EP0991972A2

EP0991972A2 - Projektionseinrichtung

Info

Publication number: EP0991972A2
Application number: EP99916841A
Authority: EP
Inventors: Gerd Rieche; Dietrich Schmidt; Jürgen PUDENZ; Hans-Jürgen Meissner; Hans-Joachim STÖHR; Eberhard Piehler; Rainer Schnell
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-04-12
Also published as: WO1999056166A3; WO1999056166A2; US6580469B1; JP2002508093A

Abstract

Bei einer Projektionseinrichtung mit einer in einer Bildebene befindlichen Matrix (50) zum Erzeugen eines Videobildes, mit einer Optik (9) zur Projektion dieses Videobildes auf einen Schirm sowie mit einer Lichtquelle (3, 30) zum Beleuchten der Matrix (50), ist eine Anordnung, mit der das Videobild gleichmässig ausleuchtbar ist, vorgesehen.

Description

Projektionseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionseinrichtung mit einer in einer Bildebene befindlichen Matrix zum Erzeugen eines Videobildes, mit einer Optik zur Projektion dieses Videobildes auf einen Schirm sowie mit einer Lichtquelle zum Beleuchten der Matrix

Eine derartige Technik ist von den heute schon kommerziell erhältlichen Videoprojektionsgeraten bekannt, bei denen eine LCD-Matπx wie ein Dia bei einem Diaprojektor zwischen einer Lichtquelle und einer Optik eingebaut ist und von dieser auf einem Schirm abgebildet wird

Die LCD-Matrix wird beispielsweise für die Darstellung von Videobildern angesteuert Mit Hilfe der von der Diaprojektion bekannten Technik laßt sich so ein Videobild als Großbild auf einem Schirm abbilden Diese Großbildtechnik wird als zukunftsweisend angesehen, da elektronische Bildröhren bei sehr großen Bildern nicht mehr einsetzbar sind

Ebenso wäre dafür, neben der vorgenannten von Dias bekannten Durch chtprojektion, auch eine Auflichtprojektion mit einer LCD geeignet, wie sie von Episkopen bekannt ist, wobei die LCD dann in der Bildebene des Epsikopaufbaus egt

Will man das Auflichtprojektionsverfahren verwenden, kann man statt der LCD-Matπx auch eine Spiegelmatix einsetzen Eine derartige Matrix ist zum Beispiel als Schaltkreis von der Firma Texas Instruments erhältlich Bei dieser werden mehrere matrixartig angeordnete Kippspiegel, einer für jeden Bildpunkt, digital gesteuert In einem der digitalen Zustande reflektiert dabei ein Kippspiegel die volle Lichtstarke, in dem anderen Zustand empfangt und reflektiert der Spiegel das Licht unter einem Winkel, bei dem es nicht mehr auf den Schirm geworfen werden kann Das heißt, bis auf geringe Streulichtanteile ist der korrespondierende Bildpunkt dann auf dem Schirm dunkel

Die unterschiedliche Lichthel gkeit zur Darstellung des Grau- oder Farbwertes eines Bildpunktes stellt man ein, indem die Spiegel mit einem geeigneten Pulszug beaufschlagt werden, so daß bei jedem Bildpunkt im Zeitmittel nur ein Zwischenwert zwischen voller Lichtintensität und Dunkel vom Auge eines Beobachters erfaßt wird

Nachteilig bei dem bekannten Episkop- und Diaprojektionsverfahren ist allerdings, daß eine sehr hohe Lichtleistung der Lichtquelle benötigt wird, deren Wärmeleistung die LCD beispielsweise zerstören konnte Deswegen isf bei derartigen Projektoren auch ein hoher Kuhlaufwand erforderlich, der diese Gerate schwer, unhandlich und teuer macht

Bei der Kippspiegeltechnik ist zudem die übliche Episkoptechnik ungeeignet, da bei ersterer das beste Bild dann erreicht wird, wenn das Licht nur unter einem definierten Winkel auf die Matπx gelangt, gerade dem Einstellwi kel der Kippspiegel für den Dunkelwert, damit der Lichtquelle vom Spiegel nur eine geringfügige Flache von praktisch Null zur Reflexion entgegengestellt wird

Mit einer Hohlspiegelstruktur, wie sie beispielsweise von Episkopen zur Beleuchtung eines Bildes bekannt ist, kann man den definierten Winkel allerdings nicht einstellen Bei der bei Kippspiegeln zweckmaßigerweise unter definiertem Winkel erfolgenden Beleuchtung muß daher mit noch wesentlich größeren Lichtverlusten gerechnet werden als bei der bekannten Episkoptechnik

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verlustleistung derartiger Projektoren möglichst zu mindern und somit ein kompaktes Videogerat der gattungsgemaßen Art zu schaffen, bei dem das Kuhlproblem trotz kompakter Bauweise verringert ist

Die Aufgabe wird dadurch gelost, daß eine Anordnung vorgesehen ist, mit der das Videobild gleichmäßig ausgeleuchtet ist, und insbesondere ist zwischen der Lichtquelle und der Matπx eine Einrichtung zum Mischen des Lichts der Lichtquelle über Mehrfachreflexionen vorgesehen und das gemischte Licht von der Einrichtung aus auf die Matπx gerichtet ist

Die erfindungsgemaße Einrichtung zum Mischen des Lichts der Lichtquelle wird zum Erzeugen einer möglichst gleichmaßigen Leuchtdichte auf der Matrix eingesetzt Bei üblichen Lampen ist namhch aufgrund des Wendeis, bzw des immer zum Emittieren von Licht benotigten Volumens eine ungleichmäßige Leuchtdichte gegeben, weshalb immer eine gewisse Ungleichmaßigkeit beim Ausleuchten zu berücksichtigen ist Deswegen sollte der erzeugte Lichtfleck auf dem Dia, auf dem zu projizierenden Bild oder auf der LCD-Matπx immer weiter als deren Abmessungen aufgeweitet sein, damit ein möglichst homogenes Lichtfeld möglich wird Die daraus resultierenden Lichtverluste werden dagegen erfindungsgemaß dadurch verringert, daß das Licht in der Einrichtung zum Mischen mehrfach hin und her reflektiert, bevor es diese Einrichtung wieder verlaßt, so daß der Ursprung jedes Lichtbundels vom Emissionsvolumen der Lichtquelle verloren geht Das so erzeugte Lichtfeld weist dann nach Verlassen der Einrichtung zum Mischen eine sehr gleichmäßige Leuchtdichte auf Eine derartige Einrichtung zum Mischen kann beispielsweise eine Lichtleitfaser oder ein Spiegelsystem zum Hm- und Herreflektieren sein

Den sich ergebenen Vorteil des Mischens, der sich insbesondere bezüglich der erforderlichen Leistung ergibt, kann man sich leicht an einem Zahlenbeispiel deutlich machen Wenn bei herkömmlicher Technik nur angenommen ein doppelt so großes Gebiet ausgeleuchtet werden mußte, wie für die Flache des Bildes benotigt wird, laßt sich die Kantenlange bei erfindungsgemaßem gleichmäßigem Ausleuchten bis zur Hälfte vermindern Das bedeutet, daß dann aufgrund der Einrichtung zum Mischen nur ein Viertel der Leistung benotigt wird

Der extreme Gewinn aufgrund der erfindungsgemaß vorgesehenen Einrichtung zum Mischen ergibt sich also von allen Dingen dadurch, daß die Große des Leuchtflecks auf die Flache des Bildes besser angepaßt wird Die so erzielbare drastische Leistungsverringerung folgt aus der quadratischen Abhängigkeit der Große des Leuchtflecks von der zu beleuchtenden Kantenlange Unerwarterterweise hat sich jedoch auch gezeigt, daß die mit Hilfe der Einrichtung zum Mischen erzeugten Videobilder qualitativ wesentlich hochwertiger sind als die ohne die Einrichtung Dies wird vor allen Dingen darauf zurückgeführt, daß die erfindungsgemaß erfolgende gleichmäßigere Ausleuchtung der Matrix auch eine bessere Reproduktion des Bildinhalts gestattet

