DE69826950T2 - Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät.
• Der hier verwendete Term "optische Ausdehnung" ist so definiert, dass er das Produkt aus der Größe und der optischen Divergenz eines Lichtstrahls bedeutet.
• Bestimmte optische Systeme sind inhärent eindimensional, da sie effektiv die optische Intensität in einer Dimension integrieren und daher für die optische Ausdehnung in der orthogonalen Dimension tolerant sind. Beispiele derartiger Systeme enthalten Projektionssysteme, z. B. Fernseh-Projektionssysteme, die Licht modulieren, indem sie es in eine Dimension reflektieren, und die Lichtquellen benötigen, die in dieser Dimension physikalisch klein sind. Bekannte Systeme dieses Typs verwenden kleine Lichtquellen, die Lebensdauerbeschränkungen besitzen, die sie für kommerzielle Produkte ungeeignet und unerwünscht machen. Metallhalogenlampen mit verhältnismäßig großem Elektrodenspalt sind effektiv in Bezug auf die Umsetzung von elektrischer Energie in Lichtausbeute und besitzen eine verhältnismäßig lange Lebensdauer. Derartige Lampen sind deswegen für die Verwendung in Projektionssystemen für private Verbraucher geeignet. Es ist jedoch erwünscht, kleinere Lichtquellen mit einer längeren Lebensdauer zu schaffen, um die Leistungsfähigkeit von Projektionsanzeigegeräten zu verbessern.
• H. Roder, H. J. Ehrke, R. Gerhard-Multhaupt, E. Ipp und Imenzel, "Full Color Diffraction-based Optical System for Light Valve Projection Displays" in Display Bd. 16, Nr. 1, 1995, S. 27-33 und David Armitage "Design Issues in Liquid Crystal Projection Displays", S. 41-51, SPIE Proceedings, Bd. 2650, Projection Displays II Herausgeber: Ming H. Wu, Hamamatsu Corp., Bridgewater, NJ, USA, ISBN: 0-8194-2024-7, 308 Seiten, veröffentlicht 1996 offenbaren einen bekannten Systemtyp, der allgemein als ein optisches Schlierensystem oder optisches Dunkelfeld-System bezeichnet wird. Ein derartiges System ist für eine Verwendung mit Projektionsanzeigegeräten geeignet, die z. B. in "The Grating Light Valve: revolutionising Display Technology", D. M. Bloom, Photonics West/Electronic Imaging '97 SPIE und im Patent EP 0 811 872 offenbart sind.
• Diese Systeme besitzen jedoch die oben beschriebenen Nachteile, dass sie eine kleine Lichtquelle mit großem Wirkungsgrad benötigen.
• Beispiele weiterer Vorrichtungen, die Beleuchtungsquellen benötigen, die in einer Dimension klein sind, sind in "Digital Light Processing for Projection Displays: A Progress Report" Larry J. Hornbeck, Proceedings Society of Information Display 16th International Display Research Conference 1009, S. 67-71 und H. Hamada u. a. "A New Bright Single Panel LC-Projector System without a Mosaic Color Filter" IDRC '94 Proceedings, 422 (1994) und C. Joubert, B. Loiseaux, A. Deboulbe und Huignard J-P "Dispersive Holographic Microlens Matrix for LCD Projection" SPIE Proceedings Bd. 2650 Projections Displays II Herausgeber: Ming H. Wu, Hamamatsu Corp., Bridgewater, NJ, USA, ISBN: 0-8194-2024-7, 308 Seiten (veröffentlicht 1996) offenbart.
