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Title:
REAR PROJECTION APPARATUS AND METHOD FOR A REAR PROJECTION APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/090001
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rear projection device, comprising a screen, projection optics, and an image module for generating an image, which is projected from the rear onto the screen by means of the projection optics, so that an observer located in front of the screen can perceive the image projected onto the screen. Furthermore, a method for such a rear projection apparatus is described. To this end, a Fresnel mirror, or an aspherical mirror, is used.

Inventors:
PIEHLER EBERHARD (DE)
SCHROETER GUDRUN (DE)
BENEDIX GUENTHER (DE)
BLEI GERTRUD (DE)
MAACK THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/000596
Publication Date:
July 31, 2008
Filing Date:
January 25, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SYPRO OPTICS GMBH (DE)
PIEHLER EBERHARD (DE)
SCHROETER GUDRUN (DE)
BENEDIX GUENTHER (DE)
BLEI GERTRUD (DE)
MAACK THOMAS (DE)
International Classes:
G02B17/06; G02B17/08; G03B21/10; G03B21/28
Domestic Patent References:
WO2006043666A12006-04-27
WO2001005146A12001-01-18
Foreign References:
US20040141157A12004-07-22
GB2367905A2002-04-17
US20060056037A12006-03-16
Attorney, Agent or Firm:
KUNZ, Herbert et al. (Karl-Scharnagl-Ring 7, Munich, DE)
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Claims:
Patentansprüche 1 Ruckprojektionsvorrichtung mit einem Schirm (2) mit Vorderseite (2A) und Ruckseite (2B) einer Projektionsoptik (3) und einem Bildmodul (4) zum Erzeugen eines Bildes, das mittels der Projektionsoptik (3) auf die Ruckseite (2B) des Schirms (2) projiziert wird, wobei das auf die Ruckseite (2B) des Schirms (2) projizierte Bild auf der Vorderseite (2A) des Schirms (2) wahrnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsoptik (3) einen reflektiven Fresnelspiegel (10) aufweist

2 Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der zwischen dem Schirm (2) und dem Fresnelspiegel (10) kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet ist

3 Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Schirm (2) eine transmissive Fresnelscheibe aufweist

4 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Fresnelspiegel (10) so ausgelegt ist, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm (2) der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nie großer als 60° ist

5 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Fresnelspiegel (10) positive Brechkraft aufweist

6 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Projektionsoptik (3) zusammen mit der Frenselscheibe (10) als rotationssymmetrisches System ausgebildet ist, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthalt

7 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, die ein Gehäuse (5) aufweist, das den Schirm (2) tragt, wobei bis auf den Fresnelspiegel (10) alle Elemente der Projektionsoptik (3) im Gehäuse (5) unterhalb der Unterkante des Schirms (2) angeordnet sind

8 Vorrichtung nach einem er obigen Ansprüche, bei der der Fresnelspiegel (10) eine Vielzahl von relativ zu einem Zentrum konzentrisch angeordneten, sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Fresnelstrukturen (43, 44, 45) aufweist, die jeweils eine Spiegelfläche (40, 41 , 42) zur Strahlengangfaltung umfassen

9 Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spiegelflächen (40-42) in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung nicht gekrümmt sind

10 Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spiegelflächen (40-42) in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung gekrümmt sind

11 Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Winkel zwischen den Spiegelflächen in der Schnittebene und der Normalen der Ebene, in der die Fresnelstrukturen (43-45) liegen, mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnimmt

12 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Breite der Fresnelstrukturen (43-45) senkrecht zur ersten Richtung mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnimmt

13 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Fresnelstrukturen (43-45) auf einer gekrümmten Ebene (E1) ausgebildet sind

14 Projektionsverfahren für eine Ruckprojektionsvorrichtung mit einem Schirm, welcher eine Vorderseite (2A) und eine Ruckseite (2B) aufweist, bei dem ein Bild über einen reflektiven Fresnelspiegel auf die Ruckseite (2B) des Schirms projiziert wird, wobei das auf die Ruckseite des Schirms projizierte Bild auf der Vorderseite (2A) des Schirms wahrnehmbar ist

15 Verfahren nach Anspruch 14, bei dem zwischen dem Schirm und dem Fresnelspiegel kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet wird

16 Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem der Schirm transmissive Fresnelscheibe aufweist

17 Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Fresnelspiegel so ausgelegt wird, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nie größer als 60° wird

18 Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der Fresnelspiegel positive Brechkraft aufweist

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem der Fresnelspiegel Teil einer Projektionsoptik ist, die zusammen mit der Fresnelscheibe als rotationssymmetrisches System ausgebildet ist, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthalt

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Ruckprojektionsvorrichtung ein Gehäuse (5) aufweist, das den Schirm (2) tragt, wobei bis auf den Fresnelspiegel (10), der Teil einer Projektionsoptik ist, alle optischen Elemente der Projektionsoptik (3) im Gehäuse (5) unterhalb der Unterkante des Schirms (2) angeordnet werden

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem der Fresnelspiegel eine Vielzahl von relativ zu einem Zentrum konzentrisch angeordneten, sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Fresnelstrukturen (43, 44, 45) aufweist, die jeweils eine Spiegelfläche (40, 41 , 42) zur Strahlengangfaltung umfassen

Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem die Spiegelflächen (40-42) in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung nicht gekrümmt sind

Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem die Spiegelflächen (40-42) in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung gekrümmt sind

Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei dem der Winkel zwischen der Spiegelflächen in der Schnittebene und der Normalen der Ebene, in der die Fresnelstrukturen liegen, mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnimmt

Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem die Breite der Fresnelstrukturen (43-45) senkrecht zur ersten Richtung mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnimmt

Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem die Fresnelstrukturen auf einer gekrümmten Ebene ausgebildet werden

Rυckprojektionsvorπchtung mit einem Schirm (2) mit Vorderseite (2A) und Ruckseite (2B) einer Projektionsoptik (3) mit einem ersten asphaπschen Spiegel und einem Bildmodul

(4) zum Erzeugen eines Bildes, das mittels der Projektionsoptik (3) auf die Ruckseite (2B) des Schirms (2) projiziert wird, wobei das auf die Ruckseite (2B) des Schirms (2) projizierte Bild auf der Vorderseite (2A) des Schirms (2) wahrnehmbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsoptik (3) einen zweiten asphaπschen Spiegel (10) aufweist

Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei Abbildungselemente der Projektionsoptik mit dem zweiten asphaπschen Spiegel die gleiche optische Achse aufweist

Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, wobei Abbildungselemente der Projektionsoptik mit dem ersten und zweiten asphärischen Spiegel die gleiche optische Achse aufweist

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die Projektionsoptik einen Umlenkspiegel aufweist, so dass der Winkel zwischen der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptik vor dem Umlenkspiegel und der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptik nach dem Umlenkspiegel kleiner bzw gleich 90 Grad ist

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei der zwischen dem Schirm (2) und dem zweiten asphaπschen Spiegel (10) kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet ist

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , bei der der Schirm (2) eine transmissive Fresnelscheibe aufweist

Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei der zweite asphansche Spiegel (10) so ausgelegt ist, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm (2) der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nie großer als 60° ist

Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der zweite asphärische Spiegel (10) positive Brechkraft aufweist

Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Projektionsoptik (3) zusammen mit der Fresnelscheibe als rotationssymmetrisches System ausgebildet ist, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthalt

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, bei der die Projektionsoptik (3) zusammen mit der Fresnelscheibe als nicht-rotationssymmetrisches System ausgebildet ist

37 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, die ein Gehäuse (5) aufweist, das den Schirm (2) tragt, wobei bis auf den zweiten asphaπschen Spiegel (10) alle Elemente der Projektionsoptik (3) im Gehäuse (5) unterhalb der Unterkante des Schirms (2) angeordnet sind

38 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Betrag der Ableitung der Tangente des zweiten asphaπschen Spiegels (10) außerhalb des Zentrums zumindest ein lokales Minimum aufweist

39 Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Projektionsoptik eine Feldlinsenoptik aufweist

40 Projektionsverfahren für eine Ruckprojektionsvorπchtung, vorzugsweise nach einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 27 bis 39, mit einer Projektionsoptik (3) mit einem ersten asphärischen Spiegel und mit einem Schirm, welcher eine Vorderseite (2A) und eine Ruckseite (2B) aufweist, bei dem ein Bild über einen zweiten asphaπschen Spiegel (10) auf die Ruckseite (2B) des Schirms projiziert wird, wobei das auf die Ruckseite des Schirms projizierte Bild auf der Vorderseite (2A) des Schirms wahrnehmbar ist

41 Verfahren nach Anspruch 40, wobei Abbildungselemente der Projektionsoptik mit dem zweiten asphaπschen Spiegel die gleiche optische Achse aufweist

42 Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 41 , wobei Abbildungselemente der Projektionsoptik mit dem ersten und zweiten asphaπschen Spiegel die gleiche optische Achse aufweist

43 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei die Projektionsoptik einen Umlenkspiegel aufweist, so dass der Winkel zwischen der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptik vor dem Umlenkspiegel und der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptik nach dem Umlenkspiegel kleiner bzw gleich 90 Grad ist

44 Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 43, bei dem zwischen dem Schirm und dem zweiten asphaπschen Spiegel (10) kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet wird

45 Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 44, bei dem der Schirm eine transmissive Fresnelscheibe aufweist

Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 45, bei dem der zweite asphaπsche Spiegel (10) so ausgelegt wird, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nie größer als 60° wird

Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 46, bei dem der zweite asphaπsche Spiegel (10) positive Brechkraft aufweist

Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 47, bei dem der zweite asphaπsche Spiegel (10) Teil einer Projektionsoptik ist, die zusammen mit dem zweiten asphaπschen Spiegel (10) als rotationssymmetπsches System ausgebildet ist, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthalt

Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 48, bei der die Projektionsoptik (3) zusammen mit der Fresnelscheibe als nicht rotationssymmetrisches System ausgebildet ist

Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 49, bei dem die Ruckprojektionsvorπchtung ein Gehäuse (5) aufweist, das den Schirm (2) tragt, wobei bis auf den zweiten asphaπschen Spiegel (10), der Teil einer Projektionsoptik ist, alle optischen Elemente der Projektionsoptik (3) im Gehäuse (5) unterhalb der Unterkante des Schirms (2) angeordnet werden

Description:

Rückprojektionsvorrichtunq und Verfahren für eine Rückprojektionsvorrichtunq

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ruckprojektionsvorrichtung mit einem Schirm, einer Projektionsoptik und einem Bildmodul zum Erzeugen eines Bildes, das mittels der Projektionsoptik von hinten auf den Schirm projiziert wird, so daß ein sich vor dem Schirm befindender Betrachter das auf den Schirm projizierte Bild wahrnehmen kann Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für eine solche Ruckprojektionsvorrichtung