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Matrix eine Matrix aus digital ansteuerbaren Kippspiegeln ist Gegenüber den vorher genannten LCD-Matπxen kommen gerade bei diesen Matπxen die Vorteile der Einrichtung zum Mischen besonders vorteilhaft zur Geltung, mit denen sich, da das Licht im wesentlichen nur aus der Richtung der Einrichtung zum Mischen einfallt, auch ein definierter Winkel einstellen laßt

Wie vorstehend schon ausgeführt wurde, ist bei Spiegelmatπxen ein definierter Winkel zweckmäßig, der sich durch entsprechende geometrische Ausbildung der Projektionseinrichtung und einer geeigneten geometrischen Anordnung der Einrichtung zum Mischen bezüglich der Matrix besonders einfach einhalten laßt

Die Lichtverluste lassen sich insbesondere dann weiter verringern, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Einkoppeloptik zwischen der Lichtquelle und der Einrichtung zum Mischen vorgesehen ist Die Einkoppeloptik sorgt dafür, daß eine möglichst große Lichtmenge aus der Lichtquelle in die Einrichtung zum Mischen gelangt Sie verhindert somit auch einen vermeidbaren Lichtverlust

In gleicher Weise wirkt eine andere Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft zur Verringerung der benotigten Lichtmenge, bei der zwischen der Einrichtung zum Mischen und der Matrix eine Auskoppeloptik vorgesehen ist, mit der die Matrix ausleuchtbar ist Insbesondere kann man den Winkel zum Beleuchten der Matπx bei den digital ansteuerbaren Kippspiegeln mit der Auskoppeloptik durch eine entsprechende geometrische Auslegung so einstellen, daß der höchstmögliche Kontrast für qualitativ hochwertige Bilder erreichbar wird

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine Feldlinse vor der Matrix angeordnet ist Mit Hilfe der Feldlinse laßt sich beispielsweise eine Vergroßerungswirkung erreichen, mit der eine Justierung für das die Einrichtung zum Mischen verlassende Licht besonders gut auf das zu beleuchtende Bildfeld erfolgen kann, da die Justiergenauigkeit aufgrund der Vergroßerungswirkung der Feldlinse erhöht wird Damit wird es einfacher, Lichtfleck und Bildfeld zur Deckung zu bringen Vor allen Dingen für die Massenproduktion wird es aufgrund der dadurch gegebenen Vereinfachung in vorteilhafter Weise möglich, das Lichtfeld zum Beleuchten der Matrix besonders klein zu dimensionieren Damit wirkt sich dieses Merkmal ebenfalls positiv auf die Leistungseinsparung aus

Als Einrichtung zum Mischen könnte man streuende Spiegelflächen mit einer anschließenden Fokussierungsoptik verwenden Weiter erfüllen Lichtleitfasern diesen Zweck, die dann jedoch starr befestigt werden mußten, damit sich das Bildfeld bei Änderung von deren Position verschieben kann Insbesondere hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Einrichtung zum Mischen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einen Korper m der Form eines geometrischen Prismas aufweist, in dessen Grundflache das Licht der Lichtquelle eingeleitet ist und aus dessen Deckflache das gemischte Licht zum Beleuchten der Matrix entnommen ist Man erzeugt damit eine effektive Mischung beim Lichttransport über die Lange des geometrischen Prismas, wahrend das Licht an dessen Seitenflächen hin und her reflektiert wird Insbesondere hat diese Weiterbildung der Erfindung auch den Vorteil, daß derartige Korper sich einfach fertigen lassen, wodurch erfindungsgemaße Vorrichtungen für den Konsumbereich besonders kostengünstig werden

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das geometrische Prisma eine rechteckige Grundflache hat, deren Seitenverhältnis durch das Seitenverhältnis des durch die Matrix gebildeten Videobildes bestimmt ist

Hier macht man sich zunutze, daß das aus der Deckflache austretende Licht eine Anpassung der beiden Seitenverhältnisse der Deckflache der Prismenform an diejenigen des Videobildes eine insbesondere gleichmäßige Ausleuchtung in alle Richtungen erlaubt Bei der Anpassung der beiden Seitenverhältnisse ist allerdings zu beachten, daß das Seitenverhältnis durch Spiegel, Blenden, Linsen usw im Lichtweg hinter der Einrichtung zum Mischen des aus ihr austretenden Lichts verändert werden konnte Die Bestimmung der Seitenverhältnisse erfolgt in diesem Zusammenhang so, daß das aus dem Korper austretende Licht die Matrix in beiden Flachenausdehnungen gleichmäßig beleuchtet Einen derartigen Korper konnte man beispielsweise als innenverspiegeltes Rohr ausfuhren Damit laßt sich praktisch das gesamte, in den Eingang der Einrichtung zum Mischen fallende Licht an den Ausgang übertragen Als wesentlich gunstiger hat es sich jedoch herausgestellt, wenn die Mantelfache des zum Mischen eingesetzten Korpers unverspiegelt ist und die Mischung über Mehrfachreflexionen aufgrund Totalreflexion an dieser Mantelflache erfolgt Damit kann man sich die Verspiegelung sparen, was für ein kostengünstiges Videogerat, insbesondere für den Konsumermarkt, äußerst vorteilhaft ist

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verhältnis der Lange der Prismenachse zur lateralen Ausdehnung großer als

5/vV

ist, wobei n den Berechnungsindex des Materials bezeichnet Bei dieser Beziehung macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß bei mindestens fünffachem Hin- und Herreflektieren des Lichts schon eine für die Videoprojektion ausreichende' Mischung erfolgt Mit der angegebenen Grenze laßt sich die geringste Lange für den pπsmenförmigen Korper bestimmen, um eine wirkungsvolle Einrichtung zum Mischen bei gleichzeitig geringen Abmessungen zu erreichen Die Abmessungen sollten namlich nicht zu groß sein, damit das Projektionsgerät kompakt bleibt Empfehlenswert ist es bei der Dimensionierung der Prismenlange der Mischeinrichtung daher, unterhalb von 100 bis 200 Reflexionen zu bleiben Der polygonformige Korper wird ferner gunstig aus Glas gefertigt Gerade bei Totalreflexion können jedoch Lichtverluste durch falsche Halterung des Prismas entstehen, die aufgrund Verbiegung oder einer Berührung eines Halters mit dem polygonfόrmigen Körper abschnittsweise zu einem Unterbinden des total reflektierenden Verhaltens des Körpers führen können. Um auch derartige Lichtverluste möglichst gering halten zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein Halter für den Körper aus einem Blech mit einer Dicke von kleiner als 1 mm und insbesondere kleiner als 0,5 mm gefertigt wird, wobei der Halter ausschließlich mit einer Kante dieser Abmessung an dem Körper anliegt. Aufgrund der dadurch möglichen geringen Anlagefläche des Halters am polygonförmigen Körper werden Lichtverluste bei den gegebenen Abmessungen vernachlässigbar.

Weiter ist gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung eine entsprechende Halterung dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter für den Körper aus federnem Blech vorgesehen ist, dessen Federspannung senkrecht zur Prismenachse wirkt und den Körper senkrecht zur Prismenachse gegen eine Kante des Gehäuses als Widerlager zieht und daß in einer Mantelfläche des Körpers eine Nut vorgesehen ist, in die eine am Gehäuse befestigte Feder eingreift.

