DE19907345B4

DE19907345B4 - Device for displaying an image that can be represented as a raster of pixels on a screen

Info

Publication number: DE19907345B4
Application number: DE1999107345
Authority: DE
Inventors: Eberhard Piehler
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 1999-02-20
Filing date: 1999-02-20
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-02-21
Also published as: DE19907345A1

Abstract

Vorrichtung zum Abbilden eines als Raster von Bildpunkten darstellbaren Bildes auf einen Schirm (60), mit einer beleuchtbaren Spiegelelementmatrix (2), deren einzelne Spiegelelemente mittels einer Steuereinrichtung derart einstellbar sind, daß die von den Spiegelelementen reflektierten Lichtbündel das Bild erzeugen, sowie mit einer Projektionsoptik (6) zum Projizieren des erzeugten Bildes auf den Schirm (60), dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik eine eingangsseitige erste Stufe (10) mit einer ersten optischen Achse (8) und eine ausgangsseitige zweite Stufe (12) mit einer zweiten optischen Achse (16) aufweist, daß die Spiegelelementmatrix (2) dezentral zur optischen Achse (8) der ersten Stufe (10) liegt und daß eine Anordnung (14) zum Zentrieren zwischen den beiden Stufen (10, 12) vorgesehen ist, durch die das durch die Spiegelelementmatrix (2) erzeugte Bild in der zweiten Stufe (12) zentral zur zweiten optischen Achse (16) ist.Device for imaging an image that can be represented as a raster of pixels on a screen (60), with an illuminable mirror element matrix (2), the individual mirror elements of which can be adjusted by means of a control device in such a way that the light bundles reflected by the mirror elements generate the image, and with projection optics (6) for projecting the generated image onto the screen (60), characterized in that the projection optics have an input-side first stage (10) with a first optical axis (8) and an output-side second stage (12) with a second optical axis ( 16) has that the mirror element matrix (2) is decentral to the optical axis (8) of the first stage (10) and that an arrangement (14) for centering between the two stages (10, 12) is provided, through which the Mirror element matrix (2) generated image in the second stage (12) is central to the second optical axis (16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abbilden eines als Raster von Bildpunkten darstellbaren Bildes auf einem Schirm, mit einer beleuchtbaren Spiegelelementmatrix, deren einzelne Spiegelelemente mittels einer Steuereinrichtung derart einstellbar sind, daß die von den Spiegelelementen reflektierten Lichtbündel das Bild erzeugen, sowie mit einer Projektionsoptik zum Projizieren des erzeugten Bildes auf den Schirm.The invention relates to a Device for imaging a displayable as a raster of pixels Image on a screen, with an illuminable mirror element matrix, the individual mirror elements of this type by means of a control device are adjustable that the Beams of light reflected from the mirror elements produce the image, as well with projection optics for projecting the generated image on the screen.

Als Beispiele für Spiegelelementmatrixen sind vor allem Kippspiegelmatrixen oder LCD-Matrixen mit Aufprojektion zu nennen, bei denen ein Raster von getrennt ansteuerbaren, in einer Matrix angeordneten Bildelementen zur Bilddarstellung vorgesehen ist. Die LCD-Matrixen mit Aufprojektion bestehen im wesentlichen aus einer Spiegelfläche und einer darüberliegenden LCD-Matrix, mit der die einzelnen Bildelemente ansteuerbar sind.Examples include mirror element arrays especially tilting mirror matrices or LCD matrices with front projection to name, in which a grid of separately controllable, in a Matrix elements arranged for matrix display are provided is. The LCD matrixes with front projection essentially consist of a mirror surface and one above LCD matrix with which the individual picture elements can be controlled.

Die in diesem technischen Gebiet auch eingesetzte Kippspiegelmatrix besteht aus einer Vielzahl kleiner, kippbarer Spiegel, die als Raster in Reihen und Spalten angeordnet sind. Eine derartige Matrix ist beispielsweise unter dem Namen „DMD-Matrix" von der Firma Texas Instruments erhältlich. Die Abkürzung DMD steht für Digital Mirror Device, also digitale Spiegeleinrichtung. Wie schon aus dem Wort „digital" hervorgeht, werden dabei die Spiegel digital in zwei unterschiedliche Zustände geschaltet.Those in this technical field the tilting mirror matrix used also consists of a large number of small, tiltable mirror, arranged as a grid in rows and columns are. Such a matrix is, for example, under the name “DMD matrix” from Texas Instruments available. The abbreviation DMD stands for Digital mirror device. How nice emerges from the word "digital" the mirrors are switched digitally into two different states.

