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WO2008090001A1 - Rückprojektionsvorrichtung und verfahren für eine rückprojektionsvorrichtung - Google Patents

Rückprojektionsvorrichtung und verfahren für eine rückprojektionsvorrichtung Download PDF

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WO2008090001A1
WO2008090001A1 PCT/EP2008/000596 EP2008000596W WO2008090001A1 WO 2008090001 A1 WO2008090001 A1 WO 2008090001A1 EP 2008000596 W EP2008000596 W EP 2008000596W WO 2008090001 A1 WO2008090001 A1 WO 2008090001A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mirror
screen
fresnel
projection optics
image
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/000596
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Piehler
Gudrun Schroeter
Guenther Benedix
Gertrud Blei
Thomas Maack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jabil Optics Germany GmbH
Young Optics Inc
Original Assignee
Sypro Optics GmbH
Young Optics Inc
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Publication date
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Priority claimed from DE102007006094.9A external-priority patent/DE102007006094B4/de
Application filed by Sypro Optics GmbH, Young Optics Inc filed Critical Sypro Optics GmbH
Priority to US12/524,535 priority Critical patent/US8992025B2/en
Publication of WO2008090001A1 publication Critical patent/WO2008090001A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV

Definitions

  • the present invention relates to a back projection apparatus having a screen, projection optics and an image module for producing an image which is projected onto the screen from behind by means of the projection optics so that a viewer in front of the screen can perceive the image projected onto the screen
  • the invention relates to a method for such a retro-projection device
  • this object is solved by the device with the features of claims 1 and 27 Furthermore, this object is procedurally achieved with the features of claims 14 to 40 According to the invention, this object is achieved by the projection optics having a reflective Fresnel mirror. With this Fresnel mirror it is possible to set a stronger deflection of the light beams in the off-axis area (ie for the upper area of the screen), whereby the maximum angle of incidence on the screen is reduced and so on can be set that he z B in a transmissive Fresnel having a screen screen is not greater than the maximum allowable angle of incidence for the transmissive Fresnel This makes it possible to realize a small foot height of the rear projection while maintaining the depth, and also an excellent Image display is achieved because the screen can only have a transmissive Fresnel disc In particular, the necessary beam deflection can be effected on the screen exclusively by a transmissive Fresnel disc of the screen The transmissive Fresnel disc k can extend over the entire
  • the object is also achieved by the projection optics having a combination of mirrors with refractive power, ie at least a first aspherical mirror and a second aspheric mirror.
  • the number of optical elements can be increased
  • the second asphan mirror in the projection optics preferably immediately in front of the transmissive Fresnel disc, it is possible in particular to set a stronger deflection of the light beams in the off-axis region, ie for the upper region of the screen, whereby the maximum angle of incidence on the screen is reduced is and can be adjusted so that he z B in a transmissive Fresnel having a screen screen is not greater than the maximum allowable angle of incidence for a transmissive Fresnel This makes it possible, a small foot height of the jerk project In addition, an excellent image representation is achieved since the screen can only have a transmissive Fresnel disk.
  • no further deflecting mirror can be arranged between the screen and the Fresnel mirror.
  • the Fresnel mirror thus effects the last optical path fold in front of the Fresnel disk.
  • no further deflecting mirror can be arranged between the screen and the second aspherical mirror.
  • the second Asphan mirror thus effects the last optical path fold in front of the Fresnel disk
  • the Fresnel mirror or the second aspherical mirror may be so designed that when the image is projected on the screen, the angle of incidence over the entire screen is not greater than 60 °. This ensures that the transmissive Fresnel disk can be used for the screen
  • the Fresnel mirror or the second aspherical mirror preferably still has a positive refractive power.