Eine farbige Bilddarstellung ist mit Hilfe derartiger Matrizen ebenfalls möglich. Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen der Lichtquelle und der Matrix ein Farbrad mit unterschiedlichen Farbfiltern vorzusehen, welches aufgrund von Rotation sequentiell verschiedene Farben des Lichtes filtert, wobei die Information auf der Matrix synchron mit der momentanen Farbe des auf die Matrix fallenden Lichts eingestellt wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dieses Farbrad zwischen der Lichtquelle und der Einrichtung zum Mischen angeordnet. Diese Stelle ist besonders geeignet, da Streuungen im oder auf dem Farbrad, beispielsweise aufgrund von Imperfektionen des Materials oder aufgrund von Oberflächenstaub durch die nachfolgende Mischung ausgeglichen werden, so daß selbst bei derartigen Fehlern auch ein hochqualitatives Videobild möglich wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß hinter der Einrichtung zum Mischen ein Justierelement zum Ausrichten des aus der Einrichtung zum Mischen austretenden Lichts auf die Matrix angeordnet ist.

Wie vorstehend schon deutlicher wurde, ist es zum Vermeiden von Lichtverlusten, insbesondere bei den bei Kippspiegelmatrixen beabsichtigten kleinen zu beleuchtenden Flächen besonders vorteilhaft, wenn sich das aus der Einrichtung zum Mischen emittierte Licht auf die Matrix justieren läßt. Dafür ist ein einziges Justierelement vorgesehen, dessen Aufbau aus einem später dargestellten Ausfuhrungsbeispiel deutlicher wird.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich vor allem auf Kippspiegelmatrixen als Matrix:

Aufgrund der geforderten geringen Divergenz für vollständige Absorption bei dunkel geschaltetem Videobild und der gleichzeitig erwünschten großen Lichtstärke beim Hellschalten, damit ein großer Bildschirm ausgeleuchtet werden kann, entstehen bei einem kompakten Aufbau Probleme, da einerseits ein langer Lichtweg geschaffen werden soll und andererseits auch die Verlustleistung ökonomisch nicht zu einem Wärmestau bei den Bauelementen führen soll. Insbesondere bezüglich des Wärmehaushalts ist zu beachten, daß es sich bei der Kφpspiegelmatπx um ein mikromechanisches Halbleiterbauelement handelt, das nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs reproduzierbar arbeitet

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtquelle nahe der Kippspiegelmatπx und in einem Winkel, bei dem das Lichtbundel von dieser weggeπchtet wird, angeordnet ist und daß ein gefalteter optischer Lichtweg zum Übertragen eines von der Lichtquelle emittierten Lichtbundels zur Kippspiegelmatπx vorgesehen ist

Mit dem gefalteten optischen Lichtweg wird die entsprechende Lange eingestellt, damit das auf die Kippspiegelmatπx auffallende Licht eine geeignet geringe Divergenz hat Er erfüllt jedoch erfindungsgemaß noch einen weiteren Zweck, namlich das Licht der Lichtquelle, das ja erfindungsgemaß nicht direkt auf die Kippspiegelmatπx gerichtet ist, zur Bilddarstellung umzulenken

Daß die Lichtquelle in der Nahe der Kippspiegelmatπx angeordnet ist, wobei das Lichtbundel von der Kippspiegelmatπx weggerichtet wird, hat zweierlei Vorteile Erstens laßt sich eine Kühlung, beispielsweise mittels eines Ventilators, so anbringen, daß sowohl das Leuchtvolumen, insbesondere ein Wendel, der Lichtquelle, als auch die Kippspiegelmatπx von einem einizigen Element gekühlt werden Zweitens führt die Kühlung zu sehr stabilen und reproduzierbaren Videobildern, da die gesamte Verlustwarme in der Nahe der Kippspiegelmatπx entsteht, was bedeutet, daß ein Umschalten der Kippspiegel in andere Zustande, beispielsweise zur Darstellung eines dunkleren Videobildes, nur zu einer geringfügigen Änderung von deren Erwärmung aufgrund der dann erhöhten Absorption führt, so daß die Kippspiegelmatrix durch Kühlung und gleichmäßiger Erwärmung durch die Lichtquelle im wesentlichen temperaturstabil gehalten wird Das heißt, die Reproduzierbarkeit der Bilder ist im wesentlichen unabhängig von dem im Zeitverlauf dargestellten Bildinhalt im Unterschied zu anderen Anordnungen Damit laßt sich ein besonderes kompaktes Videogerat schaffen

Um die benotigte Lichtmenge möglichst gering zu halten, damit das Warmeproblem noch weiter verringert wird, ist bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der gefaltete optisch Lichtweg mit zwei Umlenkspiegeln bewirkt ist, zwischen denen sich ein Lichtleiter erstreckt Aufgrund der Beschrankung auf im wesentlichen zwei Umlenkspiegel, wird der Aufwand verkleinert Der vorgesehene Lichtleiter sorgt insbesondere für eine hohe Lichthomogenitat, so daß man die Kippspiegelmatπx gleichmäßig beleuchten kann Dies führt zu einer geringeren Lichtleistung für die Lichtquelle, da im Prinzip nur der Flachenbereich der Kippspiegelmatπx ausgeleuchtet werden muß Weiter wird das Licht von dem Lichtleiter aufgrund der Hin- und Herreflexion homogenisiert, also ein gleichmäßiger Lichtfleck zur Beleuchtung der Kippspiegelmatπx geschaffen, was eine besonders gute Bildqualltat ermöglicht

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lichtleiter ein rechteckiger Stab aus für das Licht der Lichtquelle durchsichtigem Material mit einem der Kippspiegelmatπx angepaßtem Querschnitt ist Bei einem derartigen rechteckigen Stab wird das Licht, wie auch von anderen Lichtleitern bekannt, über Totalreflexion geleitet Man konnte einen solchen Stab zwar auch mit Spiegelschichten ausbilden, jedoch ist ein einfacher Stab beispielsweise aus Glas demgegenüber besonders kostengünstig zu fertigen, wodurch der Preis gesenkt wird, was sich insbesondere für den Konsumbereich vorteilhaft auswirkt

Der dem Kippspiegel angepaßte Querschnitt wurde für die Weiterbildung deswegen ausgewählt, um durch Abbildung der Ausgangsflache des Stabs auf die Kippspiegelmatπx nahezu das gesamte aus dem Stab austretende Licht zum Beleuchten der Matπx einzusetzen Aufgrund dieser Maßnahme laßt sich eine Lichtquelle geringerer Leistung einsetzen, als wenn man die Rander der Kippspiegelmatπx über große Flachen mit ausleuchten mußte Auch diese Maßnahme reduziert das Warmeproblem drastisch

Zum gleichen Zweck ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zwischen der Lichtquelle und dem rechteckigen Stab eine Emkoppeloptik zum Fokussieren des Lichtbundels auf eine Eingangsflache des Lichtleiters vorgesehen Aufgrund dieser Maßnahme wird möglichst viel Licht der Lichtquelle in den Lichtleiter eingekoppelt, so daß der Leistungsbedarf der Lichtquelle aufgrund der dann geringeren Lichtverluste herabgesetzt werden kann, was wiederum das Warmeproblem vermindert

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Farbrad zwischen Einkoppeloptik und der Eingangsflache des Lichtleiters vorgesehen Ein Farbrad ist bei der beschriebenen Erzeugung von Videobildern mit Kippspiegelmatrixen zur Darstellung von Farbbildern bekannt Mit dem Farbrad werden sequentiell unterschiedliche Farbfilter vor die Lichtquelle geschaltet, so daß von der Lichtquelle aus andersartige Farben weitergeleitet werden Die Kippspiegelmatπx wird dabei synchron zu der jeweiligen Lichtfarbe mit den verschiedenen Farbauszugen, z B der Farben Rot, Grün und Blau (R, G, B,), angesteuert Der Eindruck eines Farbbildes entsteht durch Überlagerung der Farbauszuge aufgrund der Trägheit des Auges

