EP1145069A2

EP1145069A2 - Anordnung, bei der von einer lichtquelle aus licht auf eine fläche gerichtet wird

Info

Publication number: EP1145069A2
Application number: EP00967830A
Authority: EP
Inventors: Christfried Symanowski; Gudrun SCHRÖTER
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2001-10-17
Also published as: WO2001027683A3; US6784946B1; DE19948542A1; WO2001027683A2

Abstract

Eine Anordnung, bei der von einer Lichtquelle (44) aus Licht mittels einer Beleuchtungsoptik (12) auf eine Fläche (25) gerichtet wird, auf der ein Bild einstellbar ist, das mittels einer Projektionsoptik (4) erfassbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik (12) eine der Lichtquelle (44) nachgeschaltete Optikeinrichtung (28) und zwischen der Fläche (25) und der Optikeinrichtung (28) angeordnetes Prisma (10), mittels dem das von der Optikeinrichtung (28) kommende Licht ohne Reflexion umgelenkt wird, aufweist.

Description

Anordnung, bei der von einer Lichtquelle aus Licht auf eine Fläche gerichtet wird

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, bei der von einer Lichtquelle aus Licht mittels einer Beleuchtungsoptik auf eine Fläche gerichtet wird, auf der ein Bild einstellbar ist, das mittels einer Projektionsoptik erfaßbar ist.

Solche Anordnungen sind beispielsweise Dia- oder Filmprojektoren, bei denen ein von einer

Lichtquelle stammendes Lichtbündel mit Hilfe eines Kondensors zum gleichmäßigen Ausleuchten auf ein Dia oder Filmbild geworfen wird, das dann anschließend mit einem Objektiv als Projektionsoptik auf einem Schirm dargestellt wird.

Insbesondere sei hier aber eine neuere Technik angesprochen, bei der mit Hilfe von

Kippspiegelmatrizen Videobilder erzeugt werden. Diese Kippspiegelmatrizen bestehen aus einem Feld von einzelnen Kippspiegeln, die zwei Zustände, Null und Eins, je nach eingestellter Reflexionsrichtung annehmen können. Die Anzahl der Reihen und Spalten des Feldes entsprechen der Videonorm für Zeilen und Bildpunkten pro Zeile des darzustellenden Videobildes. Um auch Grauwerte bzw. Farben einzelner Bildpunkte zu ermöglichen, werden die diesen zugeordneten Kippspiegel je nach Bildpunktinformation mit einem Pulszug beaufschlagt, der diese Kippspiegel schnell zwischen Reflexion in einer der beiden Richtungen und Reflexion in der anderen Richtung hin- und herschaltet, so daß im Zeitmittel durch das Tastverhältnis zwischen den Zuständen Null und Eins ein entsprechender Zwischenwert zwischen Hell und Dunkel eingestellt wird. Derartige Kippspiegelmatrizen sind beispielsweise von der Firma Texas

Instruments erhältlich.

Die beim Einsatz derartiger Kippspiegelmatrizen eingesetzten Optiken bestehen, wie bei den genannten bekannten Projektoren, einmal aus einer Beleuchtungsoptik der Kippspiegelmatrix und einer Projektionsoptik, die üblicherweise als Objektiv bezeichnet wird, zur Projektion des

Bildinhaltes auf einen Bildschirm, wobei sowohl Vorder- als auch Rückprojektionen möglich sind. Der Begriff des Bildschirms ist hier sehr weit zu verstehen. Insbesondere für Showanwendungen werden hier als Bildschirm beispielsweise auch der Dampf aus einer Nebelmaschine oder eine Wasserwand verstanden.

Aufgrund von Platzproblemen bei der Beleuchtung wurden als Beleuchtungsoptik und

Projektionsoptik bisher Optiken mit langer Schnittweite eingesetzt, so daß für diese Projektoren mit Kippspiegeln immer eine bestimmte Größe erforderlich war. Wegen der langen Lichtstrecken sind außerdem Lichtverluste möglich, aufgrund welcher der Eingangsleistungsbedarf und damit auch die abzuführende Wärmeleistung erhöht ist, was ebenfalls wieder eine vergrößerte Bauform bedingt. Bei kleineren Projektoren und damit auch gewünschter verringerter Wärmeleistungen ist deshalb ein Bild großer Bildschirmdiagonale überhaupt nicht mehr möglich.

