Beschreibung

Projektor zum Projizieren eines Bildes und entsprechendes Verfahren

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Projektor zum Projizieren eines Bildes, mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtbündels bzw. Lichtstrahls, mit einer Ablenkeinheit, welche zum Ablenken des von der Lichtquelle erzeugten Lichtbündels auf eine Projektionsfläche ausgebildet ist, und mit einer Abbildungseinrichtung zum Abbilden einer Apertur bzw. einer Spiegelfläche der Ablenkeinheit auf die Projektionsfläche. überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes mit Hilfe eines Projektors.

Stand der Technik

Vorliegend gilt das Interesse einer Miniaturversion eines Laserprojektors mit einem Scannerspiegel (Flying-Spot- Prinzip) , mit welchem Bilder auf beliebige Projektionsflächen in höchster Qualität dargestellt werden sollen. Ansätze für derartige Projektoren sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen im Allgemeinen eine Lichtquelle, welche zum Erzeugen eines Lichtstrahls bzw. eines Lichtbündels ausgebildet ist, wobei das Lichtbündel mittels einer schwenkbaren, insbesondere in zwei Achsen schwingenden Ablenkeinheit hin auf eine Projektionsfläche abgelenkt wird. Dabei ist die Lichtquelle in der Lage, die Farben Rot, Grün und Blau zu generieren.

Die Apertur der Ablenkeinheit bzw. die Reflexionsfläche des Scannerspiegels sowie die nominelle Pixelgröße des

projizierten Bilds bilden ein optisches System mit einer Etendue bzw. ein Lichtleitwert von

wobei θ ₀ den maximalen Ablenkwinkel, also die doppelte Winkelamplitude der Spiegelschwingung, r den Radius der Reflektionsflache der Ablenkeinheit, und N die Anzahl der in der betrachteten Schwingungsebene aufzulösenden Pixel an der Projektionsfläche darstellen. Mit N = 480, was einer VGA-Auflösung entspricht, einem Radius r = 0,5 mm und mit einem maximalen Ablenkwinkel θ ₀ = 17° erhält man beispielsweise eine Etendue von E _c = 2,5- lθ ⁷ mm ² sr . Heutige Halbleiterlaser haben beispielsweise bei einer roten Farbe eine Strahltaille mit einem Radius von 3 μm , und demzufolge einen Abstrahlwinkel von mindestens 8°. Die Eten- due des Laserbündels beträgt somit

E = ψ ■ 3- 1(T ³ mm -sin8°) = 2- 1(T ⁶ mm ² sr , ist also deutlich größer als die oben beschriebene Etendue des Projektionssystems. Ohne zusätzliche technische Maßnahmen sind deshalb Helligkeit und/oder Qualität des projizierten Bildes prinzi- piell beeinträchtigt. Bei einem derartigen Projektor ist außerdem das Bild an der Projektionsfläche verzerrt und weist eine Kissenform ähnlich der Darstellung in Fig. 2 auf .

Fokussiert man beispielsweise das Laserbündel auf die A- pertur der Ablenkeinheit, so erhält man die größtmögliche Bildhelligkeit, der Spot an der Projektionsfläche ist jedoch deutlich größer als die nominelle Pixelgröße und somit ist die Auflösung des projizierten Bildes stark be-

einträchtigt . Legt man dagegen die Strahltaille auf die Projektionsfläche, so ist die Ausdehnung des Laserbündels auf dem Scannerspiegel größer als dessen Fläche, was Lichtverluste zur Folge hat. Außerdem kann die Energie, die in der Umgebung der Ablenkeinheit bzw. des Scannerspiegels auf die Kammstrukturen des Spiegelantriebs fällt, die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit verstimmen und so die Amplitude und Phase der Spiegelschwingung verändern, was zu einer unerwünschten Veränderung des proji- zierten Bildes führen kann. Als Kompromiss kann die Strahltaille zwischen die Ablenkeinheit und die Projektionsfläche gelegt werden, wobei dann mit allen beschriebenen unerwünschten Effekten zu rechnen ist.