Bei solchen Ruckprojektionsvorrichtungen sollen die Bautiefe und die Fußhohe möglichst gering ausfallen Die Bautiefe kann dadurch reduziert werden, daß Optiken mit großem Offset des Bildfeldes verwendet werden In diesem Fall treten jedoch sehr große Einfallswinkel am Schirm auf, die bei einem eine transmissive Fresnelscheibe aufweisenden Schirm einen gewissen Einfallswinkel nicht überschreiten darf, was die Minimierung der Bautiefe nachteilig begrenzt Um zu einer geringeren Bautiefe zu kommen, weist der Schirm häufig eine reflektive Fresnelscheibe auf, mit der die notwendige Strahlenumlenkung am Schirm durchgeführt wird Da bei reflektiven Fresnelscheiben jedoch der minimale Einfallswinkel nicht kleiner als etwa 40° sein darf, fuhrt dies dazu, daß selbst am achsnachsten Punkt (betrachtet zur Projektionsoptik) des Schirms dieser Einfallswinkel eingestellt werden muß, wodurch nachteilig die Fußhohe relativ groß wird Bereits für Winkel kleiner 55° treten durch die Fresnelstrukturen erhöhte Lichtverluste auf

In der EP 1 452 907 A1 wird die Fresnelscheibe teilweise reflektiv und teilweise transmissiv ausgebildet, um die Fußhohe zu minimieren Dies fuhrt jedoch zu dem Nachteil, daß nicht akzeptable Bildartefakte im Ubergangsbereich zwischen dem reflektiven Bereich und dem transmissiven Bereich der Fresnelscheibe auftreten

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ruckprojektionsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine gute Bilddarstellung auf dem Schirm bei geringer Bautiefe und Fußhohe der Ruckprojektionshόhe erreicht wird

Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 27 gelost Ferner wird diese Aufgabe verfahrenstechnisch mit den Merkmalen der Ansprüche 14 bis 40 gelost

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die Projektionsoptik einen reflektiven Fresnelspiegel aufweist Mit diesem Fresnelspiegel ist es möglich, eine stärkere Umlenkung der Lichtstrahlen im achsfernen Bereich (also für den oberen Bereich des Schirmes) einzustellen, wodurch der maximale Einfallswinkel am Schirm reduziert wird und so eingestellt werden kann, daß er z B bei einem eine transmissive Fresnelscheibe aufweisenden Schirm nicht großer ist als der maximal zulassige Einfallswinkel für die transmissive Fresnelscheibe Dadurch ist es möglich, eine geringe Fußhohe der Ruckprojektionsvorrichtung bei einer gleichzeitigen Beibehaltung der Bautiefe zu verwirklichen, wobei ferner eine ausgezeichnete Bilddarstellung erreicht wird, da der Schirm nur eine transmissive Fresnelscheibe aufweisen kann Insbesondere kann die notwendige Strahlumlenkung am Schirm ausschließlich durch eine transmissive Fresnelscheibe des Schirmes bewirkt werden Die transmissive Fresnelscheibe kann sich über den gesamten Schirm erstrecken

Ferner wird erfindungsgemaß die Aufgabe ebenso dadurch gelost, daß die Projektionsoptik eine Kombination von Spiegeln mit Brechkraft aufweist, d h zumindest einen ersten asphärischen Spiegel und einen zweiten asphaπschen Spiegel Durch Nutzung der Möglichkeit, der Form der Spiegel einen asphärischen Anteil zu verleihen kann die Anzahl der Optikelemente der Projektionsoptik verringert werden Mit dem zweiten asphanschen Spiegel in der Projektionsoptik, vorzugsweise unmittelbar vor der transmissiven Fresnelscheibe, ist es insbesondere möglich, eine stärkere Umlenkung der Lichtstrahlen im achsfernen Bereich, d h für den oberen Bereich des Schirmes einzustellen, wodurch der maximale Einfallswinkel am Schirm reduziert wird und so eingestellt werden kann, daß er z B bei einem eine transmissive Fresnelscheibe aufweisenden Schirm nicht großer ist als der maximal zulassige Einfallswinkel für eine transmissive Fresnelscheibe Dadurch ist es möglich, eine geringe Fußhohe der Ruckprojektionsvorrichtung bei einer gleichzeitigen Beibehaltung der Bautiefe zu verwirklichen, wobei ferner eine ausgezeichnete Bilddarstellung erreicht wird, da der Schirm nur eine transmissive Fresnelscheibe aufweisen kann Insbesondere kann die notwendige Strahlumlenkung am Schirm ausschließlich durch eine transmissive Fresnelscheibe des Schirmes bewirkt werden Die transmissive Fresnelscheibe kann sich über den gesamten Schirm erstrecken

Insbesondere kann zwischen dem Schirm und dem Fresnelspiegel kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet sein Damit bewirkt der Fresnelspiegel die letzte Strahlengangfaltung vor der Fresnelscheibe Ebenso kann zwischen dem Schirm und dem zweiten asphärischen Spiegel kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet sein Damit bewirkt der zweite asphansche Spiegel die letzte Strahlengangfaltung vor der Fresnelscheibe

Ferner kann der Fresnelspiegel oder der zweite asphaπsche Spiegel so ausgelegt sein, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nicht großer als 60° ist Damit wird sichergestellt, daß die transmissive Fresnelscheibe für den Schirm verwendet werden kann