Je nach den beiden digital einstellbaren Zuständen der einzelnen als Spiegelelement vorgesehenen Kippspiegel in der Kippspiegelmatrix wird ein auf den Spiegel fallendes Lichtbündel in eine erste oder zweite Richtung abgelenkt. Werden dann die bei Einstellung eines Zustandes in eine der beiden Richtungen reflektierten Lichtstrahlen ausgeblendet, in den anderen Zustand jedoch als Bildpunkt sichtbar gemacht, dann erscheint der entsprechende Kippspiegel bei Vorliegen des ersten Zustands dunkel, bei Vorliegen des anderen Zustands dagegen hell.Depending on the two digitally adjustable states of the individual tilt mirrors provided as a mirror element in the Tilting mirror matrix becomes a beam of light falling on the mirror in deflected a first or second direction. Then when they are hired a state of light rays reflected in one of the two directions hidden, but visible in the other state as a pixel done, the corresponding tilting mirror appears if it is present of the first state is dark, but if the other state is present, it is bright.

Wie beispielsweise von Pixeigrafiken in der Computertechnik bekannt ist, lassen sich Bilder durch ein Raster aus schwarzen und weißen Bildpunkten darstellen. Eine derartige Ansteuerung der einzelnen Kippspiegel der Kippspiegelmatrix läßt sich auch bei dieser Technik, beispielsweise zum Erzeugen von Grafiken, einsetzen.Like pixel graphics, for example is known in computer technology, images can be a grid made of black and white Represent pixels. Such control of the individual The tilting mirror of the tilting mirror matrix can also be used with this technique, for example to create graphics.

Das Potential dieser Kippspiegelmatrixen zu Bilddarstellung ist aber noch weitaus größer als ein einfaches Schalten in den Dunkel- oder den Hellzustand. Bei schnellem Hin- und Herschalten eines Spiegels durch Ansteuerung über einen digitalen Pulszug, mittelt das Auge eines das Bild betrachtenden Beobachters die momentanen Helligkeitswerte, so daß dann ein Grauwert für jeden Bildpunkt erfaßt wird, der dem Hell/Dunkeltastverhältnis des den Kippspiegel für diesen Bildpunkt ansteuernden Pulszugs proportional ist.The potential of these tilting mirror matrices image display is much larger than simply switching in the dark or light state. With quick switching back and forth a mirror by control via a digital pulse train, the eye of an observer looking at the image averages the current ones Brightness values so that then a gray value for captured every pixel which corresponds to the light / dark duty cycle of the tilting mirror for this Pixel driving pulse train is proportional.

Auch Farbbilder sind in ähnlicher Weise, wie es aus der Farbfernsehtechnik bekannt ist, möglich, indem beispielsweise drei Kippspiegelmatrixen mit unterschiedlich farbigem Licht beleuchtet werden, die als Bildinhalt mit der Information der Farbauszüge der jeweiligen Farbe des Beleuchtungslichts angesteuert werden. Die drei Farbauszüge werden dabei auf dem Bildschirm übereinanderprojiziert.Color images are also similar Way, as is known from color television technology, possible by For example, three tilting mirror matrices with different colors Light will be illuminated as image content with the information the color separations the respective color of the illuminating light can be controlled. The three color separations are projected on top of each other on the screen.

Bei einem anderen Verfahren werden die drei Farbauszüge sequentiell auf einer einzigen Kippspiegelmatrix erzeugt, wobei die Kippspiegelmatrix schnell hintereinander, synchron zu dem eingestellten Farbauszug mit entsprechendem farbigem Licht beleuchtet wird, so daß alle Farbauszüge aufgrund der Trägheit des Auges eines Beobachters gemittelt und jeder Bildpunkt bezüglich Farbe und Helligkeit als unterschiedlich farbiges Mischlicht wahrgenommen wird.In another procedure the three color separations generated sequentially on a single tilting mirror matrix, where the tilting mirror matrix in quick succession, synchronized to the set one Color separation is illuminated with appropriate colored light, so that all color separations because of the sluggishness of the eye of an observer averaged and each pixel with respect to color and brightness perceived as mixed-color mixed light becomes.

Ein derartiger Projektor ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster mit dem amtlichen Aktenzeichen 298 07 683 detailliert beschrieben worden. Das von der Kippspiegelmatrix reflektierte Licht wird dabei nach einer sequentiellen Farbbilderzeugung mittels einer Projektionsoptik zur Bilddarstellung auf einen Schirm geworfen.Such a projector is for example in the German utility model with the official file number 298 07 683 has been described in detail. That from the tilting mirror matrix reflected light is generated after a sequential color image generation by means of projection optics for image display on a screen thrown.