Es ist nicht möglich, die Apertur bzw. die Spiegelfläche der Ablenkeinheit bzw. des Scannerspiegels zu vergrößern, da sonst die Resonanzfrequenz zu klein werden würde und Aberrationen durch die Verformung der Spiegelfläche stark ansteigen würden.

Das oben beschriebene Etendueproblem und seine Auswirkun- gen können vermieden werden, wenn eine Abbildungseinrichtung vorgesehen ist, welche die Aufgabe hat, die Ablenkeinheit bzw. den Scannerspiegel auf die Projektionsfläche abzubilden .

So ist aus der Druckschrift DE 43 24 849 C2 ein Projektor zum Projizieren eines Bildes bekannt, bei welchem ein

Lichtbündel mittels einer Lichtquelle erzeugt und dann mittels einer Ablenkeinheit über eine Projektionsfläche geführt wird. Dabei ist zwischen der Ablenkeinheit und der Projektionsfläche eine Abbildungseinrichtung angeord- net, welche mindestens zweistufig und afokal ausgebildet

ist. überdies ist die bekannte Abbildungseinrichtung verzeichnungsfrei korrigiert und weist eine Vergrößerung > 1 auf. Ein Nachteil der bekannten Abbildungseinrichtung besteht darin, dass ein Objektiv mit einer großen Zahl von Einzellinsen verwendet werden muss, um die gewünschte Verzeichnungsfreiheit zu erzielen und dabei chromatische Aberrationen und eine daraus resultierende Verschlechterung der Bildqualität zu vermeiden. Ein solches Projektionsobjektiv ist somit kaum für Miniaturprojektoren geeig- net.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Projektor sowie ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes zu realisieren, wobei die Abbildungseinrichtung ein verzeichnungsarmes und von chromatischen Aberrationen freies Bild liefern soll und kostengünstig und kompakt verwirklicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Projektor mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 23 ge- löst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Projektor zum Projizieren eines Bildes umfasst eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Licht- bündeis und eine Ablenkeinheit, welche zum Ablenken des von der Lichtquelle erzeugten Lichtbündels hin auf eine Projektionsfläche ausgebildet ist. Der Projektor weist ferner eine Abbildungseinrichtung zum Abbilden einer A-

pertur der Ablenkeinheit auf die Projektionsfläche auf. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Abbildungseinrichtung ein Spiegelobjektiv mit mindestens zwei Spiegelelementen umfasst.

Mit anderen Worten besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin, die Abbildungseinrichtung zugunsten der Erhöhung der Bildqualität derart auszugestalten, dass diese ein Spiegelobjektiv umfasst, bei welchem mindestens zwei Spiegelelemente zum Abbilden der Apertur bzw. einer Re- flexionsflache der Ablenkeinheit auf die Projektionsfläche eingesetzt werden.

In vorteilhafter Weise wird durch den erfindungsgemäßen Projektor erreicht, dass an der Projektionsfläche ein verzeichnungsfreies oder im Vergleich zu einer Projektion ohne Abbildungseinrichtung verzeichnungsarmes Bild erzeugbar ist.

Insbesondere soll der Projektor so ausgelegt werden, dass eine Strahltaille des von der Lichtquelle kommenden Lichtbündels auf die Apertur der Ablenkeinheit gelegt wird, wobei der Durchmesser der Strahltaille etwas kleiner als der Durchmesser der Apertur gewählt wird, wodurch eine überleuchtung der Ablenkeinheit verhindert und keine Lichtverluste verursacht werden. Der Abbildungsmaßstab des Spiegelobjektivs wird insbesondere so gewählt, dass das Bild der Apertur der Ablenkeinheit an der Projektionsfläche ungefähr mit der gewünschten Pixelgröße übereinstimmt und bevorzugt etwas kleiner ist als diese. Somit wird auch eine Strahltaille auf der Projektionsfläche oder in deren Nähe liegen. Es hat sich herausgestellt, dass die Tiefenschärfe des Bilds durch eine solche Abbil-

düng nicht wesentlich verringert wird, so dass bei einer realistischen Projektionsentfernung mit dem Spiegelobjektiv nicht nachfokussiert werden muss.