Ferner weist der Fresnelspiegel oder der zweite asphaπsche Spiegel bevorzugt noch positive Brechkraft auf Damit kann die Anzahl der Optikelemente der Projektionsoptik verringert werden

Die Projektionsoptik kann zusammen mit der Fresnelscheibe als rotationssymmetrisches System ausgebildet sein, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthält Damit ist es möglich, die Bautiefe der Ruckprojektionsvorrichtung zu minimieren Zur optimalen räumlichen Anpassung der Projektionsoptik an die geringe Bautiefe und Fußhohe kann die Projektionsoptik zwei ebene Umlenkspiegel enthalten

Die Projektionsoptik kann auch als nicht rotationssymmetrisches System ausgebildet sein und z B Freiformflächen enthalten Unter Freiformflachen werden hier nicht sphärische Flächen verstanden, die nicht rotationssymmetπsch sind

Insbesondere weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf, das den Schirm tragt, wobei bis auf den Fresnelspiegel oder den zweiten asphärischen Spiegel alle optischen Elemente der Projektionsoptik im Gehäuse unterhalb der Unterkante des Schirms angeordnet sind Damit ist es möglich, die geringe Bautiefe zu erreichen

Bei der Ruckprojektionsvorrichtung kann der Fresnelspiegel eine Vielzahl von relativ zu einem Zentrum konzentrisch angeordneten, sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Fresnelstrukturen aufweisen, die jeweils eine Spiegelfläche zur Strahlengangfaltung umfassen Die Fresnelstrukturen sind dabei bevorzugt jeweils als Ringabschnitt ausgebildet, um den gewünschten Offset des Bildfeldes zu realisieren

Insbesondere können die Spiegelflachen der Fresnelstrukturen in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung nicht gekrümmt ausgebildet sein Dies erleichtert die Herstellung der Fresnelstrukturen Natürlich ist es auch möglich, die Spiegelflächen in der Schnittebene gekrümmt auszubilden, so daß die Spiegelflächen der Fresnelstrukturen selbst noch eine optische Wirkung aufweisen, die über die reine Strahlungsumlenkung hinausgeht Auch kann die gekrümmte Ausbildung der Spiegelflächen so gewählt werden, daß Abbildungsfehler kompensiert werden Insbesondere können solche Abbildungsfehler kompensiert werden, die

aufgrund der endlichen Breite der Fresnelstrukturen (Ausdehnung senkrecht zur ersten Richtung) auftreten

Der Winkel zwischen der Spiegelfläche der Fresnelstrukturen in der Schnittebene und der Normalen der Ebene, in der die Fresnelstrukturen hegen, nimmt bevorzugt mit zunehmendem

Abstand vom Zentrum ab Bei der gekrümmten Ausbildung der Spiegelflächen wird als Winkel der Winkel zwischen einer Tangenten (bevorzugt am Schwerpunkt) der gekrümmten

Spiegelfläche und der Normalen der Ebene verstanden Ferner nimmt auch bevorzugt die

Breite der Fresnelstrukturen senkrecht zur ersten Richtung mit zunehmendem Abstand zum Zentrum ab Damit kann ein Fresnelspiegel mit den gewünschten Eigenschaften bereitgestellt werden

Die Fresnelstrukturen können auf einer planen oder gekrümmten Ebene ausgebildet werden Wenn die Ebene plan ist, ist die Herstellung des Fresnelspiegels einfach Bei der Ausbildung auf der gekrümmten Ebene können vorteilhaft durch die Krümmung z B Abbildungsfehler der Projektionsoptik kompensiert werden

Das Bildmodul kann ein reflektives oder transmissives bilderzeugendes Element aufweisen, wie z B eine Kippspiegelmatrix, ein LCD- oder ein LCoS-Element Das bilderzeugende Element kann selbstleuchtend sein oder das Bildmodul enthält eine Lichtquelle und eine Optik zum Beleuchten des bilderzeugenden Elementes Die Ruckprojektionsvorrichtung kann eine Steuereinheit zum Ansteuern des Bildmoduls enthalten

Vorteilhafterweise kann die Ruckprojektionsvorrichtung eine Projekttonsoptik im Feldlinsendesign ausgestaltet sein bzw Feldlinsenstruktur aufweisen Eine für die anmeldungsgemaße Ruckprojektionsvorrichtung vorteilhafterweise einzusetzende Feldlinsenstruktur ist beispielsweise in der DE 19832317C1 und entsprechende US 6439726 beschrieben, deren Offenbarung voll inhaltlich Gegenstand der folgenden Anmeldung sein soll Mit dieser Feldlinsenstruktur und dem zweiten asphaπschen Spiegel kann eine gute Bilddarstellung auf dem Schirm bei geringer Bautiefe und Fußhohe der Ruckprojektionshohe erreicht werden

Ferner wird ein Projektionsverfahren für eine Ruckprojektionsvorrichtung mit einem eine transmissive Fresnelscheibe aufweisenden Schirm mit Vorderseite und Ruckseite bereitgestellt, bei dem ein Bild über einen reflektiven Fresnelspiegel oder einen zweiten asphaπschen Spiegel von hinten auf den Schirm beziehungsweise auf die Ruckseite des Schirms, projiziert wird, so daß ein sich vor dem Schirm befindender Betrachter das auf den Schirm projizierte Bild wahrnehmen kann, wobei das auf die Ruckseite des Schirms projizierte Bild auf der Vorderseite

des Schirms wahrnehmbar ist Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Ruckprojektionsvomchtung mit geringer Bautiefe und Fußhohe zur Verfugung zu stellen