• Die Patente US 3.296.923 , US 4.497.015 und US 5.594.526 offenbaren Anordnungen zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Beleuchtung, die durch eine Lichtquelle in Form eines Lichtsenders und eines lichtaufnehmenden Reflektors, wie etwa ein elliptischer Spiegel, geschaffen werden. Bei derartigen Lichtquellen dunkelt der eigentliche Lichtsender teilweise Licht ab, das in dem Lichtstrahl gelenkt wird, so dass der Ausgangsstrahl eine ringförmige Lichtverteilung aufweist. Die oben erwähnten Patente versuchen, die Lichtverteilung gleichförmiger zu machen, indem der Lichtstrahl von der Lichtquelle in mehreren optischen Systemen abgetastet wird, um Bilder mit denselben relativen Positionen wie die Eingangsöffnungen des optischen Systems zu erzeugen. Die Ausgänge der optischen Systeme werden dann durch eine weitere optische Vorrichtung, die im Allgemeinen eine Linse ist, so wieder zusammengefügt, dass sie einander überlappen.
• Obwohl Systeme dieses Typs einen Ausgangslichtstrahl mit einer im Wesentlichen ebenen Intensitätsverteilung in einer Bildebene der Beleuchtungsquelle erzeugen können, können sie die optische Ausdehnung, d. h. das Produkt aus der Fläche der Lichtquelle und dem strahlenden Raumwinkel nicht verändern.
• Systeme, die die optische Ausdehnung ändern oder neu verteilen können, sind in den folgenden Patenten offenbart: GB 2.125.983 , GB 1.391.677 , GB 1.353.739 , EP 0 660 158 , EP 0 527 084 , EP 0 493 365 , EP 0 395 156 , EP 0 343 729 , EP 0 201 306 , WO 96/41224, WO 95/18984, WO 95/00865, US 5.463.497 und US 5.005.969 .
• Die Patente US 5.662.401 und US 5.418.593 offenbaren jeweils ein optisches System zum Beleuchten eines räumlichen Lichtmodulators. Das optische System verteilt die Ausdehnung der Lichtquelle neu, um die Gleichförmigkeit der Beleuchtung des räumlichen Lichtmodulators zu verbessern. Die optischen Systeme, die in diesen Dokumenten offenbart sind, enthalten zwei Matrizen aus Brechungslinsen.
• Das Patent EP 0 740 169 offenbart ein Projektionsanzeigegerät mit einer Lichtquelle und einem räumlichen Lichtmodulator, der als Lichtventil wirkt. Ein optisches System lenkt Licht auf den Modulator und enthält mehrere in Querrichtung getrennte optische Untersysteme mit Eingangsöffnungen.
• Gemäß der Erfindung wird ein Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät geschaffen mit einer Lichtquelle, einem räumlichen Lichtmodulator, einem optischen System zum Lenken von Licht von der Lichtquelle auf den räumlichen Lichtmodulator und einer Blende, wobei der räumliche Lichtmodulator so beschaffen ist, dass er moduliertes Licht für die Projektion durch die Blende lenkt, und wobei die Blende so beschaffen ist, dass sie nicht moduliertes Licht blockiert, um seine Projektion zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System versehen ist mit: mehreren in Querrichtung getrennten optischen Untersystemen, wovon jedes eine Eingangsöffnung besitzt und so beschaffen ist, dass es Licht von der Lichtquelle abbildet, wobei die Untersysteme eine räumliche Verteilung von Quellenbildern erzeugen, deren relative Positionen von den relativen Positionen der Eingangsöffnungen verschieden sind; und mehreren Reflektoren, die an den relativen Positionen der Quellenbilder angeordnet sind und die Blende bilden, wobei jeder der Reflektoren so orientiert ist, dass er Licht von einem entsprechenden der Untersysteme auf den räumlichen Lichtmodulator reflektiert, so dass die Lichtverteilungen von den Untersystemen bei dem räumlichen Lichtmodulator gegenseitig überlappen.
• Ein optisches "Dunkelfeld"-System ist ein optisches System, das normalerweise dunkel erscheint. Lediglich die Bereiche des optischen Systems, die Licht hinter einer Kante (oder einer "Blende") streuen oder brechen, erscheinen hell. Wenn z. B. das optische System, das in 12 gezeigt ist, im ausgeschalteten Zustand ist (d. h., wenn die LCD-Platte 7 nicht im Beugungszustand ist), wirkt die LCD-Platte als ein Spiegel. Licht von der Lampe 1, das auf der LCD-Platte 7 auftrifft, wird zurück zur Lampe und nicht zu der Projektionslinse 17 reflektiert, so dass die Projektionslinse ein dunkles Feld sieht. Licht wird lediglich dann zu der Projektionslinse 17 gelenkt, wenn die LCD-Platte 7 im Beugungszustand ist (d. h., wenn das optische System im eingeschalteten Zustand ist), so dass Licht hinter der zweiten Matrix aus Reflektoren 4 durch die LCD-Platte 7 zu der Projektionslinse 17 gebeugt wird.
