des Spektrums aufweist, so dass es das Ungleichgewicht in der von der primären Lichtquelle abgestrahlten Energie ausgleicht.
Das System nach Anspruch 8, bei dem: – der unausgewogene Strahlungsenergieinhalt von der Bogenlampe ausgestrahltem rotem Licht entspricht; und – der Bereich des Spektrums rotes Licht einer Lichtstärke umfasst, die eine Verminderung des Ungleichgewichts in der abgestrahlten Energie bewirkt.
Ein Bildprojektionssystem mit: – einer primären Lichtquelle, einschließlich eines Lichtreflektors mit einer Innenfläche, um ein polychromatisches Licht entlang eines primären Strahlengangs auszusenden; – einer unterstützenden Lichtquelle, welche der primären Lichtquelle benachbart angebracht ist, um ein kompensierendes Licht auszusenden, um das polychromatische Licht zumindest im Hinblick auf seine Helligkeit während einer Anfangsphase auszugleichen, wobei das kompensierende Licht von dem Lichtreflektor der primären Lichtquelle reflektiert wird und mit dem polychromatischen Licht an einer Stelle des primären Strahlengangs zusammenfällt; – einem optischen Integrator, welcher entlang des primären Strahlengangs angebracht ist, um das mit dem kompensierenden Licht überlagerte polychromatische Licht entgegenzunehmen und die Gleichmäßigkeit der Helligkeit des überlagerten Lichts vor dem Verlassen des optischen Integrators zu verbessern; und – einer optisch mit dem optischen Integrator gekoppelten Abbildungseinrichtung, um unter Verwendung des austretenden Lichts mit ausgewogeneren Strahlungsenergieinhalten ein Bild zu projizieren.
Das System nach Anspruch 10, bei dem die primäre Lichtquelle eine Bogenlampe aufweist, wobei das polychromatische Licht ein Emissionsspektrum aus einer Mischung von Grundfarben mit unausgewogenen Strahlungsenergieinhalten besitzt und das kompensierende Licht einen kompensierenden Strahlungsenergieinhalt in einem Bereich des Spektrums aufweist, so dass das Ungleichgewicht in der von der primären Lichtquelle abgestrahlten Energie ausgeglichen wird.
Das System nach Anspruch 11, bei dem: – der unausgewogene Strahlungsenergieinhalt von der Bogenlampe ausgestrahltem rotem Licht entspricht; und – der Bereich des Spektrums rotes Licht einer Lichtstärke umfasst, die eine Verminderung des Ungleichgewichts in der abgestrahlten Energie bewirkt.
Das System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem wenigstens ein Teil einer Innenfläche des Reflektors mit einer in Abhängigkeit von der Farbe selektiv durchlässigen Beschichtung beschichtet ist, welche den Strahlungsenergieinhalt des kompensierenden Lichts durchlässt und den Strahlungsenergieinhalt von Licht reflektiert, welcher von dem Strahlungsenergieinhalt des kompensierenden Lichts abweicht.
Ein Bildprojektionssystem mit: – einer primären Lichtquelle, um ein polychromatisches Licht entlang eines primären Strahlengangs auszusenden; – einer unterstützenden Lichtquelle, um ein kompensierendes Licht auszusenden, um das polychromatische Licht zumindest hinsichtlich seiner Helligkeit während einer Anfangsphase auszugleichen; – einem optischen Integrator, welcher entlang des primären Strahlengangs angebracht ist und wenigstens eine erste und eine zweite Fliegenaugen-Integratorplatte umfasst, welche jeweils eine Anordnung von Linsen aufweisen, wobei der optische Integrator so mit der primären und der unterstützenden Lichtquelle gekoppelt ist, dass er das polychromatische und das kompensierende Licht getrennt entgegennimmt und überlagert; und – eine optisch mit dem optischen Integrator gekoppelte Abbildungsvorrichtung, um unter Verwendung des austretenden Lichts mit ausgewogeneren Strahlungsenergieinhalten ein Bild zu projizieren.
Das System nach Anspruch 14, bei dem die unterstützende Lichtquelle eine optische Faser umfasst, durch welche sich das kompensierende Licht bewegt, wobei die optische Faser an der Stelle vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion optisch an eine erste Seitenfläche oder eine zweite Seitenfläche oder ein Eingangsende des Lichttunnels gekoppelt ist.
Das System nach Anspruch 15, bei dem die optische Faser ein Ausgangsende aufweist, und ferner eine reflektierende Fläche umfassend, welche sich zwischen dem Ausgangsende der optischen Faser und dem Lichttunnel befindet, wobei die reflektierende Fläche das kompensierende Licht, das sich durch die optische Faser bewegt, optisch mit dem Lichttunnel koppelt, und zwar in eine solche Richtung und mit einem solchen Winkel, dass es an der Stelle des Lichttunnels vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion mit dem primären Strahlengang zusammenfällt.