Bei Miniatur-Laserprojektoren wird ein realistischer Pro- jektionsabstand ca. 500 mm (300 bis 1000 mm) betragen.

Nach dem Stand der Technik und aufgrund von Anforderungen der Augensicherheit wird der Lichtstrom eines solchen

Projektors bei 5 bis 20 Im liegen, woraus sich für den

Fachmann eine sinnvolle Bildgröße von etwa A5 bis A4 und bei einem abgescannten Winkel von 15° für eine solche

Projektionsentfernung ergibt.

Das Spiegelobjektiv weist in bevorzugter Weise eine Vergrößerung größer oder gleich Eins auf, so dass der abgescannte Winkelbereich nach dem Spiegelobjektiv mindestens so groß wie der von der Ablenkeinheit kommende Winkelbereich ist. Bei einer Winkelvergrößerung kann eine Ablenkeinheit mit einem niedrigen maximalen Ablenkwinkel eingesetzt werden, wodurch die Ablenkeinheit kostengünstig und mit mehr Spielraum für Frequenz und Aperturgröße reali- siert werden kann. Die Winkelvergrößerung durch das Spiegelobjektiv kann dabei für beide Richtungen der Spiegelschwingung gleich oder unterschiedlich groß sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der öffnungswinkel des abgescannten Winkelbereichs nach der Ablenkeinheit in horizontaler und vertikaler Richtung 5° beträgt, und das Spiegelobjektiv bevorzugt derart ausgebildet ist, dass der öffnungswinkel in der horizontalen Richtung 12° und in der vertikalen Richtung 10° beträgt.

In einer Ausführungsform umfasst die Ablenkeinheit min- destens einen Scannerspiegel bzw. Mikrospiegel bzw. Mik-

roscanner, welcher bewegbar, insbesondere um zwei Achsen schwenkbar, ausgebildet ist. Durch Einsatz eines einfachen Scannerspiegels wird ein kostenreduzierter sowie ein bauteilreduzierter Projektor geschaffen. In einer weite- ren Ausführungsform kann die Ablenkeinheit zwei separate, in jeweils einer Richtung schwingende Mikrospiegel umfassen. Hierbei wird man das Spiegelobjektiv insbesondere so auslegen, dass die Strahltaille auf dem in Lichtrichtung primären Mikrospiegel auf die Projektionsfläche abgebil- det wird.

Es hat sich herausgestellt, dass durch eine Abbildung mit mindestens zwei, und insbesondere nur zwei Spiegelelementen eine f-theta-Korrektur bewirkt werden kann, wodurch ein nahezu verzeichnungsfreies Bild an der Projektions- fläche erzeugbar ist. Mit anderen Worten wird hierdurch erreicht, dass die Bildschirmkoordinate des projizierten Spots eine lineare Funktion des Ablenkwinkels der Ablenkeinheit darstellt.

Bevorzugt umfasst die Lichtquelle mindestens einen dio- dengepumpten Festkörperlaser (RGB-Laserquelle) , wobei der Projektor insbesondere als Laserprojektor ausgebildet ist. Dabei kann die Lichtquelle direkt moduliert werden oder eine Modulationseinheit umfassen, welche zum Modulieren des Lichtbündels ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Lichtquelle zum Modulieren des Lichtbündels in Abhängigkeit einer Bewegung der Ablenkeinheit ausgebildet. Insbesondere werden mittels der Lichtquelle drei Farben, Rot, Grün und Blau, generiert, moduliert und zu einem Lichtbündel, insbesondere einem Laserbündel, vereint, welches bereits alle Bildinformationen enthält.

Vorzugsweise sind Reflexionsflächen der mindestens zwei Spiegelelemente jeweils als ein durch eine Rotation eines Kegelschnitts um eine Rotationsachse erzeugter Rotationskörper ausgebildet. Insbesondere können die Kegelschnitte Hyperbeln sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rotationskörper eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen.