  • the number of optical elements of the projection optics can be reduced
  • the projection optics can be formed together with the Fresnel as a rotationally symmetric system whose image field is used only on one side and does not contain the optical axis of the system Thus, it is possible to minimize the depth of the rear projection device for optimal spatial adaptation of the projection optics to the low depth and foot height
  • the projection optics may include two planar deflection mirrors
  • the projection optics can also be designed as a non-rotationally symmetrical system and z B contain free-form surfaces Under free-form surfaces are not understood here spherical surfaces that are not Rotationsssymmet ⁇ sch
  • the device has a housing which carries the screen, all optical elements of the projection optics being arranged in the housing below the lower edge of the screen except for the Fresnel mirror or the second aspherical mirror. This makes it possible to achieve the low overall depth
  • the Fresnel mirror may have a plurality of Fresnel structures arranged concentrically relative to a center and extending along a first direction, each comprising a mirror surface for optical path folding.
  • the Fresnel structures are preferably each formed as a ring section in order to realize the desired offset of the image field
  • the mirror surfaces curved in the sectional plane, so that the mirror surfaces of the Fresnel structures themselves still have an optical effect
  • the curved configuration of the mirror surfaces can be chosen so that aberrations are compensated.
  • aberrations that are compensated can be compensated due to the finite width of the Fresnel structures (extension perpendicular to the first direction) occur
  • the angle between the mirror surface of the Fresnel structures in the sectional plane and the normal of the plane in which the Fresnel structures are supported preferably increases with increasing
  • the angle between a tangent is the angle
  • the Fresnel structures can be formed on a planar or curved plane. If the plane is flat, the fabrication of the Fresnel mirror is simple. In the case of the formation on the curved plane, the aberrations of the projection optics can advantageously be compensated for by the curvature z B
  • the image module may comprise a reflective or transmissive imaging element, such as a tilting mirror matrix, an LCD or LCoS element.
  • the imaging element may be self-luminous, or the imaging module may include a light source and optics for illuminating the imaging element.
  • the back projection device may comprise a control unit to drive the image module included
  • the back projection device can be a project sound optic in the field lens design or have field lens structure.
  • a field lens structure advantageously to be used for the reverse projection apparatus is described for example in DE 19832317C1 and corresponding US 6439726, the disclosure of which is to be the subject of the following application with this field lens structure and the second aspha ⁇ schen Mirror can be a good image on the screen at low depth and foot height of the remindionshohe be achieved
  • a projection method for a rear projection device is provided with a front and rear screen having a transmissive Fresnel disc in which an image is projected via a reflective Fresnel mirror or a second aspheric mirror from behind onto the screen or to the back of the screen a viewer in front of the screen can perceive the image projected on the screen, the image projected on the back of the screen on the front side
  • this method it is possible to provide the 5,liberionsvomchtung with low depth and foot height
  • no further deflection mirror can be arranged between the screen and the Fresnel mirror or the second aspha ⁇ schen mirror, so that the Fresnel mirror or the second Asphansche mirror causes the last beam path folding in front of the screen
  • the screen may comprise a transmissive Fresnel disc which preferably extends over the entire screen
  • the Fresnel mirror or the second Asphan mirror can be designed so that when the image is projected on the screen, the angle of incidence over the entire screen does not become larger than 60 °. Thereby, it becomes possible for the transmissive Fresnel disk to extend over the entire screen , whereby an excellent image representation can be realized
  • the Fresnel mirror can be part of a Giionsopttk, which is formed together with the Fresnel as a rotationally symmetric system whose image field is only used on one side and does not contain the optical axis of the system
  • the necessary large offset of the image field can be realized to the small depth in the To achieve projection device
  • the rear projection device may have a housing which carries the screen, wherein all the other optical elements of the projection optics in the housing are arranged below the lower edge of the screen except for the Fresnel mirror, which is part of a projection optical system
  • the Fresnel mirror may have a plurality of fresnel structures concentrically arranged relative to a center and extending along a first direction, each comprising a mirror surface for optical path convolution.