Bezüglich dieser Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere die Anordnung des Farbrades vorteilhaft Aufgrund seiner Position zwischen Emkoppeloptik und Eingangsflache des Lichtleiters ist es weit von den warmebehafteten Teilen der Vorrichtung entfernt, wie insbesondere aus einem Ausführungsbeispiel erkennbar wird In dem Ausführungsbeispiel laßt sich auch ein Luftstrom zum Kuhlen der Lichtquelle und der Kippspiegelmatπx gleichzeitig auf das Farbrad richten Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei dieser Anordnung ferner dadurch, daß Lichtintensitatsschwankungen aufgrund Inhomogenitäten des Farbrades sowie Staub auf dessen Oberflache ebenfalls durch den Lichtleiter homogenisiert werden, was zu einer besonders guten Bildquahtat fuhrt

Das Lichtbundel laßt sich zur Leistungsverringerung der Lichtquelle besonders gut ausrichten, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein zyhnderformiges Justierelement im gefalteten optischen Lichtweg vorgesehen ist, wobei in dem Justierelement ein Umlenkspiegel des gefalteten optischen Lichtwegs befestigt ist, mit dem das Licht der Lichtquelle auf die Kippspiegelmatπx ausrichtbar ist Für eine besonders gute Ausrichtung auf die Kippspiegelmatπx ist es ferner vorteilhaft, wenn das gesamte Licht auf die Kφpspiegelmatπx fokussiert wird Dazu ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß in dem Justierelement ein optisches System zum Fokussieren des Lichtbundels auf die Kippspiegelmatπx angeordnet ist Wie vorstehend bei dem rechteckigen Stab schon deutlich wurde, ist es besonders vorteilhaft, wenn auf der Kippspiegelmatπx eine rechteckige Lichtflache abgebildet wird Das dazu mögliche Fokussieren laßt sich beispielsweise mit dem optischen System durchführen, das innerhalb des Justierelements angeordnet ist Durch die Änderung des Ortes des Justierelements beim Justieren lassen sich immer geeignete Fokussierungsbedingungen einstellen

Diesbezüglich ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen, daß eine rechteckige, lichtemittierende, von der Lichtquelle gespeiste Flache vor dem Justierelement ausgebildet ist und das Justiere lement ein mindestens zweihnsiges System aufweist, mit dem die lichtemittierende Flache auf die Kippspiegelmatπx abgebildet wird

Die rechteckige Flache laßt sich durch den vorher genannten rechteckigen Stab ausbilden Weitere Ausbildungen für die von der Lichtquelle gespeisten Flache sind ebenfalls möglich und können beispielsweise durch Vorsehen einer rechteckigen Blende im Strahlengang verwirklicht werden

Als besonders vorteilhaft für die Kompaktheit bei gleichzeitig guten Abbildungseigenschaften hat sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung herausgestellt, wenn der Abbildungsmaßstab des mindestens zweihnsigen Systems zwischen 1 und 5 egt Bei dem spater angegebenen Ausführungsbeispiel wurde insbesondere ein Verkleinerungsfaktor von 2 gewählt

Eine gunstige Lichtleistung verbunden mit einer geringeren Wärmeleistung ergibt sich aufgrund einer verbesserten Justiermoglichkeit gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß vor der Kippspiegelmatπx eine Feldlinse angeordnet ist Die Justierung wird insbesondere deshalb erleichtert, weil die Feldlinse den gewünschten Winkel auf die Kippspiegelmatπx, im wesentlichen der für optimale Dunkel/Hellverhaltnisse, auch bei der Justierung einhält Ferner wird die Justierung erleichtert, weil durch die Feldlinse eine große Bewegung des Justierelements in eine kleine Bewegung des Lichtbundels auf der Kippspiegelmatπx möglich wird Diese verbesserte Justiermoglichkeit ist besonders für ein kommerzielles Videogerat forderlich, da sich der Lichtweg selbst bei sehr kompakter Ausfuhrung des Gerätes leichter einstellen laßt und der von der Lichtquelle auf der Kippspiegelmatπx erzeugte Lichtfleck ohne Aufwand nahezu vollständig mit nur kleinen toleπebaren Uberdeckungen des Randbereichs der Kippspiegelmatπx übereinander geführt werden kann

Insbesondere ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das über den optischen Lichtweg auf die Kippspiegelmatπx gerichtete Lichtbundel durch die Feldlinse auf die Kippspiegelmatπx gerichtet ist, wahrend das von der Kippspiegelmatπx in das Objektiv reflektierte Licht von der Feldlinse unbeeinflußt in das Objektiv einfallt Dies ist für eine Erhöhung der Kompaktheit forderlich, da die Feldlinse dann beim Verlassen der Kippspiegelmatrix nicht mehr stört Das kann man unter anderem durch eine spezielle Ausbildung der Feldlinse erreichen, bei der in der Linse für das von der Matrix reflektierte Licht ein Loch gebohrt wird

Für eine besonders kostengünstige Ausbildung des Videogerates, insbesondere auch zur Forderung der Kompaktheit ist gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Feldlinse senkrecht zur optischen Achse einen teilkreisformigen Querschnitt, insbesondere einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der zwischen einfallendem Lichtbundel und Kippspiegel angeordnet ist, wobei eine durch die Abweichung von der Kreisform definierte Öffnung zwischen Kippspiegelmatπx und Objektiv liegt

Die Kompaktheit eines Videogerates der genannten Art laßt sich auch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erhohen, bei der im optischen Lichtweg ein letzter Umlenkspiegel vorgesehen ist, der das Lichtbundel aus einer Ebene des von diesem Umlenkspiegel liegenden optischen Lichtweg heraus und auf die Kippspiegelmatπx richtet Aufgrund des so gearteten optischen Lichtwegs wird das Licht in drei Dimensionen statt einer Ebene gefuhrt

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung noch naher verdeutlicht Es zeigen

Fig 1 eine schematische Darstellung des bei der Erfindung eingesetzten Mischpπnzips,

Fig 2 eine schematische Darstellung einer Mischung anhand eines polygonformigen Korpers

Fig 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemaß ausgestaltetenProjektionssystems mit einer Kippspiegelmatπx,

Fig 4 eine andere perspektivische Ansicht des Projektionssystems von Fig 3,

Fig 5 einen Schnitt durch das Projektionssystem gemäß Fig 3 und Fig 4 gemäß der in Fig 4 eingezeichneten Linie A-A,

Fig 6 eine Strahlführung mit einem Justierelement und der Kippspiegelmatπx innerhalb des

Ausfuhrungsbeispiels von Fig 3 bis Fig 5,

Fig 7 eine Schnittzeichnung des in Fig 6 gezeigten Justierelements,

Fig 8 eine Anordnung wie bei Fig 1, jedoch mit gefaltetem Lichtweg und zusätzlichem

Farbrad

In Fig 1 wird das grundlegende Prinzip dargestellt, mit dem ein Lichtbundel 2 zur Verbesserung einer Ausleuchtung einer zur Darstellung eines Videobildes eingesetzten Matrix homogenisiert wird Das Lichtbundel stammt aus einer Lampe, wie einer Halogenlampe, einer Lichtbogenlampe oder ähnlichem, die in einem Reflektor eingebaut ist und von dort aus als ein im wesentlichen paralleles Lichtbundel austritt Lampe und Reflektor bilden dabei die Lichtquelle 3

Ein derartiges Lichtbundel 2 weist im allgemeinen Winkeldivergenzen auf Weiter leuchtet das Emissionsvolumen, das beispielsweise durch eine leuchtende Wendel ausgebildet ist, in der Lichtquelle 3 mit einer inhomogenen räumlichen Intensitätsverteilung Will man ein derartiges Lichtbundel auf eine LCD-Matπx oder Kippspiegelmatπx richten, dann wurden derartige Inhomogenitäten auf dieser Matrix eine ungleichmäßige Beleuchtung verursachen, worunter die Qualltat der Bilddarstellung auf der LCD-Matπx oder Kippspiegelmatπx leidet Nach dem Stand der Technik wird zweckmaßigerweise ein größerer Bereich als die Matrix ausgeleuchtet, um vor allen Dingen den Einfluß des Lichtintensitatsabfall aufgrund Winkeldivergenz und raumlich inhomogener Lichtverteilung zu den Randern der Matrix hin zu vermindern