In bevorzugter Weise soll die Normale der Apertur bzw. der Spiegelfläche der Ablenkeinheit im Ruhezustand zu der gemeinsamen Rotationsachse der Rotationskörper in einem Winkel zwischen 20° bis 60°, insbesondere einem Winkel von 40°, angeordnet sein.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Quotient der numerischen Exzentrizität des zweiten Kegel- Schnittes zu der numerischen Exzentrizität des ersten Kegelschnittes in einem Wertebereich von 0,6 bis 0,8 liegt, insbesondere 0,7 beträgt. Es ist insbesondere von Vorteil, wenn die numerische Exzentrizität des ersten Kegelschnittes in einem Wertebereich von 5 bis 7 liegt, insbe- sondere 6 beträgt.

Vorzugsweise ist die Ablenkeinheit in einem Brennpunkt des ersten der hyperbolischen Spiegelelemente des Spiegelobjektivs oder in dessen unmittelbarer Umgebung angeordnet. Insbesondere soll die Ablenkeinheit in einem Ab- stand kleiner 2 mm, insbesondere kleiner 1 mm, von dem ersten Brennpunkt des ersten Spiegelelements angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Spiegelobjektiv derart ausgebildet, dass ein zweiter Brennpunkt des ersten Spiegelelements mit einem ersten Brennpunkt des zweiten Spiegel- elements zusammenfällt. Auch hier kann bevorzugt vorgese-

hen sein, dass der erste Brennpunkt des zweiten Spiegelelements in einem Abstand kleiner 2 mm, insbesondere in einem Abstand kleiner 1 mm, von dem zweiten Brennpunkt des ersten Spiegelelements angeordnet ist. Diese Defokus- sierungen ermöglichen einen Kompromiss zwischen den Auswirkungen der sphärischen Aberration und der Koma. Insbesondere soll sich der Abstand der Spiegelelemente durch die Defokussierung vergrößern.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Richtung der Lichtausbreitung eines der Spiegelelemente eine konvexe und das andere eine konkave Form aufweist. Insbesondere soll eine dem zweiten Spiegelelement zugewandte Reflexionsfläche des ersten Spiegelelements konkav und eine dem ersten Spiegelelement zugewandte Re- flexionsflache des zweiten Spiegelelement konvex ausgebildet sein. Auf diese Weise erfolgt eine erste Reflexion an der konkaven und eine zweite Reflexion an der konvexen Reflexionsfläche .

Um einen kompakten Projektor zu schaffen, ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Brennpunkt des ersten Spiegelelements kleiner 20 mm ist, und dass der Quotient aus dem Abstand zwischen den Brennpunkten des ersten Spiegelelements zu dem Abstand zwischen den Brennpunkten des zwei- ten Spiegelelements bevorzugt in einem Wertebereich von 1,2 bis 1,8 liegt, insbesondere 1,5 beträgt.

Insbesondere ist der Projektor derart ausgelegt, dass das nach Passieren des Spiegelobjektivs auf einen unteren

Rand des Bildes zeigende Lichtbündel um einen Winkel von 0° bis 20°, insbesondere um einen Winkel von 5° bis 10°,

in der vertikalen Richtung höher gerichtet ist als das Lichtbündel vor dem Passieren das Spiegelobjektivs.

Der Projektor kann bevorzugt als separates Gerät ausgebildet oder in ein Muttergerät, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Digitalkamera oder eine Videokamera, integriert sein.