Die Anordnung der Spiegelelementmatrix, insbesondere der Kippspiegelmatrix, bezüglich der Eintrittspupille der Projektionsoptik ist bei dieser Technik durch mehrere Bedingungen festgelegt. So ist nur ein begrenzter Kippwinkel für jeden Spiegel möglich. Deshalb sollte die Projektionsoptik für einen hohen Kontrast zwischen Hell und Dunkel in Abhängigkeit von den eingestellten Zuständen nur einen geringen Winkelbereich des von der Spiegelelementmatrix kommenden Lichts erfassen. Andererseits soll möglichst viel Licht auf den Bildschirm gelangen, um eine ausreichende Lichtstärke für die Großprojektion sicherzustellen, was einen kleinen Abstand zwischen Spiegelelementmatrix und Projektionsoptik und damit große Aperturen erfordert. Weiter sollte der Abstand zwischen Spiegelelementmatrix und Projektionsoptik auch deswegen sehr groß sein, damit ausreichend viel Licht von einer Beleuchtungsoptik auf die Spiegelelementmatrix gelangen kann.The arrangement of the mirror element matrix, especially the tilting mirror matrix, with respect to the entrance pupil The projection optics in this technique is subject to several conditions established. So there is only a limited tilt angle for everyone Mirror possible. Therefore, the projection optics for a high contrast between Light and dark depending from the set states only a small angular range of that of the mirror element matrix detect upcoming light. On the other hand, as much light as possible should be on the screen to ensure sufficient light intensity for the large projection which is a small distance between the mirror element matrix and the projection optics and therefore great Apertures required. Next should be the distance between the mirror element matrix and projection optics should also be very large, so enough Light from an illumination optics reach the mirror element matrix can.

Alle diese Forderungen werden momentan nach Ansicht der Fachleute dadurch erfüllt, daß die Spiegelelementmatrix am günstigsten dezentral zur optischen Achse der Projektionsoptik angeordnet wird. Das bedeutet aber auch, daß das auf den Schirm projizierte Bild bei üblichen Projektionsoptiken dezentral zur optischen Achse liegt.All of these demands are current in the opinion of the experts in that the mirror element matrix the cheapest is arranged decentrally to the optical axis of the projection optics. But that also means that Image projected onto the screen with conventional projection optics is decentral to the optical axis.

Aufgrund dieser Eigenschaft muß man aber mit einem großen Aufwand für die Projektionsoptik rechnen, insbesondere zur Kompensation von Bildfehlern, da eine lineare Abbildung in großen Entfernungen von der optischen Achse bei sphärisch geschliffenen Linsen bekanntermaßen nur mit einem großen Aufwand möglich ist oder sogar für unmöglich gehalten wird.Because of this property, one has to reckon with a great deal of effort for the projection optics, in particular for the compensation of image errors, since a linear imaging at large distances from As is known, the optical axis in spherically ground lenses is only possible with great effort or is even considered impossible.

Besonders nachteilig ist die dezentrale Lage des Bildes jedoch bei dem Einsatz der genannten Technik für die Rückprojektion, bei der man kleine Baugrößen wünscht, um beispielsweise ein kompaktes, flaches Videogerät für den Konsumerbereich zu schaffen. Diese Forderung ist aber nur schwer einzuhalten, da nur ein geringen Teil des Projektionsobjektivs zur Abbildung ausgenutzt wird. Liegt nämlich die Spiegelelementmatrix vollständig von der optischen Achse entfernt, wird nur die Hälfte des durch die Projektionsoptik möglichen Bildfelds ausgenutzt, was wiederum heißt, man muß den Abstand zwischen Projektionsoptik und Schirm bei ansonsten gleichen Bedingungen verdoppeln, um die gleiche Bildgröße zu erzielen wie bei einer zentralen Spiegelelementmatrix. Diese Baugröße könnte man zwar mit einem gefalteten Strahlengang verringern, es würde aber große Spiegel sowie aufwendige Spiegeljustierungen erforderlich machen, ein Aufwand, der schon aus Kostengründen, beispielsweise für Videogeräte im Konsumerbereich, vermieden werden sollte.The decentralized one is particularly disadvantageous Position of the image, however, when using the technique mentioned for the rear projection, where you want small sizes to For example, to create a compact, flat video device for the consumer area. However, this requirement is difficult to meet because it is only a minor one Part of the projection lens is used for imaging. Lies namely the mirror element matrix completely away from the optical axis, only half of that is due to the projection optics potential Image field exploited, which in turn means that you have to distance the projection optics and double the screen under otherwise identical conditions to the to achieve the same image size like a central mirror element matrix. You could use this size reduce with a folded beam path, but it would size Make mirrors and complex mirror adjustments necessary, an expense that is already due to cost reasons, for example for video devices in the consumer area, should be avoided.