  • the mirror surfaces may not be curved in a sectional plane perpendicular to the first direction. Alternatively, it is possible that the Mirror surfaces are formed curved in the sectional plane and thus develop next to the beam path folding yet another visual effect
  • the angle between the mirror surfaces in the sectional plane and the normal of the sectional plane in which the Fresnel structures are supported may decrease with increasing distance from the center.
  • the width of the Fresnel structures may be perpendicular to the first Remove the direction with increasing distance from the center A Fresnel mirror with the desired properties is provided
  • the Fresnel structures can be formed on a plane or a curved plane
  • the imaging elements of the projection optics for example output lumens, which are arranged directly in front of the second asphan mirror, have the same optical axis with the second asphan mirror, the entire optical structure and thus the entire geometric symmetry are simplified by this measure that due to the identical optical axis between the output imaging elements of the projection optics and the second aspherical mirror no compensation optics or compensation optics must be used, which may have to compensate for an offset of the respective optical axes
  • both the output imaging elements of the projection optics, the first aspha ⁇ sche mirror and the second aspha ⁇ sche mirror have the same optical axis, whereby the entire imaging optics represents a simple structure Additional optionally error-prone compensation optics are thus also eliminated
  • the projection optics a deflection mirror, which is provided in particular between the output imaging elements, and allows the angle between the optical axis of the imaging elements of the projection optics before the deflection mirror and the optical axis of the imaging elements of the projection optics after the deflection mirror is less than or equal to 90 ° Due to the advantageous introduction of the deflection mirror in the projection optics is achieved, for example, parts of the projection optics including lighting module, for example, below the lower edge of the screen, however, can be positioned above the optical axis of the asphans first mirror in the form that parts of the projection optics are positioned perpendicularly or less than 90 ° to the optical axis of the second aspherical mirror With these measures we d achieves that the foot height of the rear projection device can be set to almost zero, or the overall depth of the rear projection device is determined only by the dimensioning of the first asphans mirror
  • FIG. 2 shows a sectional view of the inventive rear projection device with second aspha ⁇ schen mirror
  • FIGS. 1 and 2 show a lens section of a part of the projection optics 3 of the rear projection device, according to FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 shows an enlarged sectional view of a section of the Fresnel mirror 10 of FIG. 1
  • FIG. 5 shows a side view of the rear projection device according to the invention with special projection optics
  • FIG. 6 shows a plan view of the rear projection device according to the invention with special
  • FIG. 7 shows a section of the lens of the projection optics used in FIGS. 5 and 6
  • the rear projection device 1 comprises a screen 2 with front (2A) and back (2B), a projection optics 3, an image module 4 and a housing 5, which is shown in dashed lines in Figure 1
  • the projection optics 3 is arranged in the housing 5 of the rear projection device 1, the housing 5 having a foot part 6 and a screen part 7.
  • the depth T of the rear projection device is approximately 140 to 150 mm or 150 to 160 mm, and the front height H of the foot part is only approx 140 mm
  • the width of the screen (perpendicular to the plane in Fig 1) is about 1328 mm, so that the screen 2 has a diagonal of about 1524 mm
  • the projection optics 3 of the rear projection device 1 or projection optics 3 with field lens structure is shown in part in FIGS. 1 and 2 and partly in FIG. 3. This is then justified because the elements of the projection optics 3 drawn in FIG. 3 from the image module 4 to the deflection mirror 19 1 and 2 are perpendicular and above the plane of Fig. 1 in the illustration of FIG
  • Tables 1 and 2 the distances and radii of curvature of the surfaces 10 to 36 of the elements of the projection optics 3 when used with fresnel (Table 1) and when used with second aspha ⁇ schen mirror (Table 2) are given if two surfaces a Linsenmate ⁇ al (and not Radii, thickness and air distances are given in mm in the table.
  • an image is produced in a known manner by means of the image module 4, which here has a tilting mirror matrix.
  • the illumination unit necessary for image generation and the control unit for controlling the tilting mirror matrix are not shown for the sake of simplicity of illustration.