• Die Reflektoren können zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und einer Projektionsoptik angeordnet sein, um durch den räumlichen Lichtmodulator abgelenktes Licht zu empfangen.
• Eine Feldlinse kann zwischen den Reflektoren und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet sein.
• Jeder der Reflektoren kann Abbildungsmittel enthalten oder ihnen zugeordnet sein, um bei dem räumlichen Lichtmodulator überlappende Bilder der Eingangsöffnungen zu erzeugen.
• Die überlappenden Bilder können im Wesentlichen einander überlagert sein.
• Jeder Reflektor kann einen ebenen Reflektor aufweisen und kann einer Bilderzeugungsvorrichtung zugeordnet sein. Jede Bilderzeugungsvorrichtung kann eine konvexe Linse sein.
• Jede Lichtablenkungsvorrichtung kann einen konkaven Reflektor aufweisen. Jeder Reflektor kann einen Spiegel aufweisen, dessen reflektierende Oberfläche die Form eines Paraboloidabschnitts hat.
• Die Eingangsöffnungen können als zweidimensionale Matrix angeordnet sein und die räumliche Verteilung der Quellenbilder kann eine eindimensionale Matrix enthalten.
• Jedes Untersystem kann ein optisches Abbildungselement enthalten. Jedes Abbildungselement kann eine konvexe Linse enthalten. Die konvexen Linsen können relativ zueinander verlagerte Abschnitte einer Fresnel-Linse enthalten. Als eine Alternative können die konvexen Linsen eine Matrix aus Mikrolinsen enthalten. Die Mikrolinsen können rechtwinklige Öffnungen haben.
• Die Lichtquelle kann einen Lichtsender und einen konkaven Reflektor enthalten und das optische Abbildungselement kann relativ zueinander verlagerte Abschnitte des konkaven Reflektors enthalten. Der Reflektor kann ellipsoidförmig sein.
• Es ist dadurch möglich, ein Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät zu schaffen, das ein kompaktes optisches System besitzt und eine im Wesentlichen gleichförmige Beleuchtungsintensität bei dem räumlichen Lichtmodulator aufweist. Es kann außerdem im Vergleich zu bekannten Projektionssystemen mittels der Modifikation der optischen Ausdehnung eine größere Bildhelligkeit auf einem Bildschirm des Projektionssystems geschaffen werden.
• Die Erfindung wird im Weiteren lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
• 1 eine Darstellung ist, die ein Anzeigegerät erläutert, das eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 2 eine Schnittansicht einer Einzelheit von 1 im größeren Maßstab ist;
• 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform von 1 ist, die graphische Darstellungen enthalten, die Intensitätsverteilungen erläutern;
• 4 eine Darstellung ist, die ein Anzeigegerät erläutert, das eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 5 eine der 3 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine dritte Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 6 eine der 1 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine vierte Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 7 Intensitätsverteilungen in der Ausführungsform von 6 erläutert;
• 8 eine der 1 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine fünfte Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 9 eine der 1 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine sechste Ausführungsform der Erfindung bildet;
• 10 eine Darstellung ist, die erläutert, wie die Orientierung eines Spiegels in den verschiedenen Ausführungsformen bestimmt werden kann;
• 11 eine der 1 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine siebte Ausführungsform der Erfindung bildet; und
• 12 eine der 1 ähnliche Ansicht eines Anzeigegeräts ist, das eine achte Ausführungsform der Erfindung bildet.