Weiter wird durch die alleinige Ausnutzung des halben Bildfeldes auf dem Schirm eine spezielle Fresnellinse benötigt, um das Licht des auf den Schirm projizierten Bildes innerhalb eines geeigneten Winkelbereichs zu einem vor dem Schirm befindlichen Beobachter abzulenken. Für diese Fresnellinse ergeben sich aber wegen der dezentralen Lage des abzubildenden Objekts extreme Einfallswinkel. Man benötigt also eine sehr spezielle Fresnellinse, die zudem noch außerordentlich schwierig herzustellen ist.The only use is further half of the field of view on the screen is a special Fresnel lens needed the light of the image projected onto the screen within a suitable angular range to an observer in front of the screen distract. For this Fresnel lens is due to the decentralized location of the object to be imaged extreme angles of incidence. So you need a very special Fresnel lens, which is also extraordinary is difficult to manufacture.

Die WO 97/01128 , die DE 298 07 683 U1 und die US 5,754,260 zeigen jeweils eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des neuen Anspruchs 1 und die US 5,871,266 beschreibt eine Projektionsvorrichtung, bei der die Projektionslinse senkrecht zur optischen Achse verschoben wird, wenn statt einer normalen Projektion eine schräge Projektion durchgeführt werden soll, wodurch der Durchmesser der Projektionslinse klein gewählt werden kann.The WO 97/01128 , the DE 298 07 683 U1 and the US 5,754,260 each show a device according to the preamble of the new claim 1 and US 5,871,266 describes a projection device in which the projection lens is displaced perpendicular to the optical axis if an oblique projection is to be carried out instead of a normal projection, as a result of which the diameter of the projection lens can be selected to be small.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die durch eine dezentrale Lage der Spiegelelementmatrix zur Projektionsoptik entstehenden Nachteile zumindest verringert werden.The object of the invention is a To create device of the type described above, in which the due to a decentralized position of the mirror element matrix to the projection optics resulting disadvantages are at least reduced.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Projektionsoptik eine eingangsseitige erste Stufe mit einer ersten optischen Achse und eine ausgangsseitige zweite Stufe mit einer zweiten optischen Achse aufweist, die Spiegelelementmatrix dezentral zur optischen Achse der ersten Stufe liegt und eine Anordnung zum Zentrieren zwischen den beiden Stufen vorgesehen ist, durch die das durch die Spiegelelementmatrix erzeugte Bild in der zweiten Stufe zentral zur zweiten optischen Achse ist.The task is accomplished by a device solved of the type mentioned at the beginning, in which the projection optics have a first stage on the input side a first optical axis and a second stage on the output side has a second optical axis, the mirror element matrix is decentral to the optical axis of the first stage and an arrangement for Centering is provided between the two stages through which the image generated by the mirror element matrix in the second Level is central to the second optical axis.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist insbesondere der Begriff des Abstandsvektors nützlich. Der Abstandsvektor eines Lichtbündels ist in Abhängigkeit von der Lage eines durch einen Ortsvektor gekennzeichneten Punktes auf der optischen Achse definiert als Differenz zwischen einem dem Durchstoßpunkt eines Lichtbündels zugeordneten Vektor in der die Ortskoordinate enthaltenden senkrecht auf der optischen Achse stehenden Ebene und diesem Ortsvektor der optischen Achse.To better understand the Invention, the notion of distance vector is particularly useful. Of the Distance vector of a light beam is dependent the position of a point marked by a location vector on the optical axis defined as the difference between one Intersection point a beam of light assigned vector in the vertical containing the spatial coordinate on the optical axis and this location vector optical axis.

Zwar gibt es in der Natur keine mathematisch wohldefinierten Punkte, es reicht aber, den hier definierten Durchstoßpunkt innerhalb des Durchmessers des Lichtbündels zu wählen. Insbesondere ist es zur Bestimmung des Durchstoßpunktes des Lichtbündels auf der genannten Ebene möglich, den Ort maximaler Lichtintensität zur Bestimmung des Durchstoßpunktes zu verwenden.There is no mathematical in nature well-defined points, but it is sufficient to pass the piercing point defined here within the diameter of the light beam to choose. In particular, it is used to determine the point of penetration of the light beam at the level mentioned, the place of maximum light intensity to determine the puncture point to use.

Auf den genauen Ort innerhalb der transversalen Ausdehnung des Lichtbündels kommt es bei der Erfindung aber gar nicht an, da die erreichbare Auflösung für ein auf den Schirm projiziertes Bild sowieso nicht besser als der Durchmesser eines von einem die Bildpunktgröße definierenden Spiegelelements einer Spiegelelementmatrix ausgehenden Lichtbündels sein kann.To the exact location within the transverse expansion of the light beam occurs in the invention but not at all, because the achievable resolution for a projected on the screen Picture no better than the diameter of one of those Define pixel size Be a mirror element of a mirror element matrix outgoing light beam can.