Kleine und lichtstarke Projektoren sind jedoch von großem Interesse. Sie sollten transportierbar sein und bei normaler Zimmerbeleuchtung ein ausreichend helles Bild geeigneter Größe erzeugen. Es wird schon jetzt angestrebt, die gerade auf den Markt kommenden portablen Projektoren durch eine nächste, bedeutend kleinere Projektorgeneration, sogenannten Palm- Top-Projektoren, zu ersetzen. Für diese Projektoren werden wesentlich kleinere optische Systeme sowohl für die Beleuchtungsoptik als auch für das Projektionsobjektiv benötigt. Man könnte versuchen, dies durch Miniaturisierung der bekannten Optiken zu erreichen, wobei aber die Größe der Lampe, das Wärmeproblem und der deswegen zusätzliche Kühlaufwand immer eine untere Grenze bestimmen würden. Außerdem müssen die Kippspiegelmatrizen immer eine gewisse Größe haben, um genügend viel Licht reflektieren zu können.

Eine ähnliche Problematik ergibt sich auch bei reflektiven LCD's.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Anordnung zur Beleuchtung und zur Projektion zu finden, die es gestattet, derartige miniaturisierte Projektoren zu realisieren.

Die aufgrund der oben genannten Forderungen zunächst unlösbar erscheinende Aufgabe wird ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik so verwirklicht, daß die Beleuchtungsoptik (erste Optik) eine der Lichtquelle nachgeschaltete Optikeinrichtung und ein zwischen der Fläche und der Optikeinrichtung angeordnetes Prisma, mittels dem das von der Optikeinrichtung kommende Licht ohne Reflexion umgelenkt wird, aufweist. Dadurch kann die erste Optik, die Beleuchtungsoptik, dicht an den anderen optischen Elementen der

Projektionsoptik (zweite Optik) liegen und im Extremfall parallel zur optischen Achse der zweiten Optik angeordnet werden. Dadurch läßt sich die Kompaktheit eines Projektionsgerätes außerordentlich steigern, wie später anhand von Ausführungsbeispielen noch näher verdeutlicht wird. Wesentlich ist, daß das auf das Prisma einfallende Licht nur durch Brechung umgelenkt wird.

Eine noch größere Kompaktheit läßt sich gemäß einer Weiterbildung erreichen, bei der die zweite Optik in eine erste und zweite Teiloptik aufgegliedert wird, wobei die erste und zweite

Teiloptik jeweils eine gemeinsame optische Achse haben. Die erste Optik enthält die Optikeinrichtung und die zweite Teiloptik, so daß die zweite Teiloptik sowohl Bestandteil der ersten Teiloptik als auch der zweiten Teiloptik ist. Das Licht zur Beleuchtung fällt von der Optikeinrichtung (dritte Teiloptik) aus ein. Um eine Projektion zu ermöglichen, schließt das von der dritten Teiloptik kommende und in die zweite Teiloptik einfallende Licht einen Winkel zur gemeinsamen optischen Achse ein, wobei die dritte Teiloptik außerhalb eines Bereichs liegt, der von dem von der Fläche reflektierten Licht von der zweiten zur ersten Teiloptik durchlaufen wird.

Daß eine derartige Aufteilung in erste, zweite und dritte Teiioptik möglich ist, ist zunächst unerwartet, da der bisherige Stand der Technik aufgrund der vorgesehenen langen

Schnittweiten sowohl für die Beleuchtung der beispielhaft genannten Kippspiegelmatrix als auch für die Abbildung von dessen Bildinhalt kleine Aperturen verlangt, was erfahrungsgemäß dazu führt, daß sich die Strahlengänge des Beleuchtungslichtes und des zurückgeworfenen Lichtes dann überlappen müssen. Aufgrund der üblicherweise verwendeten kleinen Aperturwinkel wäre es grundsätzlich nicht möglich, die Lichtwege von dem auf die Kippspiegelmatrix einfallenden

Lichtbündel durch Teiloptiken von demjenigen des von der Kippspiegelmatrix reflektierten

Lichtes zu entkoppeln. Erst mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird es möglich, die

Teiloptiken mit entsprechend kurzen Schnittweiten zu realisieren, wodurch die verwendbaren

Aperturen geeignet groß genug gewählt werden können und ein genügend großer Weg für die dritte Teiloptik freigehalten wird, damit das von der Kippspiegelmatrix ausfallende Licht ungehindert durchgelassen wird. Die spezielle Auslegung solcher Optiken ist dem Fachmann bekannt.