Insbesondere kann zwischen dem Schirm und dem Fresnelspiegel oder dem zweiten asphaπschen Spiegel kein weiterer Umlenkspiegel angeordnet werden, so daß der Fresnelspiegel oder der zweite asphansche Spiegel die letzte Strahlengangfaltung vor dem Schirm bewirkt

Der Schirm kann eine transmissive Fresnelscheibe aufweisen, die sich bevorzugt über den gesamten Schirm erstreckt

Ferner kann der Fresnelspiegel oder der zweite asphansche Spiegel so ausgelegt werden, daß bei der Projektion des Bildes auf den Schirm der Einfallswinkel über den gesamten Schirm nicht großer als 60° wird Dadurch wird es möglich, daß die transmissive Fresnelscheibe sich über den gesamten Schirm erstrecken kann, wodurch eine ausgezeichnete Bilddarstellung realisiert werden kann

Der Fresnelspiegel kann Teil einer Projektionsopttk sein, die zusammen mit der Fresnelscheibe als rotationssymmetrisches System ausgebildet wird, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird und die optische Achse des Systems nicht enthalt Damit kann der notwendig große Offset des Bildfeldes realisiert werden, um die geringe Bautiefe bei der Projektionsvorrichtung zu erreichen

Ferner kann die Ruckprojektionsvomchtung ein Gehäuse aufweisen, das den Schirm tragt, wobei bis auf den Fresnelspiegel, der Teil einer Projektionsoptik ist, alle anderen optischen Elemente der Projektionsoptik im Gehäuse unterhalb der Unterkante des Schirms angeordnet werden

Der Fresnelspiegel kann eine Vielzahl von relativ zu einem Zentrum konzentrisch angeordneten, sich entlang einer ersten Richtung erstreckenden Fresnelstrukturen aufweisen, die jeweils eine Spiegelfläche zur Strahlengangfaltung umfassen Die Spiegelflächen können in einer Schnittebene senkrecht zur ersten Richtung nicht gekrümmt ausgebildet werden Alternativ ist es möglich, daß die Spiegelflachen in der Schnittebene gekrümmt ausgebildet werden und somit neben der Strahlengangfaltung noch eine weitere optische Wirkung entfalten

Insbesondere kann der Winkel zwischen den Spiegelflächen in der Schnittebene und der Normalen der Schnittebene, in der die Fresnelstrukturen hegen, mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnehmen Auch kann die Breite der Fresnelstrukturen senkrecht zur ersten

Richtung mit zunehmendem Abstand vom Zentrum abnehmen Dabei wird ein Fresnelspiegel mit den gewünschten Eigenschaften bereitgestellt

Die Fresnelstrukturen können auf einer planen oder einer gekrümmten Ebene ausgebildet werden

Weist femer teilweise die Abbildungselemente der Projektionsoptik, beispielsweise Ausgangslmsen, welche unmittelbar vor dem zweiten asphanschen Spiegel angeordnet sind, mit dem zweiten asphanschen Spiegel die gleiche optische Achse auf, so wird durch diese Maßnahme der gesamte optische Aufbau und somit die gesamte geometrische Symmetrie vereinfacht, so dass aufgrund der identischen optischen Achse zwischen den Ausgangs- Abbildungselementen der Projektionsoptik und dem zweiten asphärischen Spiegel keine Kompensationsoptik beziehungsweise Ausgleichsoptik verwendet werden muss, die gegebenenfalls ein Versatz der jeweiligen optischen Achsen auszugleichen hatten

Es hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn sowohl die Ausgangs- Abbildungselemente der Projektionsoptik, der erste asphaπsche Spiegel und der zweite asphaπsche Spiegel die gleiche optische Achse aufweisen, wodurch die gesamte Abbildungsoptik einen einfachen Aufbau darstellt Zusätzliche gegebenenfalls fehlerbehaftete Ausgleichsoptiken sind somit ebenfalls eliminiert

Enthalt die Projektionsoptik einen Umlenkspiegel, der insbesondere zwischen der Ausgangs- Abbildungselementen vorgesehen ist, und es ermöglicht, das der Winkel zwischen der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptik vor dem Umlenkspiegel und der optischen Achse der Abbildungselemente der Projektionsoptiken nach dem Umlenkspiegel kleiner beziehungsweise gleich 90° ist, so wird die Integration der Projektionsoptik optimal in der Ruckprojektionsvorrichtung vorgesehen Aufgrund des vorteilhaften Einbringens des Umlenkspiegels in die Projektionsoptik wird erreicht, dass beispielsweise Teile der Projektionsoptik samt Beleuchtungsmodul beispielsweise unterhalb der Unterkante des Schirmes jedoch oberhalb der optischen Achse des asphanschen ersten Spiegels positioniert werden kann, und zwar der Gestalt, dass Teile der Projektionsoptik senkrecht beziehungsweise kleiner als 90° zu der optischen Achse des zweiten asphärischen Spiegels positioniert wird Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, dass die Fußhohe der Ruckprojektionsvorrichtung nahezu auf Null gesetzt werden kann, beziehungsweise die Bautiefe der Ruckprojektionsvorrichtung lediglich durch die Dimensionierung des ersten asphanschen Spiegels bestimmt wird

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch beschriebenen Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zυ verlassen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen naher beschrieben und erläutert Es zeigen