• In sämtlichen Zeichnungen werden gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
• Das Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät, das in den 1 bis 3 gezeigt ist, enthält eine Lichtquelle in Form einer Lampe 1, wie etwa eine Lichtbogenlampe, und einen Parabolreflektor 2. Die Lichtquelle erzeugt einen im Wesentlichen gebündelten Strahl, der auf eine geteilte Fresnel-Linse 3 auftrifft. Die Linse 3 enthält zwei halbkugelförmige Hälften 3a und 3b, wobei die Halblinse 3a in Bezug auf die Halblinse 3b vertikal nach oben verlagert ist.
• Die Halblinsen 3a und 3b erzeugen Bilder der Lichtquelle in einem Lichtabbildungs- und -kombinierungssystem 4 in Form von zwei Würfeln 5 mit verspiegelten Ecken und Mikrolinsen 6. Wie in 2 gezeigt ist, enthält bei jedem Würfel 5 mit verspiegelten Ecken eine Hälfte des Würfels ein durchlässiges Material, wie etwa Glas oder Kunststoff, mit einer geneigten Oberfläche 5b, die z. B. durch Versilbern reflektionsfähig gemacht ist. Licht von der geteilten Linse 3 trifft auf eine Oberfläche 5a auf, durch die es hindurchgeht, und wird an der versilberten Oberfläche 5b reflektiert. Die Mikrolinse 6 ist an der Ausgangsoberfläche 5c des Würfels 5 mit verspiegelten Ecken gebildet.
• Die Bilder der Lichtquelle 1, 2, die durch die Halblinsen 3a, 3b erzeugt werden, sind an den entsprechenden Würfeln 5 mit verspiegelten Ecken und insbesondere an den reflektierenden Oberflächen 5b angeordnet. Die Mikrolinsen 6 erzeugen ihrerseits Bilder der Öffnungen der Halblinsen 3a und 3b über eine Feldlinse 16 auf einem räumlichen Lichtmodulator (SLM) 7. Die Bilder überlappen, wie am Bezugszeichen 8 gezeigt ist. Licht von Bildelementen (Pixeln) des SLM, das selektiv z. B. durch Reflexion oder Brechung abgelenkt wird, wird zu einer Projektionslinse 17 gelenkt, die ein Bild, das an den SLM 17 gelieferten Bilddaten entspricht, auf einen Front- oder Rückprojektionsschirm (nicht gezeigt) projiziert.
• Die geteilte Linse 3 bildet mehrere optische Untersysteme und zwar die Halblinsen 3a und 3b. Jedes Untersystem 3a, 3b besitzt eine Eingangsöffnung, die in dieser Ausführungsform die Form der Halblinse in ihrer optischen Ebene aufweist, und bildet Licht von der Lichtquelle ab, um Quellenbilder an der Oberfläche 5b des entsprechenden Würfels 5 mit verspiegelten Ecken zu erzeugen. Die Untersysteme (Halblinsen 3a, 3b) bilden eine räumliche Verteilung (die vertikal beabstandet ist) der Quellenbilder, deren relativen Position von den relativen Positionen (die horizontal beabstandet sind) der Eingangsöffnungen verschieden sind.
• Die Lichtquelle 1, 2 erzeugt eine Intensitätsverteilung, die in 3 mit dem Bezugszeichen 9 gezeigt ist. Der Ausgangsstrahl der Lichtquelle 1, 2 ist im Wesentlichen gebündelt und enthält einen zylindrischen Lichtstrahl mit zylindersymmetrischer Intensitätsverteilung. Die Lampe 1 verdunkelt teilweise Licht, da z. B. eine Elektrode 1a zwischen der Lampe 1 und der geteilten Linse 3 angeordnet ist. Folglich besitzt die Lichtverteilung einen ringförmigen Spitzenwert und ist im Zentrum oder an der Achse der Lichtquelle und zum Rand des Ausgangsstrahls hin verringert.