Diese Weiterbildung weicht stark von den üblichen Lösungswegen zur Miniaturisierung bekannter Einrichtungen ab. Insbesondere wäre zu erwarten gewesen, daß der Fachmann nach

Erkennen des bei Miniaturisierung auftretenden Wärmeproblems einen wesentlichen Teil seiner Gedanken auf die Realisierung einer besonders platzsparenden Kühlung gelegt hätte.

Eine geeignete Kühlung stellt aber bei dieser Anordnung im allgemeinen kein Problem dar, da die wesentlichen wärmeerzeugenden Elemente, die Kippspiegelmatrix sowie die Lichtquelle, außerhalb der drei Teiloptiken liegen. Die Rückseite dieser Elemente bleibt dabei völlig frei, so daß für die Kühlung im Gegensatz zu bekannten Anordnungen kein besonderes Augenmerk auf denjenigen Platz gerichtet werden muß, der eventuell für optische Elemente freizuhalten ist. Dadurch kann auch eine kompakte, effiziente Kühlung für die Kippspiegelmatrix eingesetzt werden.

Unerwarteterweise hat sich gezeigt, daß man mit dieser Anordnung auch eine erhöhte Lichtstärke erreicht. Dies wird darauf zurückgeführt, daß der Abstand der Kippspiegelmatrix zur

Optik aufgrund der kleineren Schnittweiten zur Beleuchtung und zum Sammeln des von der Kippspiegelmatrix stammenden, dann zu projizierenden Lichts demgemäß wesentlich geringer als beim Stand der Technik gehalten werden kann, so daß weniger Lichtverluste eintreten.

Ein Prisma kann auch so ausgelegt werden, daß Lichtbündel verschiedener Farben getrennt werden, die dann nach dieser Aufspaltung auf unterschiedliche Kippspiegelmatrizen gerichtet werden, auf denen dann zur Darstellung von Farbbildern verschiedene Farbauszüge eingestellt werden. Dies erbringt gegenüber anderen Lösungen, beispielsweise mit einem Farbrad, eine insgesamt höhere Lichtleistung bezüglich der eingespeisten elektrischen Leistung.

Aufgrund des hier zugrundeliegenden Prinzips kann die dritte Teiloptik beispielsweise so ausgestaltet sein, daß eine auf einen Punkt fokussierte Lichtquelle durch diese Teiloptik wieder auf den Punkt der beispielhaft genannten Kippspiegelmatrix abgebildet wird. Wesentlich weniger aufwendig hat es sich aber bezüglich der Gleichmäßigkeit der Abbildung gezeigt, wenn die dritte Teiloptik fokussierend ausgebildet ist, also einen parallelen Strahl in einen Punkt überführt. Dann kann eingangsseitig der zweiten Teiloptik von einem parallelen Strahl ausgegangen werden, der anschließend zur Abbildung auf die Kippspiegelmatrix fokussiert wird. Zur Führung des Lichts auf der Eingangsseite der zweiten Teiloptik ist in diesem Fall zwar allgemein mehr Platz für die dritte Teiloptik nötig, um den parallelen Lichtstrahl zu erzeugen, die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung wird aber wesentlich erhöht. Ein größerer Platzbedarf ist bei

Einsatz der vorgenannten Einrichtung zum Umlenken des Strahlenganges dann auch nicht erforderlich.