Das System nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei dem die optische Faser ein Ausgangsende aufweist, und ferner ein geformtes optisches Material oder Element umfassend, welches sich zwischen dem Ausgang der optischen Faser und dem Lichttunnel befindet, wobei das geformte optische Material oder Element das kompensierende Licht, das sich durch die optische Faser bewegt, optisch mit dem Lichttunnel koppelt, und zwar in eine solche Richtung und mit einem solchen Winkel, dass es an der Stelle des Lichttunnels vor oder ungefähr bei der ersten Lichtreflexion mit dem primären Strahlengang zusammenfällt.
Das System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die primäre Lichtquelle eine Bogenlampe aufweist, wobei das polychromatische Licht ein Emissionsspektrum aus einer Mischung von Grundfarben mit unausgewogenen Strahlungsenergieinhalten besitzt und das kompensierende Licht einen kompensierenden Strahlungsenergieinhalt in einem Bereich des Spektrums aufweist, so dass das Ungleichgewicht in der von der primären Lichtquelle abgestrahlten Energie ausgeglichen wird.
Das System nach Anspruch 18, bei dem: – der unausgewogene Strahlungsenergieinhalt von der Bogenlampe ausgestrahltem rotem Licht entspricht; und – der Bereich des Spektrums rotes Licht einer Lichtstärke umfasst, die eine Verminderung des Ungleichgewichts in der abgestrahlten Energie bewirkt.
Ein Bild-Projektionssystem mit: – Mitteln, um polychromatisches Licht von einer primären Lichtquelle entlang eines primären Strahlengangs auszusenden; – Mitteln, um ein kompensierendes Licht von einer unterstützenden Lichtquelle auszusenden, um das polychromatische Licht wenigstens im Hinblick auf das weiße Licht während einer Anfangsphase zu kompensieren, – Mitteln, um das kompensierende Licht so zu lenken, dass es mit dem polychromatischen Licht zusammenfällt, um das polychromatische und das kompensierende Licht zu überlagern, und zwar unter Verwendung eines der folgenden Elemente –– eines optischen Integrators mit einem Lichttunnel, in welchem Licht, das sich durch den Lichttunnel bewegt, mehrmals reflektiert wird, so dass Licht, welches den Lichttunnel verlässt, im wesentlichen von gleichmäßiger Helligkeit ist, wobei das polychromatische und das kompensierende Licht so gelenkt werden, dass sie von dem optischen Integrator getrennt entgegengenommen werden, aber an einer Stelle vor oder ungefähr bei der Stelle der ersten Lichtreflexion zusammenfallen; –– einer primären Lichtquelle mit einem Reflektor, um das kompensierende Licht so zu reflektieren, dass es mit dem polychromatischen Licht zusammenfällt, wobei die unterstützende Lichtquelle nahe an der primären Lichtquelle angebracht ist; und –– eines optischen Integrators mit einer ersten und einer zweiten Fliegenaugen-Integratorplatte, von denen jede eine Anordnung von Linsen enthält; und – Mitteln, um unter Verwendung des integrierten, überlagerten Lichts ein Bild zu projizieren.
Das System nach Anspruch 20 mit einem optischen Integrator, der einen Lichttunnel aufweist, und ferner mit einer optischen Faser, um daran mitzuwirken, das kompensierende Licht an den Ort der Überlagerung zu leiten.
Das System nach Anspruch 20 mit einem optischen Integrator, der eine erste und eine zweite Fliegenaugen-Integratorplatte aufweist, und ferner mit einer optischen Faser, um daran mitzuwirken, das kompensierende Licht zu den Fliegenaugen-Integratorplatten zu lenken.
Das System nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die primäre Lichtquelle eine Bogenlampe aufweist, wobei das polychromatische Licht ein Emissionsspektrum aus einer Mischung von Grundfarben mit unausgewogenen Strahlungsenergieinhalten besitzt und das kompensierende Licht einen kompensierenden Strahlungsenergieinhalt in einem Bereich des Spektrums aufweist, so dass das Ungleichgewicht in der von der primären Lichtquelle abgestrahlten Energie ausgeglichen wird.
Das System nach Anspruch 23, bei dem: – der unausgewogene Strahlungsenergieinhalt von der Bogenlampe ausgestrahltem rotem Licht entspricht; und – der Bereich des Spektrums rotes Licht einer Lichtstärke umfasst, die eine Verminderung des Ungleichgewichts in der abgestrahlten Energie bewirkt.