In einer Ausführungsform weist der Projektor bevorzugt eine an einem Gehäuse des Projektors oder eines Muttergeräts angeordnete Schwenk- oder Klappvorrichtung auf, mit- tels welcher das zweite Spiegelelement gehalten wird und zwischen einer Ausgangsstellung, in welcher seine Rückseite mit dem Gehäuse abschließt, und einer Reflexionsstellung, in welcher das Abstrahlen des Lichtbündels aus dem Gehäuse möglich ist, schwenkbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das zweite Spiegelelement in der Reflexionsstellung von dem Gehäuse zumindest teilweise absteht. Insbesondere ist in der Reflexionsstellung des zweiten Spiegelelements im Gehäuse eine Durchgangsöffnung für das Lichtbündel ausgebildet, so dass ein Abstrahlen des Lichtbündels aus dem Gehäuse ermöglicht wird. Diese Durchgangsöffnung kann in der Ausgangsstellung des zweiten der Spiegelelemente bevorzugt durch das schwenkbare zweite Spiegelelement verschließbar sein. Insbesondere bewirkt das Verschwenken des zweiten Spiegelelements in die Reflexionsstellung ein Einschalten des Projektors.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Spiegelelemente zumindest teilweise in einem Gehäuse des Projektors oder eines Muttergeräts angeordnet sind. Insbesondere kann das Gehäuse ein Scheibenelement aufweisen, durch welches das Licht-

bündel aus dem Gehäuse tritt. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die mindestens zwei Spiegelelemente vollständig im Gehäuse angeordnet sind.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass eines der Spiegel- elemente konform auf einer äußeren Oberfläche eines Gehäuses des Projektors oder eines Muttergeräts angeordnet ist. Beispielsweise kann das Gehäuse einen Grundkörper sowie einen an dem Grundkörper angeordneten im Wesentlichen kugelförmigen Teil aufweisen, wobei das zweite Spie- gelelement in bevorzugter Weise an dem im Wesentlichen kugelförmigen Teil des Gehäuses angeordnet ist, so dass eine Form einer konvexen Reflexionsfläche des zweiten Spiegelelements mit der Form einer äußeren Oberfläche des im Wesentlichen kugelförmigen Teils des Gehäuses nahezu übereinstimmt. Insbesondere kann das Gehäuse in dieser Ausführungsform eine Durchgangsöffnung aufweisen, welche vorzugsweise an einer dem zweiten Spiegelelement zugewandten Seite des Grundkörpers ausgebildet sein kann.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Projizieren eines Bildes mit Hilfe eines Projektors ausgelegt. Bei dem Verfahren wird ein Lichtbündel mittels einer Lichtquelle erzeugt und mittels einer Ablenkeinheit hin auf eine Projektionsfläche abgelenkt, wobei eine Apertur der Ablenkeinheit auf die Projektionsfläche mittels einer Abbil- dungseinrichtung abgebildet wird. Ein Grundgedanke bei dem Verfahren besteht darin, dass die Apertur der Ablenkeinheit auf die Projektionsfläche mittels eines Spiegelobjektivs der Abbildungseinrichtung mit mindestens zwei Spiegelelementen abgebildet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Projektors sind als vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Laserprojektor mit einem Scannerspiegel als Ablenkeinheit gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein durch einen herkömmlichen Laserprojektor mit einem in zwei Achsen schwingenden Scannerspiegel erzeugtes verzerrtes Bild;

Fig. 3 ein Spiegelobjektiv für einen Laserprojektor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Spiegelobjektivs mit zwei Spiegelelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 in schematischer Darstellung die Einbettung ei- nes Laserprojektors in ein Gehäuse gemäß einem

Ausführungsbeispiel ;

Fig. 6 in schematischer Darstellung die Einbettung eines Laserprojektors in ein Gehäuse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 in schematischer Darstellung einen Laserprojektor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 aberrationsbedingte Spotgrößen im Vergleich zu einer XGA-Pixelgröße für das Spiegelobjektiv nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Strahltaille auf einer Projektionsfläche;

Fig 10 das Bildfeld, welches eine mit dem Spiegelob- jektiv nach einer Ausführungsform der Erfindung erzeugte verzeichnungsarme Abbildung zeigt;

Fig. 11 aberrationsbedingte Spotgrößen für das Spiegelobjektiv nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Funktion eines Projektionsab- Standes im Vergleich zu einer XGA-Pixelgröße zur Veranschaulichung der Tiefenschärfe.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die nachstehend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Alle nachstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Merkmale sind in vielfältiger Weise miteinander kombinierbar.