• Die beiden Halblinsen 3a und 3b teilen die Ausdehnung der Lichtquelle 1, 2 in zwei Strahlen, die durch die beiden Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und die Mikrolinsen 6 einzeln an dem SLM 7 abgebildet werden. Die resultierenden Bilder überlappen und können sich einander im Wesentlichen überlagern, wie in den 1 und 3 gezeigt ist. Als eine Folge der kohärenten Mischung der durch die Mikrolinsen erzeugten Bilder besitzt die Beleuchtung eine im Wesentlichen homogenere oder gleichförmigere Intensitätsverteilung, die in 3 beim Bezugszeichen 10 dargestellt ist. Ferner wird die Ausdehnung der Lichtquelle 1, 2 modifiziert, um eine Ausdehnung an dem SLM 7 zu schaffen, die in einer Dimension verringert und in der orthogonalen Dimension vergrößert ist.
• Die Beleuchtung kann deswegen stärker "eindimensional" gemacht werden und ist für die Beleuchtung z. B. von SLMs des im Patent EP 0 811 872 offenbarten Typs besonders geeignet. Im Einzelnen können die Anzeigehelligkeit und das Kontrastverhältnis verbessert werden und die bessere Gleichförmigkeit der Intensitätsverteilung schafft ein gleichmäßiger beleuchtetes Bild.
• 4 erläutert ein Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät, das sich von dem in den 1 bis 3 gezeigten Gerät dadurch unterscheidet, dass der Reflektor 2 eine Ellipsoidform aufweist, zylindrische Linsen 18 und 19 zwischen der Lichtquelle 1, 2 und der geteilten Linse 3 angeordnet sind und das Lichtkombinierungssystem 4 einen Spiegel mit geteilter Ebene aufweist. Licht von der Lampe 1 und vom Reflektor 2 wird durch die zylindrischen Bündelungslinsen 18 und 19 gebündelt. Die Brennweite f' der Linse 19 ist gleich der doppelten Brennweite f der Linse 18. Jede der Linsen 18 und 19 ändert die Divergenz in einer Dimension bei einer entsprechenden Änderung der Bildgröße in dieser Dimension. Das gleicht die Divergenz der Lichtquelle aus und ermöglicht, dass ein gleichförmiger Beleuchtungskegel erzeugt wird. Das hat den Effekt, dass ein ovales Bild der kreisförmigen Quelle erzeugt wird, wenn eine Abbildung durch die Fresnel-Linse 3 erfolgt. Ein Versetzen der durch die Linsenhälften erzeugten Bilder hat zwei Bilder zur Folge, deren Ausdehnungen in der horizontalen Richtung um etwa die Hälfte verringert sind. Der geteilte Spiegel 4 an der Bildebene stellt die Richtung der optischen Ausbreitung von diesen beiden Bildern ein und erzeugt über die Feldlinse 16 einen nahezu gleichförmigen Beleuchtungsbereich an dem SLM 7.
• Das in 5 gezeigte Anzeigegerät unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 gezeigten Gerät dahingehend, dass die Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und die Mikrolinsen 6 durch eine Matrix aus zur Achse versetzt angeordneten Parabolspiegeln 11 ersetzt sind, die das Lichtabbildungs- und Kombinierungssystem bilden. Die Matrix enthält zwei Spiegel 11 zum Abbilden der zwei Halblinsen 3a und 3b der geteilten Fresnel-Linse 3. Jeder Spiegel 11 führt die Ablenkungs- und Abbildungsfunktion von einem der Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und von einer der Mikrolinsen 6 aus.
• 6 erläutert ein Anzeigegerät, das sich von dem in der 1 gezeigten Gerät dahingehend unterscheidet, dass die Fresnel-Linse 3 in vier Quadranten 3c, 3d, 3e, 3f geteilt ist, die relativ zueinander verschoben oder verlagert sind, um vier Lichtflecken zu bilden, die entsprechende Bilder der Lichtquelle 1, 2 bei unterschiedlichen Höhen enthalten. Das System 4 enthält außerdem vier Würfel mit verspiegelten Ecken und Mikrolinsen, derart, dass die vier Lichtflecken 22 jeweils an der reflektierenden Oberfläche 5b der vier Würfel 5 mit verspiegelten Ecken erzeugt werden.