  • the image generated by the image module 4 is combined with the projection optics 3 projected onto the screen 2 from the rear, as indicated by the arrows P1, P2 and P3.
  • a viewer standing in front of the back projection device ie, to the left of it) can then perceive the image projected onto the screen has for this purpose a transmissive Fresnel disk 2 'extending over the entire screen area.
  • the Fresnel disk 2' is designed in such a way that the light propagates from the screen essentially perpendicular to the screen plane, as represented by the arrows Pf, P2 'and P3'
  • Such transmissive Fresnel disks are known to the person skilled in the art Fresnel disc 2 'is rotationally symmetric to the axis A in Figure 1, which coincides with the optical axis OA of the projection optics 3
  • the screen 2 may also have a Fresnel disc 2 'downstream diffuser disc (not shown), which serves to ensure that the light is emitted from the screen 2 in a predetermined angular range The light thus spreads not only along the by the arrows P1' P3 'direction indicated, but within the angular range, so that a desired Brackwinkel Scheme is provided by the screen 2
  • the surface 10A according to FIG. 1 is designed as an aspha ⁇ -curved Fresnel mirror and serves to keep the angle of incidence ⁇ at the projection of the image generated by the image module 4 on the screen 2 smaller than 60 °
  • the surface 10B according to FIG. 2 is embodied as an asphane-curved mirror and serves to keep the angle of incidence ⁇ smaller than 60 ° in the projection of the image generated by means of the image module 4 onto the screen 2
  • FIG. 4 three mirror-part surfaces 40, 41, 42 of the Fresnel mirror 10 are shown schematically, wherein the mirror surfaces 40, 41, 42 are each formed by the active flank of the triangular-section Fresnel structures 43, 44, 45.
  • the other flanks 46, 47, 48 become
  • the Fresnel structures 43-45 here are sections of rings whose centers coincide with the axis A, the widths B1, B2, B3 of the Fresnel structures (here being in the range of 0.4 mm ) decreases with increasing distance from the axis A, as is schematically indicated in FIG. 4.
  • flank angle ⁇ 1t ⁇ 2 , ⁇ 3 of the mirror surface 40-42 increases relative to the optical axis (or to a straight line parallel to the optical axis OA and passing through the left-hand corner E1, E2, E3 of the triangular-shaped section of the Fresnel structures 43-45) decreases with increasing distance from the optical axis OA (ie ⁇ ,> ⁇ 2 > ⁇ 3 )
  • De r flank angle Ot 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 here corresponds to the tangent of the following function
  • the aspha ⁇ sche curvature of the surfaces 1 OB, 11, 13 and 14 can by the following Aspheric equation h 2
  • h is the distance to the optical axis OA and z is the vertex plane distance (the plane which is perpendicular to the optical axis OA and contains the intersection of the vertex of the plane with the plane).
  • z is the vertex plane distance (the plane which is perpendicular to the optical axis OA and contains the intersection of the vertex of the plane with the plane).
  • the aspheric coefficients are shown in Table 4 below. Fresnel mirror) and Table 5 (second aspherical mirror) for the aspha ⁇ schen mirror 11 as well as the same for the aspheric surfaces 13 and 14 indicated
  • the projection optics is up to the deflection by the plane mirror 12 and 19 a rotationally symmetric system whose image field is used only on one side
  • the deflecting mirror 12 is tilted relative to the optical axis by 10 ° and the axis of the following three lenses (with the surfaces 13-18 ) is thus tilted by 20 ° with respect to the axis OA
  • the deflecting mirror 19 is tilted at 45 ° to the optical axis OA, that the optical elements with the surfaces 20 to 36 are arranged perpendicular to the plane of Figures 1 and 2 one behind the other
  • the Fresnel structures 43-45 are formed on a flat plane E1 (FIG. 3).