In Figuren werden gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein in Fig. 1 dargestellter Projektor 1, vorliegend Laserprojektor, gemäß dem Stand der Technik umfasst eine Lichtquelle 2, welche vorliegend mehrere diodengepumpte Festkörperlaser (RGB-Laserquelle) umfasst. Die Lichtquel- Ie 2 hat die Aufgabe, für drei Farben, Rot, Grün und Blau, jeweils ein Lichtbündel zu generieren, diese zu modulieren und zu einem Lichtbündel, vorliegend einem Laserbündel, zu vereinen, welches alle Bildinformationen enthält. Hierzu umfasst die Lichtquelle 2 drei Laserein- heiten 2a, 2b, 2c, welche zum Erzeugen jeweils einer Farbe ausgebildet sind. Der Laserprojektor 1 weist ferner eine Ablenkeinheit 3 auf, welche im vorliegenden Beispiel einen Scannerspiegel umfasst. Der Scannerspiegel 3 weist eine Apertur bzw. eine Reflexionsfläche 3a auf und ist vorliegend um zwei Achsen, eine horizontale Schwenkachse A sowie um eine vertikale Schwenkachse B, schwenkbar. ü- berdies umfasst der Laserprojektor 1 gemäß dem Stand der Technik einen Schirm 4, welcher eine Projektionsfläche 5 aufweist, an welcher das Bild mittels des Lichtbündels erzeugt wird. Das Bild wird an der Projektionsfläche 5 erzeugt, indem das bereits alle Bildinformationen enthaltende Lichtbündel durch den Scannerspiegel 3 über die Projektionsfläche 5 geführt wird.

Ein Nachteil dieses bekannten Projektionsverfahrens be- steht in der kleinen Etendue, so dass sich Einschränkungen hinsichtlich Bildhelligkeit oder -qualität ergeben.

Außerdem entsteht auf der Projektionsfläche 5 ein prinzipiell verzerrtes Bild, das in Fig. 2 dargestellt ist, wobei eine kissenförmige Verzeichnung des Bildes 6 deutlich zu erkennen ist.

Um ein Erzeugen eines verzeichnungsfreien Bildes an der Projektionsfläche 5 zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß die Apertur bzw. die Reflexionsfläche 3a der Ablenkeinheit 3 mittels einer Abbildungseinrichtung, umfassend ein Spiegelobjektiv mit mindestens zwei Spiegelelementen, auf die Projektionsfläche 5 abgebildet. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Spiegelobjektivs 7, umfassend ein erstes und ein zweites Spiegelelement 8, 9, welches zum Abbilden der Apertur 3a auf die Projektionsfläche 5 des Schirms 4 ausgebildet ist. Dabei bleibt der Spot des Laserbündels auf der Projektionsfläche 5 des Schirms 4 kleiner als die nominelle Pixelgröße, wodurch eine Beeinträchtigung der Auflösung verhindert wird.

Im vorliegenden Beispiel weist das erste Spiegelelement 8 eine konkave Reflexionsfläche 8a auf, wobei das zweite Spiegelelement 9 eine der konkaven Reflexionsfläche 8a des ersten Spiegelelements 8 zugewandte konvexe Reflexionsfläche 9a aufweist.

Mit erneutem Bezug auf Fig. 3 sei erwähnt, dass die Re- flexionsflachen 8a, 9a der beiden Spiegelelemente 8, 9 jeweils als ein durch eine Rotation eines Kegelschnitts um eine Rotationsachse erzeugter Rotationskörper ausgebildet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden Kegelschnitte Hyperbeln; die beiden Rotationskörper 8a, 9a weisen im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Rotationsachse (nicht dargestellt) auf. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Quotient der numerischen Exzentrizität des zweiten Kegelschnitts 9 zu der des ersten Kegelschnitts 8 e=0,7, wobei die numerische Exzentrizität des ersten Kegelschnitts e=6,45 beträgt.