Wie vorstehend schon deutlich wurde, besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung in der besonderen Möglichkeit, Aperturen sowohl zur Abbildung als auch zur Beleuchtung zu optimieren. Insbesondere haben sich die folgenden Weiterbildungen der Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei denen die zweite Teiloptik auf der Seite der Lichtquelle eine Apertur von größer als 0,3 und insbesondere 0,5 aufweist und die dritte Teiloptik für einen Beleuchtungswinkel θ auf der reflektierend ausgebildeten Fläche hinter der zweiten Teiloptik mit sin θ kleiner als 0,3 und insbesondere kleiner als 0,2 ausgelegt ist. Mit Erhöhung der Apertur ist ein kleinerer Abstand zwischen der beispielhaft genannten Kippspiegelmatrix (reflektierende Fläche) und der ersten bzw. zweiten Optik möglich als es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Aufgrund dieser günstigen Apertur zur Beleuchtung ist auf einfache Weise gewährleistet, daß das von der Kippspiegelmatrix ausgehende Licht ungehindert von der Beleuchtungsoptik auf einen Schirm projiziert werden kann.

Die oben näher angegebenen Merkmale erweisen sich insbesondere als vorteilhaft, wenn die reflektierende Fläche ein rechteckiges bilderzeugendes Element, insbesondere eine Kippspiegelmatrix oder eine reflektierende LCD ist, und das in die dritte Teiloptik einfallende Lichtbündei ein dieser im Seitenverhältnis angepaßtes rechteckiges Strahlprofil aufweist.

Der Vorteil des Einsatzes der erfindungsgemäßen Anordnung bei einer Kippspiegelmatrix wurde vorstehend schon deutlich gemacht. Dadurch, daß das Lichtbündel ein deren Seitenverhältnis angepaßtes rechteckiges Strahlprofil aufweist, wird es möglich, daß das zur Beleuchtung eingesetzte Licht nahezu vollständig auf die Kippspiegelmatrix gebracht wird, wodurch dann auf dem Bild eine maximale Leuchtstärke erzeugt wird.

Eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung ist bei Kippspiegelmatrizen ebenfalls von Vorteil. Um dabei optische Bauelemente einsparen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Mischstab zur Erzeugung des rechteckigen Strahlprofils vor der dritten Teiloptik vorgesehen. Ein Mischstab mischt das von einer Lichtquelle ausgehende Licht über Vielfachreflexionen. Man kann dazu beispielsweise einen quaderförmigen Stab mit rechteckiger

Eingangs- und Ausgangsfläche einsetzen, wobei beim Durchgang des Lichtes von der Lichtquelle an der Mantelfläche mehrfach Totalreflexion erfolgt, so daß der Ort auf der Grundfläche des prismenförmigen Mischstabes, aus der das Licht ausfällt, praktisch unabhängig vom Einfallsort wird. Dadurch wird ein gleichmäßig beleuchtetes rechteckiges Feld erzeugt, das auf die Kippspiegelmatrix abgebildet wird.

Auch diesen Mischstab könnte man prinzipiell vor oder hinter der dritten Teiloptik anordnen. Zum Fördern der Kompaktheit hat es sich aber als äußerst günstig erwiesen, wenn der Mischstab zwischen Beleuchtungseinrichtung und der dritten Teiloptik vorgesehen ist.

Zur Darstellung von Farbbildern wird bei dieser Kippspiegelmatnxtechnik, wenn nur eine einzige Matrix eingesetzt wird, üblicherweise ein Farbrad vorgesehen. Ein diesbezüglich aus dem Stand der Technik bekanntes Farbrad ist eine Kreisscheibe, die an ihrem Umfang mehrere Sektoren mit unterschiedlichen Farbfiltern aufweist. Dieses Farbrad wird zur Erzeugung eines Farbbildes schnell gedreht, wodurch das Licht sequentiell bezüglich unterschiedlicher Farben gefiltert wird.