Fig 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemaßen Ruckprojektionsvorrπchtung mit

Fresnelspiegel,

Fig 2 eine Schnittansicht der erfindungsmafligen Ruckprojektionsvorrichtung mit zweiten asphaπschen Spiegel,

Fig 3 einen Linsenschnitt eines Teils der Projektionsoptik 3 der Ruckprojektionsvorrichtung, gemäß Fig 1 und 2

Fig 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Fresnelspiegels 10 von Fig 1 Fig 5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ruckprojektionsvorrichtung mit spezieller Projektionsoptik

Fig 6 eine Draufsicht der erfindungsgemaßen Ruckprojektionsvorrichtung mit spezieller

Anordnung der Projektionsoptik Fig 7 einen Linsenausschnitt der in Fig 5 und 6 verwendeten Projektionsoptik

Bei der in den Fig 1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsform umfaßt die Ruckprojektionsvorrichtung 1 einen Schirm 2 mit Vorderseite (2A) und Ruckseite (2B), eine Projektionsoptik 3, ein Bildmodul 4 sowie ein Gehäuse 5, das in Fig 1 gestrichelt dargestellt ist

Die Projektionsoptik 3 ist im Gehäuse 5 der Ruckprojektionsvorrichtung 1 angeordnet, wobei das Gehäuse 5 einen Fußteil 6 sowie einen Schirmteil 7 aufweist Die Tiefe T der Ruckprojektionsvorπchtung betragt ca 140 bis 150 mm beziehungsweise 150 bis 160 mm und die vordere Hohe H des Fußteils betragt ca nur 140 mm Die Hohe des rechteckig abgebildeten Schirmes 2, also der Abstand von der Unterkante 8 zur Oberkante 9 des Schirmes 2, betragt hier ca 747 mm Die Breite des Schirms (senkrecht zur Zeichenebene in Fig 1 ) beträgt ca 1328 mm, so daß der Schirm 2 eine Diagonale von ca 1524 mm aufweist

Die Projektionsoptik 3 der Ruckprojektionseinrichtung 1 beziehungsweise Projektionsopttk 3 mit Feldlinsenstruktur ist zum Teil in Fig 1 und 2 und zum Teil in Fig 3 dargestellt Dies ist dann begründet, daß die Elemente der Projektionsoptik 3, die in Fig 3 vom Bildmodul 4 bis zum Umlenkspiegel 19 eingezeichnet sind, bei der Darstellung von Fig 1 und 2 senkrecht und oberhalb der Zeichenebene von Fig 1 hegen

In der nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind die Abstande und Krümmungsradien der Flachen 10 bis 36 der Elemente der Projektionsoptik 3 bei Verwendung mit Fresnelspiegel (Tabelle 1 ) und bei Verwendung mit zweiten asphaπschen Spiegel (Tabelle 2) angegeben Sofern zwei Flachen ein Linsenmateπal (und nicht Luft) begrenzen, sind für das Material noch die Brechzahl sowie die Abbezahl angegeben Radien, Dicken- und Luftabstände sind in der Tabelle in mm angegeben In der Spalte Flacheneigenschaft steht S für Spiegel, A für eine asphansch gekrümmte Flache und AF für eine asphärisch gekrümmte Fresnelflache In den Zeilen zwischen zwei Flachen sind in der Spalte „Dicken- und Luftabstände" die jeweiligen Abstande angegeben, wobei in der ersten Zeile der Tabelle 1 der Abstand von der Fresnelscheibe 2' bis zum Fresnelspiegel 10A mit 140 angegeben ist und in Tabelle 2 der Abstand von der Fresnelscheibe 2' bis zum zweiten asphanschen Spiegel 10B mit 150

Tabelle 1

Tabelle 2

Im Betrieb wird mittels des Bildmoduls 4, das hier eine Kippspiegelmatrix aufweist, in bekannter Weise ein Bild erzeugt Die zur Bilderzeugung notwendige Beleuchtungsemheit sowie die Steuereinheit zum Ansteuern der Kippspiegelmatrix sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet Das mittels des Bildmoduls 4 erzeugte Bild wird mit der Projektionsoptik 3 von hinten auf den Schirm 2 projiziert, wie durch die Pfeile P1 , P2 und P3 angedeutet ist Ein Betrachter, der vor der Ruckprojektionsvorrichtung steht (also in Fig 1 gesehen, links davon) kann dann das auf den Schirm projizierte Bild wahrnehmen Der Schirm 2 weist dazu eine sich über den gesamten Schirmbereich erstreckende, transmissive Fresnel-Scheibe 2' auf Die Fresnelscheibe 2' ist so ausgebildet, daß sich das Licht vom Schirm im wesentlichen senkrecht zur Schirmebene ausbreitet, wie durch die Pfeile Pf, P2' und P3' dargestellt ist Solche transmissiven Fresnelscheiben sind dem Fachmann bekannt Die hier eingesetzte

Fresnelscheibe 2' ist rotationssymmetrisch zur Achse A in Fig 1 , die mit der optischen Achse OA der Projektionsoptik 3 zusammenfallt

Der Schirm 2 kann noch eine der Fresnelscheibe 2' nachgeordnete Diffusorscheibe (nicht eingezeichnet) aufweisen, die dazu dient, daß das Licht von dem Schirm 2 in einen vorbestimmten Winkelbereich abgegeben wird Das Licht breitet sich also nicht nur entlang der durch die Pfeile P1 '-P3' angedeuteten Richtung aus, sondern innerhalb des Winkelbereichs, so daß ein gewünschter Bhckwinkelbereich durch den Schirm 2 bereitgestellt wird