Im Beispiel von Fig 1 ist jedoch eine Einrichtung zum Mischen 5 vorgesehen, mit der eine Homogenisierung der Leuchtdichte so bewirkt wird, daß nur der gewünschte Bereich der Matrix mit ausschließlich geringfügiger Überlappung der Rander beleuchtet werden kann Dies fuhrt zu einer höheren Leuchtdichte auf der Kippspiegelmatπx, bzw es kann dadurch Leistung für die Lichtquelle 3 eingespart werden, so daß sich der Kuhlaufwand vermindert, weil eine Lichtquelle 3 niedrigerer Intensität als herkömmlich einsetzbar ist

Im schematisch gezeichneten Beispiel von Fig 1 ist die Einrichtung zum Mischen 5 eine planparallele Platte, die auf beiden vom Lichtbundel 2 durchdrungenen Seiten verspiegelt ist Das Lichtbundel 2 wird in der planparallelen Platte durch Hin- und Herreflexion der einzelnen Lichtstrahlen, wie in Fig 1 durch Pfeile angedeutet ist, aufgeweitet und homogenisiert Dadurch erhalt man am Ausgang der Einrichtung zum Mischen ein nahezu homogenes Lichtbundel, so daß die Matrix nur auf einem Feld, das ungefähr der Ausdehnung der Kippspiegelmatπx entspricht, beleuchtet werden muß Seitliche Abfalle der Leuchtdichte in den Randbereichen tragen nur wenig zur Gesamtbeleuchtung bei und der dadurch bedingte Lichtverlust kann gegenüber den sonst beim Stand der Technik ohne Einrichtung zum Mischen 5 erzeugten Beleuchtungen vernachlässigt werden

In Fig 1 ist zusatzlich das Prinzip der Bilddarstellung mit einer Matrix angedeutet Eine schematisch dargestellte Krppspiegelmatπx aus mehreren Spiegeln 7 richtet das reflektierte Licht für das auf der Kippspiegelmatπx eingestellte Videobild in ein Objektiv 9, welches wiederum das Bild auf einen Schirm projiziert

Alle Kippspiegel sind in der Fig 1 für maximale Reflexion eingestellt gezeigt, bis auf einen Spiegel 7', der dem Lichtbild 2 nur eine Kante entgegenstellt Von diesem Spiegel wird nur wenig Licht, bzw ausschließlich Streulicht, in das Objektiv 9 gelenkt Dieser Spiegel 7' wird deshalb auf dem Schirm als dunkles Feld dargestellt Die hier beschriebenen Kippspiegel sind von der Firma Texas Instruments, USA, erhaltlich

Für ein Videobild, für das den einzelnen Bildpunkten verschiedene Spiegel 7, 7' der Kippspiegelmatπx zugeordnet werden, die geeignete Leuchtdichte für jeden Bildpunkt zu schaffen, werden derartige Spiegel 7, 7', wenn sie nur digital ansteuerbar sind, wie die heute kommerziell erhältlichen Spiegel, zur maximalen Reflexion oder minimaler Reflexion schnell hin- und hergeschaltet Dazu beaufschlagt man die Kippspiegel 7, 7' mit Pulszugen, deren Dunkel-/Helltastverhaltnιs für jeden Bildpunkt proportional der für diesen gewünschten Helligkeit ist

Bei der Fig 1 gezeigten Einrichtung zum Mischen 5 ist es empfehlenswert, mindestens die der Lichtquelle 3 zugewandte Oberseite mit dielektrischen Spiegelschichten zu versehen, derart, daß die Ruckreflexion zur Lichtquelle 3 möglichst gering bleibt Den gleichen Zweck erfüllt beispielsweise bei geeignet polarisiertem Licht auch eine Anordnung der planparallelen Platte in Fig 1 unter dem Brewsterwinkel

Die Ruckreflexion ist zwar auch beim Ausführungsbeispiel von Fig 1 nicht nachteilig, da der bei der Lichtquelle 3 vorgesehene Reflektor ruckreflektiertes Licht wieder auf die Einrichtung zum Mischen 5 zurückwirft Allerdings ist dann die durch die Ruckreflexion verursachte Aufweitung des Lichtbundels 2 großer

Wie die vorangehene Diskussion zeigt, ist die in Fig 1 schematisch dargestellte Einrichtung zum Mischen, wenn beispielsweise dielektrische Schichten oder Polaπsatoren notwendig werden, sehr aufwendig, so daß man im kommerziellen Bereich, bei dem im wesentlichen auf den Preis geachtet werden muß, auf derartige Mischeinrichtungen möglichst verzichten sollte

Dagegen wird eine andere, in Fig 2 gezeigte Alternative vorgeschlagen, bei der die Einrichtung zum Mischen 5 als polygonformiger Korper ausgebildet ist Von der Polygonform ist in Fig 2 nur ein Schnitt gezeigt

Licht, das von der Grundflache 1 1 des Korpers aus einfallt, wird an der Mantelflache des Polygons, also den einzelnen Polygonseiten 12 und 13 aufgrund Totalreflexion hin- und herreflektiert Wegen der bei ausgedehnten Lichtquellen immer gegebenen unterschiedlichen Einfallswinkel und Einfallsorte der einzelnen Strahlen des Lichtbundels 2 beim Eintritt m die Grundflache 11 kann ein Lichtbundel 2 mit der in Fig 2 gezeigten Einrichtung zum Mischen 5 geeignet homogenisiert werden, wobei der Grad der Homogenisierung wesentlich von den gewählten Abmessungen abhangt

In Fig 2 sind zwei Großen, d für die Lange des polygonformigen Korpers und a für dessen lateralen Ausdehnung, eingezeichnet Die Abmessung d sollte nicht zu klein sein, damit genügend viele Reflexionen stattfinden können Für den praktischen Gebrauch hat sich eine Anzahl von mindestens fünf Reflexionen als gunstig herausgestellt Gleichermaßen sollte die laterale Ausdehnung a des polygonformigen Korpers, der hier als Einrichtung zum Mischen 5 eingesetzt wird, so groß gewählt werden, daß die Kippspiegelmatπx 7 vollständig beleuchtet wird Diesbezüglich wurde im später naher ausgeführten Ausführungsbeispiel eine Optik eingesetzt, mit der die Austrittsflache 14 auf die Kippspiegelmatπx abgebildet wird Weiter wurde die Austrittsflache rechteckig gehalten, um auch bezüglich der Anpassung der Form eine möglichst gute Ausleuchtung der Krppspiegelmatπx zu erzielen

Aufgrund der obigen Überlegungen der mindestens fünffachen Reflexion ergibt sich bezüglich des Totalreflexionwinkels α die Beziehung

tan(α) = — 5a Nach dem Snel usschen Berechnungsgesetz gilt aber gegenüber Luft

n wobei n der Berechnungsmdex des Materials des polygonformigen Korpers ist Aufgrund der bekannten Beziehungen zwischen den Winkelfunktionen erhalt man als Abschätzung für die untere Grenze des Verhältnisses der Lange d zu der lateralen Ausdehnung a des polygonformigen Korpers

d 5

— > a V n² - \

Will man Lichtverluste durch Lichtstrahlen, die unter sehr flachem Winkel α eintreten und nicht total reflektiert werden, vermeiden, kann man ferner die Seitenflächen 12, 13 des Mantels verspiegeln Es hat sich jedoch gezeigt, daß es aus Kostengrunden und da der Lichtverlust bei Einhaltung der oben abgeschätzten Beziehung in vertretbaren Bereichen bleibt, gunstiger ist, bei einem polygonformigen Korper ausschließlich die Totalreflexion einzusetzen