Der Informationsgehalt auf der Kippspiegelmatrix wird ferner mit den jeweiligen Farben der einzelnen Farbfilter, die das Licht zum Beleuchten der Matrix durchläuft, synchronisiert. Aufgrund der Trägheit des Auges und der angepaßten Rotationsgeschwindigkeit des Farbrads werden die unterschiedlichen Farben gleichzeitig wahrgenommen und die verschiedenen auf der Kippspiegelmatrix sequentiell eingestellten Farbauszüge als einziges farbiges Videobild erfaßt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird jedoch von dieser Konstruktion abgewichen, indem zur Darstellung von Farbbildern eine einzige Kippspiegelmatrix sowie ein Farbrad vorgesehen ist, wobei das Farbrad als eine in Sektoren mit Filtern unterschiedlicher Farben unterteilte, die Eingangs- und/oder Ausgangsfläche des Mischstabs abdeckende Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte Anordnung erreicht, da aufgrund der zylindrischen Ausführung gegenüber der bekannten Kreisscheibe nur eine einzige Dimension senkrecht zur Längenausdehnung des Mischstabes für das Farbrad benutzt wird. Dies wird später anhand der Figuren noch besser verdeutlicht.

Üblicherweise bedarf es bei derartigen Optiken gemäß dem Stand der Technik eines erhöhten Aufwands zur Justierung, um die entsprechenden Achsen aufeinander abzustimmen. Hier hat es sich aber gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, daß als ein Element für eine Justierung eine Einstellbarkeit der Kippspiegelmatrix in Position und/oder Winkelstellung ermöglicht wird.

Eine Korrekturmöglichkeit für Winkel und Abstand ist ausreichend, um sowohl die

Beleuchtungsrichtung als auch den Lichtdurchgang durch die erste und zweite Teiloptik optimal einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Optikeinrichtung eine erste optische Achse auf und weist die zweite Optik eine zweite optische

Achse auf, die senkrecht auf der Fläche steht, wobei die erste optische Achse mit der zweiten optischen Achse in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht gesehen jeweils einen Winkel einschließen, der zwischen 0° und 90° liegt. Ferner ist eine der Optikeinrichtung zugewandte Eintrittsfläche des Prismas so angeordnet, daß in der Seitenansicht und der Draufsicht gesehen die erste optische Achse jeweils nicht senkrecht auf der Eintrittsfläche steht. Bei dieser

Ausgestaltung kann die Optikeinrichtung seitlich neben und oberhalb der zweiten Optik angeordnet werden, so daß eine sehr kompakte Anordnung erhalten wird. Ferner können durch die Anordnung des Prismas die beiden optischen Achsen zueinander windschief verlaufen, so daß eine große Entwurfsfreiheit gegeben ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, daß die optische Achse der Optikeinrichtung parallel zur optischen Achse der zweiten Optik verläuft. Dadurch kann die Optikeinrichtung direkt oberhalb der zweiten Optik angeordnet sein, wodurch die erfindungsgemäße Anordnung sehr schlank ausgebildet ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Lage von Beleuchtungsoptik und Projektionsoptik bei einem Auflichtprojektionsgerät; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Lage von Beleuchtungsoptik und Projektionsoptik mit einem keilförmigen Prisma; Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus von Beleuchtungsoptik und Projektionsoptik aus drei Teiloptiken;

Fig. 4 ein detailliertes Ausführungsbeispiel mit drei Teiloptiken und einem keilförmigen Prisma.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 wird das bei der Erfindung eingesetzte Prinzip eingehender erläutert. Die schematische Darstellung von Fig. 1 zeigt eine Optik 2 zum Beleuchten des auf einer reflektierenden Fläche 25 eingestellten Bildes. In den folgenden

Ausführungsbeispielen ist diese Fläche 25 durch eine Kippspiegelmatrix verwirklicht.

Aus der Beleuchtungsoptik 12, die senkrecht zu der Projektionsoptik angeordnet ist, fällt ein Lichtbündel 6 auf einen Spiegel 8, der allgemein eine spiegelnde Fläche eines Prismas sein kann, von dem es in einem geeigneten Winkel auf die in der Fläche 25 liegende Matrix geworfen wird.

Man sieht deutlich, daß aufgrund des Herausragens der Beleuchtungsoptik 2 ein großer Platzbedarf erforderlich ist. Im Unterschied zu Fig. 1 ist in Fig. 2 ein Prisma 10 zum Umlenken vorgesehen. Ferner liegt die Beleuchtungsoptik 12 oberhalb der Projektionsoptik 4. Das Prisma

10 ist so ausgerichtet, daß es das Lichtbündel 6 zur Beleuchtung in einem geeigneten Winkel auf die Fläche 25 (Kippspiegelmatrix) richtet. Dabei wird das Lichtbündel 6 mittels dem Prisma nur durch Brechung und ohne Reflexion umgelenkt.