• 7 erläutert am Bezugszeichen 9 eine herkömmliche Intensitätsverteilung, die z. B. durch die Lichtquelle 1, 2 allein erzeugt werden würde. Wie über der Verteilung 9 gezeigt ist, wird die SLM-Platte 7, z. B. ein räumlicher Flüssigkristall-Lichtmodulator durch einen Strahl 15 beleuchtet, der wesentlich größer ist als die Platte 7. Somit geht eine bedeutende Menge Licht verloren und das stellt eine ineffektive Ausnutzung des von einer herkömmlichen Lichtquelle erzeugten Lichts dar. Die vier Intensitätsprofile 8 der überlappten Quadranten sind in 7 über der Intensitätsverteilung 10 dargestellt, die an dem SLM 7 des in 6 erläuterten Anzeigegeräts erzeugt wird. Die Intensitätsverteilung ist sehr gleichförmig und liegt nahe bei der idealen Verteilung, die eine flache Oberseite mit vertikalen Kanten umfasst. Diese Anordnung ermöglicht, dass ein quadratisches oder rechteckiges Profil erreicht werden kann, das der Größe der Platte 7 entspricht, um Licht von der Lichtquelle 1, 2 effektiv zu nutzen.
• Das Anzeigegerät, das in 8 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Gerät dahingehend, dass die geteilte Fresnel-Linse 3 weggelassen ist und der Parabolreflektor 2 durch einen geteilten ellipsoidförmigen Reflektor 2 ersetzt ist. Der Reflektor 2 ist in zwei Abschnitte 2a und 2b geteilt, kann jedoch in jede gewünschte Anzahl von Abschnitten gemäß der benötigten Anzahl optischer Untersysteme geteilt sein. Die Abschnitte 2a und 2b können zueinander vertikal verlagert sein oder können um eine horizontale Achse durch den Brennpunkt, in dem die Lampe 1 angeordnet ist, in Winkelrichtung verlagert sein. Die Abschnitte 2a und 2b bilden zwei optische Untersysteme, die Bilder der Lichtquelle 1, 2 mit einer räumlichen Verteilung erzeugen, die von derjenigen der Eingangsöffnungen der Untersysteme verschieden sind, die effektiv die Ausgangsöffnungen der Spiegelabschnitte 2a und 2b sind.
• Jeder der Abschnitte 2a, 2b führt die kombinierte Funktion von Aufnehmen von Licht von der Lampe 1 und Abbilden des Lichts auf die reflektierende Oberfläche des entsprechenden Würfels mit verspiegelten Ecken aus. Ansonsten arbeitet das Anzeigegerät, das in 8 gezeigt ist, in der gleichen Weise wie das in 1 gezeigte Gerät.
• 9 veranschaulicht ein Anzeigegerät, das sich von dem in Fig. gezeigten Gerät dahingehend unterscheidet, dass die geteilte Fresnel-Linse 3 durch eine Matrix 3' aus Mikrolinsen mit rechtwinkligen Öffnungen ersetzt ist. Jede der Mikrolinsen bildet die Lichtquelle 1, 2 auf einen entsprechenden Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und eine Mikrolinse 6 des Systems 4 ab, die ihrerseits die rechtwinklige Öffnung der Mikrolinse der Matrix 3 über die Feldlinse 16 auf den SLM 7 abbildet.
• 10 veranschaulicht die Geometrie, die beim korrekten Ausrichten der reflektierenden Oberfläche 5b oder des Spiegels des Würfels 5 mit verspiegelten Ecken beteiligt ist. Damit der Spiegel korrekt ausgerichtet wird, müssen die Winkel Θ(x) und Θ(z) des Normalvektors n mit den Komponenten (x_n, y_n, z_n) bestimmt werden. Die Komponenten und Winkel werden in Bezug auf ein dreidimensionales Cartesisches Koordinatensystem (x, y, z) gemessen.