Anders gesagt bedingt die Anordnung zum Zentrieren, daß an einem durch einen Ortsvektor für die Anordnung definierten Ort jeder Abstandvektor eines von der Spiegelelementmatrix reflektierten Lichtbündels bezogen auf die erste optische Achse um einen festen Differenzvektor bezüglich der zweiten optischen Achse verringert ist, wobei dieser Differenzvektor sich aus der Bedingung ergibt, daß das von der Projektionsoptik auf den Schirm projizierte Bild zentrisch zur optischen Achse der zweiten Stufe liegt. In other words, the arrangement to center that on one by a location vector for the arrangement defined each distance vector one of the location Mirror element matrix of reflected light bundle related to the first optical axis around a fixed difference vector with respect to the second optical axis is reduced, this difference vector follows from the condition that the projection optics Image projected onto the screen centered on the optical axis of the second stage.

Diese einfache Lösung ist zunächst unerwartet. Im Fall, daß die dezentrale Anordnung Schwierigkeiten bereitet, wäre es wohl das Nächstliegende gewesen, von einer dezentralen Anordnung der Spiegelelementmatrix zur optischen Achse der Projektionsoptik abzugehen und die damit verbundenen Nachteile durch Vorsehen geeigneter Beleuchtungsbedingungen am Eingang der Projektionsoptik zu überwinden, beispielsweise durch eine erhöhte Beleuchtungsstärke, damit Lichtverluste tolerierbar werden, durch Verwendung einer hochparallelen Lichtquelle, wie beispielsweise einem Laser, zum Erreichen des gewünschten hohen Kontrasts oder auch durch Entwicklung neuer Spiegelelementmatrixen mit einem größeren Kippwinkel zwischen den beiden digitalen Zuständen.This simple solution is initially unexpected. In the event that the decentralized arrangement creates difficulties, it would have been the obvious thing to proceed from a decentralized arrangement of the mirror element matrix to the optical axis of the projection optics and to overcome the associated disadvantages by providing suitable lighting conditions at the entrance of the projection optics, for example by increasing the illuminance , so that light losses can be tolerated, by using a highly parallel light source, such as a laser, to achieve the desired high contrast or also by developing new mirror element arrays with a larger tilt angle between the two digital states.

Erfindungsgemäß wird jedoch ein ganz anderer Weg eingeschlagen, demgemäß die optische Achse bezüglich der Ausbreitung des von der Spiegelelementmatrix kommenden Lichts versetzt wird. Der Versatz um den festen Ortsvektor des Bildfeldes ist gerade so groß, daß das Licht für das abzubildende Bildfeld zentral aus der Projektionsoptik austritt.According to the invention, however, is a completely different one Tucked away, accordingly the optical Axis related the propagation of the light coming from the mirror element matrix is transferred. The offset around the fixed location vector of the image field is just so big that this Light for the image field to be imaged emerges centrally from the projection optics.

Um diese Lösung zu finden, mußte von den gängigen Prinzipien zur Konstruktion von Projektionsoptiken abgewichen werden, die üblicherweise nur eine einzige optische Achse aufweisen. Zur Verwirklichung war es notwendig, die Projektionsoptik in mindestens zwei Stufen zu unterteilen, damit die oben näher gekennzeichnete Anordnung zwischen ihnen vorgesehen werden kann.To find this solution, von the usual Principles for the construction of projection optics are deviated, the usual have only a single optical axis. To achieve it is necessary to close the projection optics in at least two stages divide so the above is closer labeled arrangement between them can be provided.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Anordnung kann beispielsweise ein Spiegelsystem oder eine einfache geometrische Anordnung sein, wie später anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird. Weiter kann der Versatz bei im wesentlichen parallelen Lichtbündeln auch durch eine dicke schräggestellte Glasplatte erzeugt werden. Diese und ähnliche Möglichkeiten benötigen aber außer den optischen Bauelementen der Projektionsoptik zusätzliche weitere optische Bauelemente.The arrangement used according to the invention can for example a mirror system or a simple geometric Arrangement as later based on exemplary embodiments even closer explained becomes. Furthermore, the offset can also occur with essentially parallel light beams through a thick slanted glass plate be generated. This and similar options need but except the optical components of the projection optics additional further optical components.

Am wirkungsvollsten von allen diesen Lösungen hat sich eine geometrische Anordnung erwiesen, die insbesondere wegen des dadurch bedingten geringen Aufwandes außerordentlich vorteilhaft ist, bei der die erste Stufe gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung das mittels der Spiegelelementmatrix eingestellte Bild auf eine Zwischenbildebene abbildet und die Anordnung zum Zentrieren dadurch ausgebildet ist, daß die optische Achse der zweiten Stufe gegenüber derjenigen der ersten Stufe um den Differenzvektor örtlich versetzt ist.Most effective of all of these solutions a geometric arrangement has proven to be, in particular because of the low effort required is advantageous, in which the first stage according to a preferred further training of the invention that set by means of the mirror element matrix Maps the image to an intermediate image level and the arrangement for centering is formed in that the optical axis of the second stage compared to that of the first stage local around the difference vector is offset.