Im Vergleich von Fig. 2 mit Fig. 1 ist deutlich ein kompakterer Aufbau zu erkennen.

Eine weiter erhöhte Kompaktheit gegenüber üblichen Beleuchtungsoptiken und Projektionsoptiken kann man dadurch erreichen, daß man drei Teiloptiken verwendet, von denen zwei als Beleuchtungsoptik und zwei als Projektionsoptik dienen, wobei eine der Teiloptiken in der Nähe der reflektierenden Fläche 25 beiden Optiken gemeinsam ist.

Dies wird nun näher anhand von Fig. 3 verdeutlicht. Auf einer optischen Achse 20 ist eine erste Teiloptik 22 und eine zweite Teiloptik 24 angeordnet, die zusammen eine Projektionsoptik bilden, mit der ein auf einer reflektierenden Fläche 25 dargestelltes Bild auf einem Projektionsschirm dargestellt wird. Die reflektierende Fläche 25 ist dabei durch eine digitale Kippspiegelmatrix (DMD-Matrix) ausgebildet, wie sie schon eingangs beschrieben wurde. Wenn statt einer einzigen DMD-Matrix allerdings drei für die verschiedenen Farbauszüge verwendet werden sollen, kann optional noch ein Prisma 26 eingesetzt werden, mit dem das Beleuchtungslicht in Lichtbündel dreier verschiedener Farben aufgespalten wird, die dann auf drei verschiedene unter Winkel angeordnete DMD-Matrizen gerichtet werden.

Statt eine separate Beleuchtungsoptik, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, zur Beleuchtung auf die reflektierende Fläche 25 zu richten, wird vorgeschlagen, die zweite Teiloptik 24 auch zugleich zur Beleuchtung zu verwenden und das dazu vorgesehene Licht über eine dritte Teiloptik 28 und eine Einrichtung zum Umlenken in die zweite Teiloptik 24 zu lenken. Im Beispiel von Fig. 3 ist ein Prisma 10 als Einrichtung zum Umlenken gezeigt.

Im Gegensatz zum Stand der Technik erreicht man hier wesentlich kleinere Schnittweiten, weil die zweite Teiloptik 24 auch als Teiloptik 24 zum Projizieren verwendet wird. Deswegen kann man die reflektierende Fläche 25 wesentlich näher an die zweite Teiloptik 24 heranbringen. Die Fokussierbarkeit wird verbessert, so daß auch mehr Licht zur Projektion zur Verfügung steht als es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Die dadurch ebenfalls ermöglichten günstigen Aperturwerte für das Licht zur Beleuchtung und das zum Projizieren gesammelte Licht lassen es weiterhin zu, daß die reflektierende Fläche 25 näher an die zweite Teiloptik geführt werden kann.

Die Aperturen der gesamten Optik, wie aus den nachfolgenden Figuren noch verständlicher wird, sind so ausgelegt, daß das zu projizierende Licht außerhalb eines Bereiches durch die Optiken 24 und 26 verläuft, in dem das Beleuchtungslicht auf die reflektierende Fläche 25 gerichtet ist. Das bedeutet, daß das Prisma 10 zum Einkoppeln das Licht der Projektion nicht stört, weil das Prisma 10 nicht in dem Strahlengang der Projektionsoptik liegt. Daher kann das gesamte von der reflektierenden Fläche 25 stammende Licht zur Projektion eingesetzt werden.

Für eine derartige Ausgestaltung hat es sich insbesondere als günstig erwiesen, wenn die zweite Teiloptik 24 eine fokussierende Optik ist, die das von der reflektierenden Fläche 25 reflektierte Licht in die Pupillenebene 32 der zweiten Optik überführt, die auch die Pupillenebene der zweiten Optik ist, von der aus dann die erste Teiloptik 22 das Bild auf die Projektionswand projiziert. Außerdem wird auch das von der dritten Teiloptik 28 ausgehende Licht auf die Pupillenfläche 32 projiziert. Dafür hat es sich optisch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Prisma 10, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Nähe der Pupillenfläche 32 liegt.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine einzige DMD-Matrix 34 an der Fläche

25 verwendet wird. Die DMD-Matrix 34 ist dabei bezüglich Winkel und Position einstellbar, um sie optisch justieren zu können. Die Teiloptiken 22, 24 und 28 sind in Fig. 4 ferner detaillierter als Linsengruppen angegeben.