Eine geometrische Schnittdarstellung des Spiegelobjektivs 7 in einem zweidimensionalen Koordinatensystem ist in Fig. 4 wiedergegeben. Im Beispiel ist der Scannerspiegel 3 im Koordinatenursprung (0,0) angeordnet, seine maximale Winkelauslenkung beträgt 5° und der Einfallswinkel zu der x-Achse beträgt 10°, wodurch sich ein reflektierter Winkelbereich a zwischen 0° bis 20° ergibt. Ein von dem Scannerspiegel 3 reflektiertes Lichtbündel wird anschließend von der konkaven Reflexionsfläche 8a des ersten Spiegelelements 8, danach von der konvexen Reflexionsfläche 9a des zweiten Spiegelelements 9 in Richtung der Projektionsfläche 5 (in Fig. 4 nicht dargestellt) reflektiert. Der Scannerspiegel 3 ist im Beispiel in einem ersten Brennpunkt Bl des ersten Spiegelelements 8 angeord- net, wobei ein zweiter Brennpunkt B2 des ersten Spiegelelements 8 mit einem ersten Brennpunkt Cl des zweiten Spiegelelements 9 zusammenfällt. Dabei beträgt der Quotient des Abstands zwischen den Brennpunkten Bl, B2 des ersten Spiegelelements 8 zu dem Abstand zwischen dem ers- ten Brennpunkt Cl und einem zweiten Brennpunkt (nicht dargestellt) des zweiten Spiegelelements 9 1,4. Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Brennpunkt Bl, B2 des ersten Spiegelelements 8 beträgt 19,3 mm. Hierdurch wird ein kompaktes Spiegelobjektiv 7 geschaffen.

Ein Laserprojektor 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Hinblick auf eine mechanische Ausführung in Fig. 5 dargestellt. Der Laserprojektor 1 kann als separates Gerät ausgebildet oder in ein Muttergerät (Mobiltelefon, Digitalkamera, Videokamera) eingebettet sein. In einem Gehäuse 10 des Laserprojektors 1 oder des Muttergeräts sind eine Lichtquelle 2, welche im vorliegenden Bei-

spiel mehrere diodengepumpte Festkörperlaser umfasst, und ein Umlenkspiegel 11, welcher die Aufgabe hat, ein von der Lichtquelle 2 erzeugtes Lichtbündels 12 auf eine Ablenkeinheit 3 hin zu reflektieren, angeordnet. Die Ab- lenkeinheit 3 umfasst im Beispiel einen Scannerspiegel. Der Laserprojektor 1 weist ein erstes und ein zweites Spiegelelement 8, 9 auf, welche zum Abbilden des Scannerspiegels 3 auf die Projektionsfläche auf die oben näher erläuterte Art und Weise ausgebildet sind. Im vorliegen- den Beispiel umfasst das Gehäuse 10 des Laserprojektors 1 eine Schwenkvorrichtung 13, mittels welcher das zweite Spiegelelement 9 gehalten und zwischen einer in Fig. 5 oben dargestellten Ausgangsstellung und einer in Fig. 5 unten dargestellten Reflexionsstellung schwenkbar ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in der Ausgangsstellung des zweiten Spiegelelements 9 die Lichtquelle abgeschaltet sein soll, wohingegen in der Reflexionsstellung das Abstrahlen des Lichtbündels 12 aus dem Gehäuse 10 ermöglicht ist. So ist in der Reflexionsstellung des zweiten Spiegelelements 9 im Gehäuse 10 eine Durchgangsöffnung 14 ausgebildet, durch welche das Lichtbündel 12 im Betrieb abzustrahlen ist. In der Ausgangsstellung ist die Durchgangsöffnung 14 mittels des zweiten Spiegelelements 9 verschlossen .

Ein Laserprojektor 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist im Hinblick auf eine mechanische Ausführung in Fig. 6 dargestellt. Der in Fig. 6 dargestellte Laserprojektor 1 umfasst im Wesentlichen gleiche Elemente wie der in Fig. 5 dargestellte Laserprojektor 1, so dass ledig- lieh auf die Unterschiede zwischen den Beispielen eingegangen wird. Im vorliegenden Beispiel weist das Gehäuse

10 einen Grundkörper 10a auf, in welchem die Lichtquelle 2 und der Scannerspiegel 3 angeordnet sind. Das Gehäuse 10 umfasst ferner einen an dem Grundkörper 10 angeordneten und im Wesentlichen kugelförmigen Teil 10b. Das zwei- te Spiegelelement 9 ist an einer äußeren Oberfläche 10c des im Wesentlichen kugelförmigen Teils 10b angeordnet, so dass die konvexe Reflexionsfläche 9a des zweiten Spiegelelements 9 in die Oberfläche 10c des Teils 10b eingebettet ist.