• Die Spiegelnormale ist definiert durch: n = (1/2)·{a – c + (b – c)·|a – c|/|b – c|}
• Die Komponenten (x_n, y_n, z_n) können dann verwendet werden, um die Winkel in der folgenden Weise zu bestimmen: Θ(z) = a tan (zn/(xn 2 + yn 2)1/2)wobei die Vektoren a, b, c, d in der folgenden Weise definiert sind:

a

= (a1, a2, a3) repräsentiert den Vektor in der Mitte des rechtwinkligen Abschnitts der Linse;

b

= (b1, 0,) repräsentiert den Vektor in der Mitte der Vorrichtung;

c

= (d1, d2 – F, d3) repräsentiert den Vektor in der Mitte des Spiegels; und

d

= (d1, d2, d3) repräsentiert den Vektor in der optischen Mitte des Linsenabschnitts.

• Die Brennweite f_m der Mikrolinse, die an dem Würfel mit verspiegelten Ecken angebracht ist, kann dann aus dem folgenden Ausdruck berechnet werden: 1/fm = (1/F) + (1/L)wobei F die Brennweite der Mikrolinsen der Matrix 3 ist und L ist der Abstand zwischen der Spiegelebene und der Vorrichtungsebene.
• Mit den folgenden, in Millimetern angegebenen Werten a = (7,5, 70, 13,25) b = (0, 60, 0) c = (0, 0, 7,5)
  F = 70
  L = 60
  werden z. B. die folgenden Werte berechnet:
  Θ(z) = 38,7°
  Θ(x) = –2,6°
  f_m = 32,3 mm
• Die oben beschriebenen Anzeigegeräte weisen die Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und die Mikrolinsen 6 oder die Parabolspiegel 11, die als eindimensionale Matrizen angeordnet sind, auf. Es sind jedoch andere Anordnungen möglich und 11 veranschaulicht ein Anzeigegerät, das sich von dem in 9 gezeigten Gerät dahingehend unterscheidet, dass die Würfel 5 mit verspiegelten Ecken und die Mikrolinsen 6 als eine zweidimensionale Matrix angeordnet sind, die das Lichtabbildungs- und -kombinierungssystem 4 bildet.
• 12 veranschaulicht ein Anzeigegerät, das eine Matrix 3' aus Mikrolinsen mit rechtwinkligen Öffnungen verwendet, wie in 11 gezeigt ist. Das Anzeigegerät von 12 unterscheidet sich jedoch von dem in 11 gezeigten Gerät dahingehend, dass die Anzahl der Mikrolinsen größer ist und das System eine zweidimensionale Matrix aus zur Achse versetzten Parabolspiegeln auf weist.
• Es ist somit möglich, ein Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät zu schaffen, das im Wesentlichen eine verbesserte Gleichförmigkeit der Bildbeleuchtung aufweist. Die Beleuchtung kann einer Größe der SLM-Platte genau angepasst werden. Die Beleuchtung kann z. B. in stärkerem Maße eindimensional gemacht werden, indem die Ausdehnung in der geeigneten Richtung verringert wird, um die Leistungsfähigkeit der Anzeigegeräte zu verbessern, die eine eindimensionale Beleuchtung erfordern. Bei SLMs mit zweidimensionalen Öffnungen, die eine gleichmäßige Beleuchtung erfordern, kann die Beleuchtung der Form und der Größe des SLM genauer angepasst werden, um die Menge des Lichts, das am Umfang des SLM verschwendet wird, zu verringern. Somit kann zusätzlich zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Beleuchtung eine stärkere Helligkeit der Anzeige erreicht werden.