Man kann zur farbigen Bilddarstellung mit einer einzigen Kippspiegeimatrix jedoch auch ein

Farbrad verwenden. In Fig. 4 ist dazu ein spezielles Farbrad 40 gezeigt. Dieses Farbrad ist im Gegensatz zum Stand der Technik keine Scheibe, dagegen ist es als Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet, wobei dessen Zylinderlänge nur etwa die Größe des Lichtbündels vor der dritten Teiloptik 28 aufweisen muß. Dadurch wird gegenüber der bekannten Farbscheibe Platz gespart.

Diese Mantelfläche ist mit unterschiedlichen Farbfiltern versehen, die im Ausführungsbeispiel mit Hilfe dielektrischer Schichten ausgebildet wurden. Dieses Farbrad wird schneller als mit 1/10 Umdrehungen pro Sekunde um seine Rotationsachse 42 gedreht, so daß ein Beobachter aufgrund der Trägheit des Auges die durch die vorgesehenen Farbfilter auf der Mantelfläche hervorgerufenen Farben scheinbar simultan wahrnimmt. Der Bildinhalt auf der DMD-Matrix 34 wird dabei synchron zu diesen Farben eingestellt. Das Auge eines Beobachters erfährt so ein über die Teiloptik 22 projiziert.es Farbbild.

Um die DMD-Matrix 34 möglichst gleichmäßig zu beleuchten, ist weiter ein Mischstab 46 vorgesehen. Dieser ist als Glasstab ausgebildet, an dessen Mantel Totalreflexion stattfindet. Durch die mehrfache Totalreflexion an den Seiten geht die Information des Ursprungs der Lichtemission verloren, so daß sich am Ende des Mischstabs 46 ein gleichmäßig beleuchtetes rechteckiges Feld ergibt. Dieses gleichmäßig beleuchtete rechteckige Feld wird über die dritte Teiloptik 28 und die zweite Teiloptik 24 auf die DMD-Matrix gerichtet. Hier ist insbesondere ein rechteckiger Mischstab 46 vorteilhaft, der bezüglich seines Seitenverhältnisses der Austrittsfläche den Abmessungen der DMD-Matrix 34 angepaßt ist, um für deren Beleuchtung möglichst wenig Primärlicht aus der Lampe 44 zu verlieren.

Der Einsatz dieses Ausführungsbeispiels zur Abbildung von DMD-Matrizen hat sich insbesondere für die Darstellung von Videobildern mit Bildschirmdiagonalen größer als 2 m als vorteilhaft erwiesen. Die optischen Elemente sind dabei außerordentlich kompakt angeordnet. Da auch die Elektronik mittels Miniaturisierung entsprechend klein gehalten werden kann, entsteht so ein Gerät, das bequem in einer Aktentasche mitgeführt werden kann. Ein derartiges Gerät eignet sich somit besonders für die Videovorführung auf Messen, aber auch für Kleinkünstler sowie Handelsvertreter, die einem größeren oder kleineren Publikum auch eine Präsentation über Video darbringen möchten.

Durch die Verwendung des Prismas 10 kann die Lage der dritten Teiloptik 28 und damit auch die Lage der Lampe 44 unabhängig von der zweiten Optik 22, 24 gewählt werden. Für einen besonders kompakten Aufbau kann die Lampe oberhalb und neben dem der Fläche 25 abgewandten Ende der ersten Teiloptik 22 angeordnet werden. In diesem Fall ist die dritte Teiloptik 28 dann so angeordnet, daß ihre optische Achse 29 sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht gesehen mit der optischen Achse 20 der ersten und zweiten Teiloptik 22,