Die Flache 10A gemäß Fig 1 ist als asphaπsch gekrümmter Fresnelspiegel ausgebildet und dient dazu, den Einfallswinkel γ bei der Projektion des mittels des Bildmoduls 4 erzeugten Bildes auf den Schirm 2 kleiner als 60° zu halten

Die Flache 10B gemäß Fig 2 ist als asphansch gekrümmter Spiegel ausgebildet und dient dazu, den Einfallswinkel γ bei der Projektion des mittels des Bildmoduls 4 erzeugten Bildes auf den Schirm 2 kleiner als 60° zu halten

In Fig 4 sind schematisch drei Spiegelteilflächen 40, 41 , 42 des Fresnelspiegels 10 dargestellt, wobei die Spiegelflachen 40, 41 , 42 jeweils durch die Wirkflanke der im Schnitt dreiecksformigen Fresnelstrukturen 43, 44, 45 ausgebildet sind Die anderen Flanken 46, 47, 48 werden nicht zur Strahlumlenkung verwendet und daher häufig als Storflanken bezeichnet Die Fresnelstrukturen 43-45 sind hier Abschnitte von Ringen, deren Mittelpunkte mit der Achse A zusammenfallen, wobei die Breite B1 , B2, B3 der Fresnelstrukturen (die hier im Bereich von 0,4 mm liegt) mit zunehmendem Abstand von der Achse A abnimmt, wie schematisch in Fig 4 angedeutet ist Ferner nimmt der Flankenwinkel α 1t α 2 , α 3 der Spiegelfläche 40-42 relativ zur optischen Achse (bzw zu einer Geraden, die parallel zur optischen Achse OA und durch die linke Ecke E1 , E2, E3 des dreieckformigen Schnitts der Fresnelstrukturen 43-45 verlauft) mit zunehmenden Abstand von der optischen Achse OA ab (also α, > α 2 > α 3 ) Der Flankenwinkel Ot 1 , α 2 , α 3 entspricht hier der Tangente der folgenden Funktion

wobei h der Abstand eines Punktes der Fresnelstruktur 40, 41 , 42 (z B die linke Ecke E1-E3) zur optischen Achse OA ist, R die sphärische Krümmung des gesamten Fresnelspiegels 10 ist und die Parameter kfr und cfr, die in der folgenden Tabelle 3 angegebenen Werte aufweisen

Tabelle 3

Die asphaπsche Krümmung der Flachen 1 OB, 11 , 13 und 14 kann durch die folgende Aspharengleichung h 2

beschrieben werden, wobei h der Abstand zur optischen Achse OA und z der Abstand der Scheitelebene ist (die Ebene, die senkrecht zur optischen Achse OA liegt und den Schnittpunkt des Scheitels der Flache mit der Ebene enthalt) Die Aspharenkoeffizienten sind in der nachfolgenden Tabelle 4 (Fresnelspiegel) und Tabelle 5 (zweiter asphäπscher Spiegel) für den asphaπschen Spiegel 11 sowie auch gleich für die asphaπschen Flachen 13 und 14 angegeben

Tabelle 4 (Fresnelspiegel)

Tabelle 5 (zweiter asphaπscher Spiegel)

Die Projektionsoptik ist bis auf die Umlenkung durch die ebenen Spiegel 12 und 19 ein rotationssymmetrisches System, dessen Bildfeld nur einseitig verwendet wird Der Umlenkspiegel 12 ist gegenüber der optischen Achse um 10° gekippt und die Achse der folgenden drei Linsen (mit den Flachen 13-18) ist folglich gegenüber der Achse OA um 20° gekippt

Der Umlenkspiegel 19 ist so um 45° zur optischen Achse OA gekippt, daß die optischen Elemente mit den Flachen 20 bis 36 senkrecht zur Zeichenebene von Fig 1 und 2 hintereinander angeordnet sind

Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform gemäß Fig 1 sind die Fresnelstrukturen 43 - 45 an einer planen Ebene E1 ausgebildet (Fig 3) Es ist jedoch auch möglich, die Ebene E1 gekrümmt (z B sphärisch oder asphaπsch) auszubilden, so daß die Fresnelstrukturen 43 - 45 in diesem Fall an der gekrümmten Ebene E1 vorgesehen sind Durch die gekrümmte Ausbildung der Ebene E1 können z B Abbildungsfehler der Projektionsoptik 3 kompensiert werden

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus der Projektionsoptik und insbesondere aufgrund des Fresnelspiegels 10A beziehungsweise zweiten asphärischen Spiegels 10B ist es möglich, eine Ruckprojektionsvorrichtung mit geringer Bautiefe T sowie geringer Fußhohe H bereitzustellen, bei der der Schirm eine sich über den gesamten Schirmbereich erstreckende transparente Fresnelscheibe aufweisen kann, da der maximale Einfallswinkel der Lichtstrahlen auf den Schirm 2 bzw die Fresnelscheibe 2' nicht großer als 60° ist Da dies über den gesamten Scheibenbereich sichergestellt werden kann, ist es nicht mehr notig, die Fresnelscheibe des Schirmes zumindest in einem Teilbereich reflektiv auszubilden Mit der erfindungsgemäßen