Dieses Prinzip der Homogenisierung wurde bei einem praktischen Ausführungsbeispiel verwirklicht, das im folgenden anhand der Fig 3 bis Fig 7 naher erläutert wird Dabei zeigen Fig 3 und Fig 4 verschiedene perspektivische Ansichten des Ausfuhrungsbeispiels, aus denen dessen verschiedene Merkmale entnehmbar sind

Als Lichtquelle 3 wird hier eine 120 W Lampe 30 eingesetzt, die schon vom Hersteller zum Parallehsieren von Licht mit einem Reflektor versehen war Deren Licht wird mit Hilfe eines optischen Systems 32 auf die Eintrittsflache eines polygonformigen Korpers 34 fokussiert Um eine erhöhte Kompaktheit der beispielhaft beschriebenen Vorrichtung zu erzielen, ist zwischen dem optischen System 32 und dem rechteckfbrmige Korper 34 ein Umlenkspiegel 36 vorgesehen Weiter ist zwischen der Lampe 30 und dem polygonformigen Korper 34 ein Farbrad 40 angeordnet Dieses Farbrad 40 weist verschiedene Segmente 42, 44, 46 und 48 auf, die mit dielektrischen Filterschichten für die Farben rot, grün, blau und weiß versehen sind und mit denen das aus der Lampe 30 austretende Lichtbundel farbgefiltert wird Das Farbrad 40 dreht sich schneller als 10 Umdrehungen pro Sekunde, so daß Lichtbundel aller durch die Farbfilter auf dem Farbrad gegebenen Farben innerhalb einer durch die Trägheit des Auges bedingten Zeitspanne auf die Kippspiegelmatπx gerichtet werden Die Information auf der Kippspiegelmatπx 15 wird entsprechend dem momentan wirksamen Farbfilter mit dem entsprechenden Farbauszug simultan gesteuert, so daß im Auge eines Betrachters des Videobildes ein farbiges Bild erfaßt wird

Aufgrund der fokussierenden Emkoppeloptik 32 ist der Lichtfleck auf dem Farbrad 40 minimal ausgedehnt, so daß die Kippspiegelmatπx 50 zum Ausschalten von Fehlinformationen durch Mischfarben beim Vorbeiführen von Segmentgrenzen zwischen den Segmenten 42, 44 ,46 oder 48 am Fokus des Lichtbundels nur kurzzeitig dunkel geschaltet werden muß Diese Zeiten sind bei bekannten Vorrichtungen wesentlich länger, so daß aufgrund dieses optischen Systems 32 und der speziellen Anordnung des Farbrads 40 im Fokus und vor dem polygonformigen Korper Lichtverluste verringert werden

Der polygonformige Korper 34 dient als Einrichtung zum Lichtmischen, um Inhomogenitäten des von der Lampe 30 ausgehenden Lichts über Reflexionen möglichst auszugleichen Hierzu wird an der Mantelflache des polygonformigen Korpers 34 mehrfach totalreflektiert, so daß am Ausgang 52 des polygonformigen Korpers 34 ein gleichmaßiges, wegen seines rechteckigen Querschnitts, rechteckiges Feld entsteht Das aus der Flache 52 austretende Licht wird in einem als Justierelement 54 ausgebildeten optischen System mit einem Spiegel umgelenkt und anschließend auf die Krppspiegelmatπx 50 geworfen Weitere Einzelheiten dazu werden in den folgenden Figuren 6 und 7 beschrieben Bemerkenswert ist jedoch bei dieser Anordnung, daß das Farbrad 40 vor der als Einrichtung zum Mischen und Homogenisieren vorgesehenen polygonformigen Korper 34 und nicht hinter diesem angeordnet ist Dadurch werden Inhomogenitäten im Farbrad 40 und auch eventueller Staub auf diesem durch das Mischen mit dem polygonformigen Korper 34 ausgemittelt

Die Kippspiegelmatπx 50 bestand im Ausführungsbeispiel aus 845 x 600 Kippspiegeln mit Abmessungen 17 μm x 17μm Der polygonformige Korper 34 hatte eine geeignet große Lange von 75 mm bei einer Eintrittsflache von 4,8 mm x 7 mm, was dazu ausreicht, daß das Licht bei dem gewählten Material, im Ausfuhrungsbeispiel Glas, durch Totalreflexion mehr als 5 Reflexionen der einzelnen Strahlen des Lichtbundels 2 bei seinem Durchlauf von Eintrittsflache zur Austrittsflache des polygonformigen Korpers 34 erleidet Diese Dimensionierung hat sich für eine vollständige Mischung als äußerst gunstig erwiesen

In dem in Fig 5 gezeigten Schnitt ist der polygonformige Korper 34 noch deutlicher zu sehen Dieser hat im Ausfuhrungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt, um das aus seiner Austrittsflache 52 austretende Licht über die nachfolgend noch naher beschriebenen optischen Elemente auf die ebenfalls rechteckformige Kippspiegelmatπx abzubilden Weiter besteht der polygonformige Korper 34 aus Glas, damit der bezuglich Gleichmäßigkeit für geringe Lichtverluste mit Standardverfahren hergestellt werden kann, denn die Gleichmäßigkeit des polygonformigen Korpers 34 ist äußerst zweckmäßig zur Einhaltung der Totalreflexionsbedingungen

Um auch eine Verspannung des polygonformigen Korpers 34 und eine Aufhebung von Totalreflexionsbedingungen durch Anlage der Mantelflachen an einem Halter, die zu Lichtverlusten fuhren konnten, zu verringern, ist ein Halter 56 vorgesehen, der aus einem einfachen Blech gebogen ist, das weniger als 0,5 mm Dicke aufwies Dieses halt den polygonformigen Korper 34 über eine Klemmung Aufgrund der kleinen Anlageflache, praktisch hnienformig, mit einer maximalen Ausdehnung senkrecht zu Linienπchtung der Klemmung von 0,5 mm werden Lichtverluste, die durch Aufhebung der Totalreflexionsbedingungen lokal entstehen konnten, eingeschränkt Je kleiner die Anlageflache ist, desto besser werden unerwünschte Totalreflexionsverluste vermieden

Der Halter 56 ist außerdem federnd ausgebildet und zieht den polygonformigen Korper gemäß der Darstellung von Fig 5 gegen als Schneiden ausgeführte Kanten 57 nach unten Diese Schneiden bieten ebenfalls nur eine kleine Flache als Auflager, wodurch Lichtverluste ebenfalls verringert wurden Gegen axiales Verschieben des Körpers 39 ist in diesem eine nicht gezeigte Nut vorgesehen, in die eine ebenfalls in dieser Ansicht verdeckte Feder eingreift, die an einem Teil durch Schrauben justierbares Teil angeordnet ist Der weitere Strahlverlauf hinter dem polygonformigen Korper bis zur Kippspiegelmatrix 50, von der aus das Videobild über ein Objektiv 60 auf einen Schirm projiziert wird, ist insbesondere aus Fig 6 erkennbar Ein aus dem polygonformigen Korper 34 austretendes Lichtbundel 62 wird über das einen Spiegel 64 enthaltende Justierelement 54 auf einen weiteren Spiegel 66, der das Lichtbundel 62 aus der Ebene, in der das Lichtbundel 62 vorher geführt wird, heraus lenkt, auf die Kippspiegelmatπx 50 gerichtet

Das von dieser reflektierte Lichtbundel wird anschließend in das Objektiv 60 gefuhrt, welches das auf der Kippspiegelmatrix elektrisch eingestellte Bild auf einem Schirm projiziert Zur Verbesserung der Justierung mittels des Justierelements 54 ist eine Feldlinse 68 zur Verkleinerung seiner Bewegungen vorgesehen, um einmal den definierten Winkel für kleinste Intensität im Dunkelzustand auf der Kippspiegelmatrix einzuhalten und andererseits die Justierung empfindlicher zu machen