24 jeweils einen Winkel einschließt, der zwischen 0° und 90° liegt. Damit bei dieser Anordnung das aus der dritten Teiloptik 28 austretende Licht unter einem zur Projektion geeigneten Winkel auf die Fläche 25 gerichtet wird, ist das Prisma 10 zwischen der dritten und zweiten Teiloptik 28, 24 derart angeordnet, daß die der dritten Teiloptik 28 zugewandte Eintrittsfläche des Prismas mit der optischen Achse 29 der dritten Teiloptik 28 sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht gesehen jeweils einen Winkel einschließt, der ungleich 90° ist. Dadurch wird eine Umlenkung des einfallenden Lichtes in zwei Raumrichtungen erreicht. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen den beiden optischen Achsen 29 und 20 in der Draufsicht gesehen 0° bis 40° und beträgt der Winkel in der Seitenansicht gesehen beispielsweise 15°.

Ferner kann noch bevorzugt auch die der Fläche 25 zugewandte Austrittsfläche des Prismas 10 sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht gesehen mit der optischen Achse 29 jeweils einen Winkel einschließen, der ungleich 90° ist.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung, bei der von einer Lichtquelle (44) aus Licht mittels einer Beleuchtungsoptik

(12) auf eine Fläche (25) gerichtet wird, auf der ein Bild einstellbar ist, das mittels einer Projektionsoptik (4) erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsoptik (12) eine der Lichtquelle nachgeschaltete Optikeinrichtung (28) und ein zwischen der Fläche (25) und der Optikeinrichtung (28) angeordnetes Prisma (10), mittels dem das von der Optikeinrichtung (28) kommende Licht ohne Reflexion umgelenkt wird, aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Optikeinrichtung (28) eine erste optische Achse (29) aufweist, daß die Projektionsoptik eine erste und zweite Teiloptik (22, 24) mit einer gemeinsamen zweiten optischen Achse (20) umfaßt und daß die Fläche (25) reflektierend ist, wobei die erste optische Achse (29) mit der zweiten optischen Achse (20) einen Winkel einschließt, der kleiner als 90° ist, und wobei die Optikeinrichtung (28) außerhalb eines Bereichs liegt, der von dem von der Fläche (25) reflektierten Licht von der zweiten Teiloptik (24) zur ersten Teiloptik (22) durchlaufen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teiloptik (24) fokussierend ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Teiloptik (28) auf der Seite der Lichtquelle (44) eine Apertur von größer 0,3 und insbesondere von 0,5 aufweist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikeinrichtung (28) so ausgelegt ist, daß die zweite Teiloptik auf der Seite der Fläche (25) eine Apertur von kleiner als 0,3 und insbesondere kleiner als 0,2 aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (25) ein rechteckiges bilderzeugendes Element, insbesondere eine Kippspiegelmatrix (34) oder eine reflektierende LCD, ist und daß das in die Optikeinrichtung (28) einfallende Lichtbündel ein dem bilderzeugenden Element im Seitenverhältnis angepaßtes rechteckiges Strahlprofil aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischstab (46) zur Erzeugung des rechteckigen Strahlprofils zwischen der Lichtquelle (44) und der

Beleuchtungsoptik (12) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung von Farbbildern eine einzige Kippspiegelmatrix (44) sowie ein Farbrad (40) vorgesehen sind, wobei das Farbrad (40) als eine in Sektoren mit Filtern unterschiedlicher Farben unterteilte, die

Eingangsfläche und/oder Ausgangsfläche des Mischstabes (46) abdeckende Mantelfläche eines Zylinders gestaltet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikeinrichtung (28) eine erste optische Achse (29) aufweist, die zweite Optik (4) eine zweite optische Achse (20) aufweist, die senkrecht auf der Fläche (25) steht, wobei die erste optische Achse (29) mit der zweiten optischen Achse (20) in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht gesehen jeweils einen Winkel einschließt, der zwischen 0° und 90° liegt, und wobei eine der Optikeinrichtung (28) zugewandte Eintrittsfläche des Prismas (10) so angeordnet ist, daß sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht gesehen die erste optische Achse nicht senkrecht auf der Eintrittsfläche steht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Optikeinrichtung (28) eine erste optische Achse (29) aufweist und daß die zweite Optik eine zweite optische Achse (20) aufweist, wobei die beiden optischen Achsen zueinander parallel sind.