Projektionsvorrichtung wird daher eine äußerst kompakte Projektionsvorrichtung mit hervorragenden Bildeigenschaften bereitgestellt

In Fig 5 ist eine Seitenansicht der Ruckprojektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung dargestellt, in der insbesondere deutlich erkennbar ist, das die Linsengruppe welche als Ausgangs- Abbildungselemente (Flachen 112-115) der Projektionsoptik angesehen werden kann, die gleiche optische Achse wie der erste asphaπsche Spiegel 11 aufweist Ferner ist zu sehen, dass sowohl der erste asphärische Spiegel 1 1 als auch der zweite asphaπsche Spiegel 10B mit der Linsengruppe der Ausgangs- Abbildungselemente der Projektionsoptik die gleiche optische Achse (A1) aufweist Ebenfalls ist deutlich zu erkennen, dass die Projektionsoptik zusammen mit dem ersten und zweiten asphanschen Spiegel als rotationssymmetrisches System ausgebildet ist Ferner ist deutlich zu erkennen, dass das Bildfeld lediglich einseitig verwendet wird, so dass beispielsweise der Teil, der unterhalb der optischen Achse vorhanden ist, nicht verwendet wird beziehungsweise die optischen Elemente um diesen Teil gekürzt werden können

In Fig 6 ist eine Draufsicht der anmeldungsgemaßen Ruckprojektionsvorπchtung dargestellt, aus der deutlich zu entnehmen ist, dass der Umlenkspiegel, welcher sich in der Projektionsoptik 3 befindet, dazu geeignet ist die Bildeinkopplung seitlich vorzunehmen, und zwar beispielsweise zwischen dem Schirm und dem zweiten asphanschen Spiegel, wodurch die Flachbauweise der Projektionsvorπchtung besonders ist, wobei jedoch die Bildquahtat weiterhin optimal ist Aufgrund der asphanschen Krümmung des zweiten asphanschen Spiegels ist es von Vorteil, wenn die optischen Abbildungselemente der Projektionsoptik, welche sich vor und nach dem Umlenkspiegel befinden, so angeordnet sind, dass durch den Umlenkspiegel die jeweiligen optischen Achsen einen Winkel von kleiner oder gleich 90° aufweisen Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass lediglich aufgrund der optischen Eigenschaften und Abbildungsvorgaben der Projektionsoptik 3, des ersten asphanschen Spiegels und des zweiten asphanschen Spiegels, die Tiefe der Ruckprojektionsvorrichtung entsprechend begrenzt ist

In Fig 7 ist ein Linsenschnitt des Teils der Projektionsoptik 3 in einer weiteren Ausfuhrung dargelegt, aus der deutlich zu entnehmen ist, dass der Umlenkspiegel 116 die Projektionsoptik in zwei Teile unterteilt, nämlich in eine Einkopplungsoptik (117-138) und in eine Ausgangsoptik (112-115) mit Ausgangs- Abbildungselementen, die in diesem Fall durch zwei Linsen mit unterschiedlichen Oberflachen dargestellt ist Hervorzuheben ist, das die optische Achse der Ausgangs- Abbildungselemente so gewählt ist, dass sie mit der optischen Achse (A1) des ersten asphanschen Spiegels identisch ist Aufgrund der geometrischen Anordnung der unterteilten Teile der Projektionsoptik wird der räumlichen Gegebenheit beziehungsweise dem Zusammenspiel des Schirms und des zweiten aspharen Spiegels Rechnung getragen Und

zwar der Gestalt, dass die jeweiligen optischen Achsen der unterteilten Abbildungen einen Winkel von kleiner beziehungsweise gleich 90° aufweistt An dieser Stelle sei auch hervorgehoben, dass beispielsweise das Element, welche die Flachen 134 und 135 bilden ebenso als Umlenkprisma ausgestaltet sein können, um dadurch beispielsweise eine Totalreflektion des darzustellenden Bildes vorgenommen werden kann

In der Tabelle 6 sind die Abstande und die Krummunsradien der Flachen 112 - 138 der Elemente der Projektionsoptik 3A angegeben Ebenso sind für den Fall, sofern zwei Flächen ein Linsenmateπal begrenzen, für das Material noch die Brechzahl sowie die Abbe-Zahl angegeben Radien, Dicken und Luftabstande sind in der Tabelle in Millimeter angegeben Entsprechend der Erläuterungen sind aus den Erläuterungen gemäß Tabelle 1 und 2 zu entnehmen

Tabelle 6

Auch die asphaπschen Krummen der Flachen 1OB, 11 , 112, 113, 130, 131 können mit der vorangehenden Aspharen gleichung beschrieben werden Auch hier gelten die jeweiligen Erläuterungen

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass der Aufbau gemäß den Figuren 5 bis 7 insbesondere hinsichtlich der Projektionsoptik grundsätzlich den Vorteil aufweist, dass zwischen der Projektionsoptik und dem ersten aspharen Spiegel keine Umlenkung mit einem Spiegel nach unten erfolgen muss, was insbesondere eine geringe Bauhohe mit sich bringt Grundsatzlich erfolgt nur eine Umlenkung mit dem Umlenkspiegel beziehungsweise Planspiegel aufgrund des Vorhandenseins des Umlenkspiegeis Mit dieser Projektionsoptik wird ferner der Vorteil erreicht, dass die Ausgangs- Abbildungselemente weiter von der Blende angeordnet ist, und somit besonders gunstig für optische Abbildungen verwendet werden kann