Man kann dann beispielsweise für eine erfindungsgemäße Projektionsoptik eine bekannte Projektionsoptik mit Zwischenbildebene auswählen, sie am Ort der Zwischenbildebene teilen und die dadurch entstehenden Teillinsensysteme für den geforderten Versatz der optischen Achsen an dieser Stelle verschieben. Weitere Bauelemente wie Glasplatten und Spiegel erübrigen sich damit.One can then, for example, for a projection optics according to the invention select a known projection optics with intermediate image plane, you share at the location of the intermediate image level and the resulting Partial lens systems for shift the required offset of the optical axes at this point. Additional components such as glass plates and mirrors are not necessary in order to.

Im übrigen sind bei dieser reinen geometrischen Anordnung gegenüber den anderen genannten Möglichkeiten auch keine Lichtverluste oder störende Polarisationseffekte wie beim Beispiel der schräggestellten Glasplatte zu berücksichtigen, und es ist sichergestellt, daß nahezu die gesamte Lichtleistung von der ersten Stufe zu der zweiten Stufe übertragen wird. Damit wird auch die für eine Großprojektion erwünschte hohe Lichtleistung auf dem Bildschirm möglich.Incidentally, these are pure geometric arrangement opposite the other options mentioned also no light loss or annoying To take into account polarization effects as in the example of the inclined glass plate, and it is ensured that almost the total light output from the first stage to the second stage becomes. This also applies to a large projection desirable high light output possible on the screen.

Bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Stufe zwei Teile aufweist, welche durch eine strahlbegrenzende Blende getrennt sind, und der im Strahlverlauf hinter der Blende liegende Teil einen am Ort der Blende auf der optischen Achse der ersten Stufe liegenden objektseitigen Brennpunkt aufweist.With preferred further training the invention provides that the first stage has two parts, which are separated by a beam-limiting diaphragm, and the in the beam path behind the aperture part at the location of the Aperture on the optical axis of the first stage object-side focal point having.

Um bei den geringen Kippwinkeln von einigen Grad der heute erhältlichen Spiegelelementmatrixen einen ausreichenden Kontrast zwischen Hell und Dunkel zu gewährleisten, ist das Ausblenden der von den Spiegelelementen reflektierten Lichtbündel im Dunkelzustand erforderlich. Es wäre möglich, eine derartige Blende schon im Eingangsbereich der Projektionsoptik vorzusehen. Der hier beschrittene Weg hat sich aber für die übertragene Lichtmenge bei gleichzeitigem wirkungsvollem Ausblenden des im digitalen Dunkelzustand reflektierten Lichts als günstiger erwiesen.In order at the small tilt angles of some degrees of available today A sufficient contrast between light and mirror element matrixes and to ensure darkness is the fading out of the light beams reflected by the mirror elements in the Dark state required. It would be possible, such an aperture already in the entrance area of the projection optics provided. However, the path followed here has been for the transferred one Amount of light while effectively hiding the digital Dark state of reflected light proved to be cheaper.

Dabei wird die erste Stufe in zwei Teile geteilt und die Blende in den Bereich eines objektseitigen Fokus des zweiten Teils gelegt, also in einen Bereich, bei dem die Blende nahezu die gesamte von der Spiegeleiementmatrix reflektierte Lichtmenge durchlassen kann. Die Blende an der Stelle des eingangsseitigen Brennpunkts des zweiten Teils bietet aber noch einen anderen Vorteil. Aufgrund der Anordnung der Blende in der Nähe des Fokus des zweiten Teils der ersten Stufe haben nämlich alle von den Spiegelelementen im Hellzustand reflektierten Lichtbündel nach Durchlauf der ersten Stufe, unabhängig von der Lage des einzelnen Spiegelelements im Raster der Spiegelelementmatrix, die gleiche Divergenz. Es entsteht so ein gleichmäßiges Bildfeld für die Projektion.The first stage will be in two Parts divided and the aperture in the area of an object side Focus of the second part, i.e. in an area where the Almost all of the aperture reflected by the mirror element matrix Can let light through. The cover in the place of the input side The focus of the second part offers yet another advantage. Because of the arrangement of the aperture near the focus of the second part the first stage namely all light beams reflected by the mirror elements in the bright state Run through the first stage, regardless of the location of the individual Mirror element in the grid of the mirror element matrix, the same Divergence. This creates a uniform image field for the projection.