Damit das von der Kippspiegelmatrix 50 ausgehende Licht durch die Feldlinse 68 unbeeinflußt bleibt und trotzdem eine sehr kompakte Vorrichtung möglich wird, ist die Feldlinse 68 teilkreisformig ausgebildet Im Ausführungsbeispiel wurde eine halbkreisförmige Feldlinse 68 eingesetzt Es wäre aber auch möglich, in eine herkömmliche kreisförmige Feldlinse 68 eine geeignet große Öffnung für das von der Kippspiegelmatrix refeflektierte Licht zu bohren oder auf andere Weise freizulegen

Der Spiegel 66 sowie die Feldlinse 68 in geometrischer Beziehung zur Kippspiegelmatrix 60 und dem Justierelement 54 wurde so ausgelegt, daß nach Justierung mit dem Justierelement 54 immer nahezu optimale Abbildungsbedingungen vorherrschen

Um ein kompaktes Videogerat zu schaffen, hat es sich insbesondere als gunstig erwiesen, mittels der Feldlinse 68 und eventuell anderen optischen Elementen, wie eine Linse im Justierelement 54, eine Verkleinerung des rechteckigen Querschnitts der Austrittsflache des polygonformigen Korpers, im Bereich von 5 bis 1 vorzusehen Beim Ausführungsbeispiel wurde deshalb eine Verkleinerung um den Faktor 2 eingesetzt

Wie insbesondere aus Fig 3 hervorgeht, ist das Justierelement 54 mit einer Schelle 70, die mit Schrauben 72 an einer Grundplatte gefestigt werden, fixiert Das Justieren erfolgt bei gelockerten Schrauben 72 Das Justierelement 54 erlaubt aufgrund seiner zylindrischen Form sowohl eine Drehung als auch eine Verschiebung auf die Kippspiegelmatrix 50 zu und von ihr weg Beide Bewegungen reichen aus, um das von der Lampe 30 über die nachfolgenden optischen Elemente geführte Lichtbundel vollständig auf die Kippspiegelmatirx 50 auszurichten Insbesondere ist die Drehbewegung des Justierelements 54 aufgrund seiner zylindrischen Form und seiner angepaßten Lagerung in der Grundplatte der Einrichtung geeignet, das rechteckformige, aus dem Polygonkorper 34 austretende Lichtbundel 62 mit der rechteckigen Fläche der Kippspiegelmatrix zur Deckung zu bringen Die mögliche Verschiebung in Richtung des Lichtstrahlverlaufs läßt es auch zu, daß Lichtbündel besser auf der Kippspiegelmatπx 50 zu fokussieren, da mit dieser Verschiebebewegung gleichzeitig ein im Justierelement 54 vorgesehenes optisches System 76 auf der optischen Achse verstellt wird, wodurch eine Fokussierung möglich wird Wie insbesondere aus Fig 3 erkennbar ist, wird das Justierelement 54 in einer wannenformigen Mulde gehalten und hat an anderen Wanden prinzipiell nur mit zwei geraden Linien Kontakt Diese Art der Lagerung, insbesondere durch Ausbildung schräger Wände der Mulde, laßt sowohl eine einfache und reproduzierbare Drehung als auch eine Verschiebung des Justierelements 54 zu

Die Einzelheiten des Justierelements 54 sind in dem Fig 7 gezeigten Schnitt zu sehen Der polygonformige Korper 34 wird insbesondere bis in das Justierelement 54 hinein gefuhrt Dazu ist im Justierelement 54 eine Aussparung 78 vorgesehen Das Licht wird dann über dreilmsiges optisches System 76 geleitet und fokussiert Die optische Achse fallt dabei mit der Zylinderachse des Justierelements 54 zusammen, was die Justierung besonders vereinfacht, weil dadurch die Fokussierung durch Verschiebung und das Ausrichten durch Drehung voneinander entkoppelt sind

Mittels des optischen Systems 76 und der Feldlinse 68 wird eine Abbildung der Austπttsflache des polygonformigen Korpers 34 auf die Kippspiegelmatrix von 1 2 erreicht Andere Verkleinerungsfaktoren sind ebenfalls möglich Es wird jedoch angestrebt, diesen Faktor zwischen 1 und 5 zu halten, damit optimale Justierungseigenschaften bei gleichzeitig kompakter Bauweise möglich sind

Wie schon aus dem Beispiel gemäß der Fig 3 und 4 erkennbar ist, weist die Einrichtung einen gefalteten Strahlengang auf, der gegenüber bekannten Strahlungsgangen einige Besonderheiten aufweist Dazu sei kurz noch einmal auf die Fig 1 eingegangen

In Fig 1 ist eine Lichtquelle 3 gezeigt, aus der ein nahezu paralleles Lichtbundel 2 emittiert wird Dazu ist die Lichtquelle 3 mit einem Wendel, einer Gasentladungs- oder Lichtbogenlampe ausgestattet, deren Licht mit dem schematisch in Fig 1 angedeuteten Reflektor parallehsiert wird Dieses Licht fallt auf eine Kippspiegelmatrix, die aus mehreren in Reihen und Spalten angeordneten Kippspiegeln besteht Die Kippspiegel werden, wie vorher beschrieben, mit der Information eines Videobildes beaufschlagt Die ungekippten Kippspiegel 7 reflektieren dabei voll das eingefallene Licht in das Objektiv 8, das die Kippspiegelmatrix dann auf einem Schirm abbildet Weiter ist in Fig 1 schematisch ein Kippspiegel 7' angedeutet, der bei seinem eingestellten Winkel dem Lichtbundel 2 entgegengestellt ist Das bedeutet, daß von diesem Kippspiegel nur weniges Streulicht in das Objektiv 8 fallen kann

Da es sich bei derartigen Lichtquellen 1 üblicherweise um ausgedehnte Lichtquellen handelt, die selbst bei annahender Parallelität des Lichtbundels 2 ein hohes Strahlprodukt aufweisen, finden sich im Lichtbundel 2 verschiedene Lichtstrahlen unterschiedlichen Winkels, so daß das erforderliche Dunkel-/Hellverhaltnιs nur erreicht werden kann, wenn die Lichtquelle 1 in einem gewissen Abstand von der Kippspiegelmatrix 3 angeordnet wird. Dies steht beispielsweise der Forderung entgegen, ein besonders kompaktes Videogerat zu schaffen Um ein kompaktes Gerat bereitzustellen, ist es in der Optik bekannt, einen gefalteten Lichtweg zu verwenden, also den Strahlengang mit mehreren Umlenkspiegeln in einer Ebene oder im Raum zu fuhren Dafür sind verschiedenste Möglichkeiten gegeben

Unerwarterterweise ist jedoch die m Fig 8 angegebene Art einen gefalteten Lichtweg bereitzustellen, bei der die Lichtquelle in der Nahe der Kippspiegelmatrix angeordnet ist und das von der Lichtquelle entstammende Lichtbündel 2 von der Kippspiegelmatrix weggerichtet wird gegenüber anderen Möglichkeiten der Faltung eines Lichtwegs vorzuziehen. Man würde erwarten, daß die von der Lichtquelle 3 erzeugte Verlustleistung, bei den hohen Lichtleistungen zum Darstellen von Videobildern mit ungefähr 2 m Bildschirmdiagonale und größer die Kippspiegelmatrix so stark erwärmen würde, daß sie eventuell nicht mehr richtig arbeitet. Man gewinnt jedoch einen bedeutenden Vorteil dadurch, daß ein einziger Kühlstrom 6 verwendet werden kann, also beispielsweise nur ein einziger Ventilator, der sowohl die Kippspiegelmatrix als auch Lichtquelle 3 kühlt. Bei anderen Faltungen des Lichtwegs wären wegen des erforderlichen großen Abstandes zwischen der Kippspiegelmatrix und der Lichtquelle 3 möglicherweise zwei Ventilatoren zum Kühlen nötig. Der Vorteil einer Anordnung wirkt sich gemäß Fig. 2 daher vor allem in einer erhöhten Kompaktheit aus. Weiter ergibt sich ein Vorteil daraus, daß durch die gleichmäßige Wärmeabfuhr der Lampe 3 und den Kühlstrom 6 an der Kippspiegelmatrix eine konstante Temperatur eingestellt wird, die für die Darstellung reproduzierbarer Bilder äußerst günstig wirkt. In anderen Fällen würde die Kippspiegelmatrix , deren Verlustleistung aufgrund der unterschiedlichen Anzahl der umgekippten Kippspiegel 7' vom Bildinhalt abhängt, eine schlechtere Bildqualität liefern.