Claims (17)

1. Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät, mit einer Lichtquelle (1, 2), einem räumlichen Lichtmodulator (7), einem optischen System (3, 4) zum Lenken von Licht von der Lichtquelle (1, 2) auf den räumlichen Lichtmodulator (7) und einer Blende (4, 5, 11), wobei der räumliche Lichtmodulator (7) so beschaffen ist, dass er moduliertes Licht für die Projektion durch die Blende (4, 5, 11) lenkt, und wobei die Blende (4, 5, 11) so beschaffen ist, dass sie nicht moduliertes Licht blockiert, um seine Projektion zu verhindern, wobei das optische System (3, 4) versehen ist mit: mehreren in Querrichtung getrennten optischen Untersystemen (2a, 2b, 3a-3f), wovon jedes eine Eingangsöffnung besitzt und so beschaffen ist, dass es Licht von der Lichtquelle (1, 2) abbildet, wobei die Untersysteme (2a, 2b, 3a-3f) eine räumliche Verteilung von Bildern der Lichtquelle (22) erzeugen, deren relative Positionen von den relativen Positionen der Eingangsöffnungen verschieden sind; und mehreren Reflektoren (4, 5, 11), die an den relativen Positionen der Bilder der Lichtquelle (22) angeordnet sind und die Blende bilden, wobei jeder der Reflektoren (4, 5, 11) so orientiert ist, dass er Licht von einem entsprechenden der Untersysteme (2a, 2b, 3a-3f) auf den räumlichen Lichtmodulator (7) reflektiert, so dass die Lichtverteilungen (8) von den Untersystemen (2a, 2b, 3a-3f) bei dem räumlichen Lichtmodulator (7) gegenseitig überlappen.
2. Anzeigegerät nach Anspruch 1, bei der die Reflektoren (4, 5, 11) zwischen dem räumlichen Lichtmodulator (7) und einer Projektionsoptik (17) angeordnet sind, die durch den räumlichen Lichtmodulator (7) abgelenktes Licht empfängt.
3. Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen den Reflektoren (4, 5, 11) und dem räumlichen Lichtmodulator (7) eine Feldlinse (16) angeordnet ist.
4. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in jedem der Reflektoren (4, 5, 11) Abbildungsmittel (6, 11) enthalten oder ihm zugeordnet sind, um bei dem räumlichen Lichtmodulator (7) überlappende Bilder (8) der Eingangsöffnungen zu erzeugen.
5. Anzeigegerät nach Anspruch 4, bei der die überlappenden Bilder (8) im Wesentlichen einander überlagert sind.
6. Anzeigegerät nach Anspruch 4 oder 5, bei der jeder Reflektor einen ebenen Reflektor (5) aufweist und einer Bilderzeugungsvorrichtung (6) zugeordnet ist.
7. Anzeigegerät nach Anspruch 6, bei der die Bilderzeugungsvorrichtung (6) eine konvexe Linse ist.
8. Anzeigegerät nach Anspruch 4 oder 5, bei der jeder Reflektor einen konkaven Reflektor (11) aufweist.
9. Anzeigegerät nach Anspruch 8, bei der jeder Reflektor einen Spiegel (11) aufweist, dessen reflektierende Oberfläche die Form eines Paraboloidabschnitts hat.
10. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Eingangsöffnungen als zweidimensionale Matrix angeordnet sind und die räumliche Verteilung der Quellenbilder eine eindimensionale Matrix enthält.
11. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes Untersystem ein optisches Abbildungselement (2a, 2b, 3a-3f) enthält.
12. Anzeigegerät nach Anspruch 11, bei der jedes der Abbildungselemente eine konvexe Linse (3a-3f) enthält.
13. Anzeigegerät nach Anspruch 12, bei der die konvexen Linsen relativ zueinander verlagerte Abschnitte (3a-3f) einer Fresnel-Linse (3) enthalten.
14. Anzeigegerät nach Anspruch 12, bei der die konvexen Linsen eine Matrix (3') aus Mikrolinsen enthalten.
15. Anzeigegerät nach Anspruch 14, bei der die Mikrolinsen rechtwinklige Öffnungen haben.
16. Anzeigegerät nach Anspruch 11, bei der die Lichtquelle (1, 2) einen Lichtsender (1) und einen konkaven Reflektor (2) enthält und die optischen Abbildungselemente relativ zueinander verlagerte Abschnitte (2a, 2b) des konkaven Reflektors (2) enthalten.
17. Anzeigegerät nach Anspruch 16, bei der der Reflektor (2)