Diese Vorteile würde man beispielsweise dann erreichen, wenn die Spiegelelementmatrix oder ein Bild von ihr sich beispielsweise in der Nähe dieses Brennpunkts des zweiten Teils der ersten Stufe befände und sie bzw. es sehr klein gegenüber dem Blendendurchmesser wäre. Insbesondere wird dann auch die maximale Lichtmenge durch die erste Stufe transportiert.These advantages would then be for example achieve when the mirror element matrix or an image of it itself for example nearby this focal point of the second part of the first stage and she or it very small opposite would be the aperture diameter. In particular, the maximum amount of light is then determined by the first Stage transported.

Prinzipiell könnte man dies mit einer konkaven Linse erreichen. Es ist zum Erzeugen eines derartigen Bildes der Spiegelelementmatrix aber auch möglich, eine konvexe Linse einzusetzen und die Spiegelelementmatrix zwischen deren objektseitigen Brennpunkt und der Linse anzuordnen. Allen diesen Systemen ist gemeinsam, daß bei ihnen das von der Spiegelelementmatrix reflektierte Lichtbündel durch den ersten Teil der ersten Stufe aufgeweitet wird.In principle, you could do this with a concave Reach lens. It is for creating such an image Mirror element matrix also possible, insert a convex lens and the mirror element matrix between to arrange their focal point on the object and the lens. all What these systems have in common is that they use the mirror element matrix reflected light beams is widened by the first part of the first stage.

Um die oben näher erläuterten Vorteile der so gewinnbaren optimalen Lichtmenge zu verwirklichen, ist deshalb gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung, welche die obigen Beispiele verallgemeinert, vorgesehen, daß der vor der Blende liegende Teil der ersten Stufe das von der Spiegelelementmatrix reflektierte Lichtbündel aufweitet. Diesbezüglich hat es sich vor allem als günstig erwiesen, wenn der vor der Blende liegende Teil der ersten Stufe zum Aufweiten mindestens eine konkave Linse aufweist. Die aufgrund einer konkaven Linse erreichbaren Vorteile ergeben sich im wesentlichen aus dem damit möglichen großen Abstand der Spiegelelementmatrix zum ersten Linsenscheitel der ersten Stufe bei gleichzeitig geringem Abstand zur Blende, was vor allem die Kompaktheit der Projektionsoptik bei ausreichendem Raum zur Beleuchtung der Spiegelelementmatrix fördert.In order to realize the advantages of the optimal amount of light that can be obtained in this way, according to an advantageous further development, which generalizes the above examples, it is provided that the part of the first stage lying in front of the diaphragm is the light bundle reflected by the mirror element matrix expands. In this regard, it has proven to be particularly advantageous if the part of the first stage lying in front of the diaphragm has at least one concave lens for widening. The advantages that can be achieved due to a concave lens essentially result from the large distance between the mirror element matrix and the first lens apex of the first stage that is possible, and at the same time a small distance from the diaphragm, which above all promotes the compactness of the projection optics with sufficient space for illuminating the mirror element matrix.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Gesamtvergrößerung der ersten Stufe kleiner als 5 und insbesondere kleiner als 2 gewählt. A priori gibt es keine Beschränkung dafür, wie die Gesamtvergrößerung auf die beiden Stufen aufgeteilt wird. Eine zu große Vergrößerung der Spiegelelementmatrix durch die erste Stufe würde aber die gleichen Probleme zur Folge haben, wie sie eingangs für die gesamte Projektionsoptik beschrieben wurden. Deshalb sollte die erste Stufe praktisch ausschließlich die Spiegelelementmatrix unter Vermeidung eines hohen Vergrößerungsfaktors abbilden. Ein Vergrößerungsfaktor, der kleiner als die oben angegebenen Zahlen ist, ist für den Aufwand zur Korrektur also äußerst vorteilhaft.According to another advantageous one Further development of the invention, the overall magnification of the first stage becomes smaller chosen as 5 and in particular less than 2. A priori there are none restriction for how the total magnification the two stages is divided. Excessive enlargement of the mirror element matrix through the first stage but result in the same problems as those set out for the whole Projection optics have been described. That is why the first stage practically exclusively the mirror element matrix while avoiding a high magnification factor depict. A magnification factor which is smaller than the numbers given above is for the effort extremely beneficial for correction.

In den später in allen Einzelheiten angegebenen Ausführungsbeispielen ist eine Vergrößerung von ungefähr 1 verwirklicht. Allerdings sollte der Vergrößerungsfaktor der ersten Stufe auch nicht wesentlich kleiner als 1 und insbesondere 0,5 sein, damit der Aufwand für die zweite Stufe begrenzt bleibt, der mit dem Wert der Vergrößerungsfaktoren anwachsen würde.In the details given later embodiments is an enlargement of approximately 1 realized. However, the magnification factor should be the first level also not be significantly less than 1 and in particular 0.5, so the effort for the second stage remains limited, that with the value of the enlargement factors would grow.