Bei kleineren Lichtleistungen der Lampe 3 kann man sogar auf einen Ventilator zum Erzeugen des Kühlstroms 6 verzichten. Der Kühlstrom entsteht dann allein durch Konvektion, wenn Lampe 1 und Kippspiegelmatrix sich an der Oberseite des Videogerätes befinden, da die erzeugte Wärme nach oben steigt und so einen Sog für kühlere Luft von unten erzeugt.

Um deutlich zu machen, wie sich der in Fig. 8 gezeigte Aufbau, insbesondere auch bezüglich der Kühlung auf andere Bauelemente auswirkt, ist in dieser Figur noch ein Farbrad 10 eingezeichnet. Derartige Farbräder verwendet man, um auch farbige Bilder darstellen zu können.

Das vorher beschriebene Ausführungsbeispiel eines Projektionsgerätes zum Abbilden eines auf einer Kippspiegelmatrix dargestellten Videobildes ist ausschließlich beispielhaft angegeben. Wie vorangehend schon deutlich wurde, können durch Einstellung verschiedener Abstände, Einsatz andersartiger polygonfόrmiger Körper, Lampen oder Optiken je nach den gegebenen Erfordernissen unterschiedliche Optimierungen vorgenommen werden.

Claims

Ansprüche

1. Projektionseinrichtung mit einer in einer Bildebene befindlichen Matrix (50) zum Erzeugen eines Videobildes, mit einer Optik (9) zur Projektion dieses Videobildes auf einen Schirm sowie mit einer Lichtquelle (3, 30) zum Beleuchten der Matrix (50), gekennzeichnet durch eine Anordnung, mit der das Videobild gleichmäßig ausleuchtbar ist.

2. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (3) und der Matrix (50) eine Einrichtung (5) zum Mischen des Lichts der Lichtquelle (3) über Mehrfachreflexionen vorgesehen ist und das gemischte Licht von der Einrichtung (5) aus auf dem Matrix (50) gerichtet ist.

3. Projektionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (50) eine Matrix (50) aus digital ansteuerbaren Kippspiegeln (7, 7') ist.

4. Projektionseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einkoppeloptik (32) zwischen der Lichtquelle (3, 30) und der Einrichtung (5) zum Mischen.

5. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einrichtung (5) zum Mischen und der Matrix (50) eine Auskoppeloptik (76) vorgesehen ist, mit der die Matrix

(50) ausleuchtbar ist.

6. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Feldlinse (68) vor der Matrix (50).

7. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5) zum Mischen einen Körper (34) der Form eines geometrischen Prismas aufweist, in dessen Grundfläche das

Licht der Lichtquelle (3, 30) eingeleitet ist und aus dessen Deckfläche (52) das gemischte Licht zum Beleuchten der Matrix (50) entnommen ist.

8. Projektionseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Prisma eine rechteckige Grundfläche hat, deren Seitenverhältnis durch das Seitenverhältnis des durch die Matrix (50) gebildeten Videobildes bestimmt ist.

9. Projektionseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Körpers (34) unverspiegelt ist und die Mehrfachreflexion aufgrund Totalreflexion an dieser Mantelfläche erfolgt.

10. Projektionseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge der Prismenachse zur lateralen Ausdehnung größer als

ist, wobei n den Berechnungsindex des Materials bezeichnet.

1 1. Projektionseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (34) durch punkt- oder linienförmige Lagerung in der Projektionseinrichtung gehalten ist.

12. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (56) für den Körper (34) aus einem Blech mit einer Dicke von kleiner als 1 mm und insbesondere kleiner als 0,5 mm vorgesehen ist, der ausschließlich mit einer Kante dieser Abmessung an dem Körper (34) anliegt.

13. Projektionseinrichtung nach Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (56) für den

Körper (34) aus federndem Blech vorgesehen ist, dessen Federspannung senkrecht zur Prismenachse wirkt und den Köφer (34) senkrecht zur Prismenachse gegen eine Kante des Gehäuses als Widerlager zieht und daß in einer Mantelfläche des Köφers (34) eine Nut vorgesehen ist, in die eine am Gehäuse befestigte Feder eingreift.

14. Projektionseinrichtung nach Ansprüchen 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbrad (40) zur farbigen Videodarstellung vorgesehen ist und dieses Farbrad (40) zwischen Lichtquelle (30) und der Einrichtung

(5) zum Mischen angeordnet ist.

15. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Einrichtung (5) zum Mischen ein Justierelement (52) zum Ausrichten des aus der Einrichtung (5) zum Mischen austretenden Lichts auf die Matrix (50) vorgesehen ist.

16. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1 , 30) nahe der Matrix (50) und in einem Winkel, bei dem das Lichtbündel (2) von dieser weggerichtet wird, angeordnet ist und daß ein gefalteter optischer Lichtweg zum Übertragen eines von der Lichtquelle (3, 30) emittierten Lichtbündels (2) zur Kippspiegelmatrix (50) vorgesehen ist.

17. Projektionseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet ist, daß der gefaltete optische Lichtweg mit zwei Umlenkspiegeln (36, 76) bewirkt ist, zwischen denen sich ein Lichtleiter als Einrichtung zum Mischen erstreckt. 18 Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß im gefalteten optischen Lichtweg ein zyhnderfbrmiges Justierelement (54) vorgesehen ist, in dem ein Umlenkspiegel (36, 76) des gefalteten optischen Lichtwegs befestigt ist und mit dem das Licht der Lichtquelle (3, 30) auf die Matrix (50) ausrichtbar ist

19 Projektionseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Justierelement (54) ein optisches System zum Fokussieren des Lichtbundels (2) auf die Matπx (50) vorgesehen ist

20 Projektionseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechteckige, hchtemittierende, von der Lichtquelle (3, 30) gespeiste Flache (52) vor dem Justierelement (54) ausgebildet ist und das Justierelement (54) ein mindestens zweihnsiges System (76) aufweist, mit dem die lichtemittierende Flache (52) auf die Matrix (50) abgebildet wird

21 Projektionseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsmaßstab des mindestens zwei nsigen Systems (76) zwischen 1 und 5 hegt

22 Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Matrix (50) eine Feldlinse (68) angeordnet ist

23 Projektionseinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das über den optischen Lichtweg auf die Matrix (50) gerichtete Lichtbundel (2) durch die Feldlinse (68) auf die Matrix (50) gerichtet ist, wahrend das von der Matrix (50) in das Objektiv (8, 60) reflektierte Licht von der Feldlinse (68) unbeeinflußt in das Objektiv (8, 60) einfallt

24 Projektionseinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (68) senkrecht zu ihrer optischen Achse einen teilkreisformigen Querschnitt, insbesondere einen halbkreisförmigen Querschnitt, aufweist, der zwischen einfallendem Lichtbundel (2) und der Matrix (50) angeordnet ist, wobei eine durch die Abweichung von der Kreisform definierte Öffnung zwischen Matrix (50) und Objektiv (8, 60) egt

25 Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, gekennzeichnet durch einen letzten Umlenkspiegel (36, 76), der das Lichtbundel (2) aus einer Ebene des vor diesem Umlenkspiegel (66) liegenden optischen Lichtwegs heraus und auf die Matrix (50) richtet