  • the plane E1 curved eg spherically or aspha ⁇ sch
  • the Fresnel mirror 10A or second aspherical mirror 10B Due to the described construction of the projection optics, and in particular due to the Fresnel mirror 10A or second aspherical mirror 10B, it is possible to provide a rear projection device with a small overall depth T and a low foot height H, in which the screen can have a transparent Fresnel disk extending over the entire screen area Since this can be ensured over the entire disk area, it is no longer necessary to make the Fresnel disk of the screen reflective at least in a partial area Projection device is therefore provided an extremely compact projection device with excellent image properties
  • FIG. 5 shows a side view of the rear projection device according to a further embodiment, in which it can be clearly seen that the lens group which can be regarded as output imaging elements (surfaces 112-115) of the projection optics has the same optical axis as the first aspha ⁇ sche mirror It can also be seen that both the first aspherical mirror 11 and the second aspherical mirror 10B with the lens group of the output imaging elements of the projection optics have the same optical axis (A1). It can also be clearly seen that the projection optics together with Furthermore, it can be clearly seen that the image field is used only on one side, so that, for example, the part which is present below the optical axis is not used or the optical elements are shortened around this part t can be
  • FIG. 6 shows a top view of the rear projection projection according to the application, from which it can clearly be seen that the deflection mirror, which is located in the projection optics 3, is suitable for laterally introducing the image coupling, for example between the screen and the second asphan mirror. Due to the asphans curvature of the second asphans mirror, it is advantageous if the optical imaging elements of the projection optics, which are located before and after the deflection mirror, are arranged so that by the deflection mirror, the respective optical axes have an angle of less than or equal to 90 ° With this measure is achieved that only due to the optical properties and imaging specifications of the projection optics 3, the first asphansischen mirror and the second asphans mirror, d The depth of the rear projection device is limited accordingly
  • FIG. 7 shows a lens section of the part of the projection optics 3 in a further embodiment, from which it can clearly be seen that the deflection mirror 116 divides the projection optics into two parts, namely an input optics (117-138) and an output optics (112 It should be noted that the optical axis of the output imaging elements is chosen to be identical to the optical axis (A1) of the first asphane mirror Due to the geometrical arrangement of the subdivided parts of the projection optics, the spatial condition or the interaction of the screen and the second aspherical mirror is taken into account Although the shape that the respective optical axes of the subdivided images has an angle of less than or equal to 90 ° at this point it should also be emphasized that, for example, the element which form the surfaces 134 and 135 may also be designed as a deflection prism, for example a total reflection of the image to be displayed can be made
  • the construction according to FIGS. 5 to 7, in particular with regard to the projection optics basically has the advantage that no deflection with a mirror downwards has to take place between the projection optics and the first aspherical mirror, which in particular results in a low structural height only one deflection with the deflection mirror or plane mirror due to the presence of the deflection mirror is achieved with this projection optics, the advantage that the output imaging elements is arranged further from the diaphragm, and thus can be used particularly favorably for optical images

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Abstract

Beschrieben wird eine Rückprojektionsvorrichtung 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 wird ein Verfahren für eine solche Rückprojektionsvorrichtung beschrieben Hierbei wird ein Fresnelspiegel beziehungsweise ein asphärischer Spiegel verwendet.

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
Figure imgf000010_0001
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Tabelle 2
Figure imgf000012_0001
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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 α1t α2, α3 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, > α2 > α3) Der Flankenwinkel Ot1, α2, α3 entspricht hier der Tangente der folgenden Funktion
Figure imgf000014_0001
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
Figure imgf000015_0002
Die asphaπsche Krümmung der Flachen 1 OB, 11 , 13 und 14 kann durch die folgende Aspharengleichung h2
Figure imgf000015_0001
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)
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Tabelle 5 (zweiter asphaπscher Spiegel)
Figure imgf000016_0001
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
Figure imgf000018_0001
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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
Figure imgf000020_0002
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

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
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