Ein Laserprojektor 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Hinblick auf eine mechanische Ausführung in Fig. 7 dargestellt. In diesem Beispiel ist sowohl das erste als auch das zweite Spiegelelement 8, 9 vollständig im Gehäuse 10 des Laserprojektors 1 angeord- net. Das Gehäuse 10 umfasst ein Austrittsfenster oder Scheibenelement 15, durch welches das Lichtbündel 12 aus dem Gehäuse 10 abgestrahlt wird.

Die Figuren 8 bis 11 illustrieren die mit dem Spiegelobjektiv 7, umfassend zwei Spiegelelemente 8, 9 erreichte Bildgüte. Fig. 8 zeigt aberrationsbedingte geometrische Spotbilder über ein gesamtes, durch einen vom Scannerspiegel 3 kommenden Winkelbereich von ±12° horizontal und 0° bis 20° vertikal gegebenes Feld im Vergleich zur Pixelgröße bei XGA-Auflösung, welche in Fig. 8 anhand eines Balkens C angedeutet ist. Die XGA-Pixelgröße beträgt vorliegend 280 μm . Dabei ist ein erster Spot 16 einem Ablenkwinkel des von der Ablenkeinheit 3 abgelenkten Lichtbündels in einer horizontalen Richtung von -12° und in einer vertikalen Richtung von 0° zugeordnet, was an der Projektionsfläche einem Bildkoordinatenpunkt (-106,869 mm; 13,550 mm) entspricht. Ein Spot 17 ist einem Ablenk-

winkel in der horizontalen Richtung von 20° und in der vertikalen Richtung von 12° zugeordnet, was an der Projektionsfläche einem Bildkoordinatenpunkt (103,950 mm, 195,909 mm) entspricht. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, sind alle Spotgrößen kleiner als die XGA-Pixelgröße, so dass erreicht wird, dass keine Beeinträchtigung der Auflösung die Qualität des Bildes verschlechtern kann.

In Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine Strahltaille auf der Projektionsfläche dargestellt für eine Wellenlänge des Laserbündels 550nm und einen Ablenkwinkel in der horizontalen Richtung von 0° und in der vertikalen Richtung von -12° dargestellt. Die Strahltaille beträgt hier 160μm und ist somit kleiner als die XGA-Pixelgröße.

Fig. 10 zeigt Eckpunkte eines von dem Laserprojektor 1 mit dem Spiegelobjektiv 7 erzeugten, nahezu rechteckigen Bild.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Laserprojektor keiner Fokussierung bedarf, um eine große Tiefenschärfe des Bildes zu gewährleisten. Bei Nutzung des Spiegelobjektivs in der bevorzugten Ausführung bleibt die Tiefenschärfe in einem hinreichend großen Bereich, um den bevorzugten Projektionsabstand von 500 mm zu erhalten. Fig. 11 gibt die Spotbilder in Abhängigkeit der Defokus- sierung für alle Ablenkwinkel im Vergleich zu einer XGA- Pixelgröße wieder. In Fig. 11 ist jeder Spalte eine unterschiedliche Defokussierung (in μm) zugeordnet, wobei jeder Reihe ein unterschiedlicher Ablenkwinkel (in der horizontalen und vertikalen Richtung) zugeordnet ist. Die Pixelgröße von 280 μm ist in Fig. 11 für einen Projekti- onsabstand von 500 mm anhand eines Balkens B angedeutet.

Da sie proportional zum Projektionsabstand wächst, bleiben alle Spotbilder zumindest für Projektionsentfernungen von 300 mm bis 600 mm kleiner als die Pixelgröße.