Wie vorstehend schon deutlich wurde, sollte die Projektionsoptik möglichst kompakt sein. Um dies zu erreichen, ist bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß sie mindestens einen Spiegel zur Faltung des Strahlenganges aufweist. Dieser Spiegel wird äußerst vorteilhaft innerhafb der ersten Stufe, also zwischen deren Linsen, angeordnet. Insbesondere, wenn das Bild der Spiegelelementmatrix in der Nähe eines Fokus des vorher genannten zweiten Teils der ersten Stufe als stark verkleinertes virtuelles Bild erscheint, ergeben sich für den zweiten Teil der ersten Stufe hohe Vergrößerungsfaktoren, die aufgrund der bekannten Linsengleichung große Bildweiten erfordern. Der dadurch mögliche Platz läßt sich vorteilhaft für einen Spiegel zur Faltung des Strahlenganges nutzen, so daß der Raumbedarf wesentlich geringer wird, als bei Auslegung der Optik möglich wäre, wenn der Spiegel zur Faltung des Strahlenganges zwischen den Stufen oder innerhalb der zweiten Stufe angeordnet würde.As it became clear above the projection optics should be as possible be compact. To achieve this, one is preferred Further development of the invention provided that it has at least one mirror for folding the beam path. This mirror becomes extremely beneficial arranged within the first stage, i.e. between the lenses. Especially when the image of the mirror element matrix is close to a Focus on the aforementioned second part of the first stage as strong reduced virtual image appears, arise for the second Part of the first stage high magnification factors, which require large image widths due to the known lens equation. Of the thereby possible Space can be beneficial for use a mirror to fold the beam path so that the space required becomes much smaller than would be possible if the optics were designed, if the mirror for folding the beam path between the steps or would be arranged within the second stage.

Wie einleitend schon erläutert wurde, ist die dargestellte Projektionsoptik äußerst vorteilhaft für Rückprojektionseinrichtungen einsetzbar.As explained in the introduction, the projection optics shown is extremely advantageous for rear projection devices used.

Eine derartige Rückprojektionseinrichtung läßt sich mit der erfindungsgemäßen Projektionsoptik mit Hilfe eines einzigen Umlenkspiegels außerordentlich wirkungsvoll ausbilden, indem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß sich der Schirm an der Front eines Gehäuseteils befindet, an dessen Rückseite ein zu dem Schirm unter Winkel angeordneter Spiegel vorgesehen ist und der Ausgang der Projektionsoptik an einer Gehäuseseite des Schirms so auf den Spiegel gerichtet ist, daß eine Projektion über den Spiegel auf den Schirm erfolgt.Such a rear projection device can be with the projection optics according to the invention extremely effective with the help of a single deflecting mirror train according to a advantageous development of the invention provides that the Screen on the front of a housing part is on the back a mirror arranged at an angle to the screen is provided and the output of the projection optics on one side of the housing of the screen is directed towards the mirror so that a projection over the Mirror is done on the screen.

Auch die Elektronik und die Projektionsoptik lassen sich besonders vorteilhaft in einem Fuß des Gehäuses unterbringen. Insgesamt wird so ein besonders kompaktes Rückprojektionsgerät mit bis zu 2 m Bildschirmdiagonale in einer Bautiefe von weniger als 1 m möglich. Mit Hilfe der Erfindung wird so beispielsweise ein Fernsehgerät für den Heimbedarf mit Hilfe der genannten Technik zu vertretbaren Kosten verfügbar.Electronics and projection optics too can be accommodated particularly advantageously in a foot of the housing. A total of becomes a particularly compact rear projection device with up to with a screen diagonal of 2 m and a depth of less than 1 m possible. With the help of the invention, for example, a television set for home use available at a reasonable cost using the technology mentioned.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:Other special features of the invention also result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached Drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems zur Beleuchtung und Bilderzeugung mittels einer Spiegelelementmatrix; 1 a schematic representation of an optical system for lighting and image generation by means of a mirror element matrix;

2 eine schematische Darstellung wie in 1, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation as in 1 , but for a different embodiment;

3 eine Projektionsoptik im Detail, wie sie für das Ausführungsbeispiel von 2 einsetzbar ist; 3 a projection optics in detail, as for the embodiment of 2 can be used;

4 eine Projektionsoptik im Detail, wie sie für das Ausführungsbeispiel von 2 einsetzbar ist, jedoch mit einem virtuellen Zwischenbild; 4 a projection optics in detail, as for the embodiment of 2 can be used, but with a virtual intermediate image;

S eine beispielhaft gezeigte Rückprojektionseinrichtung zum Einsatz der Projektionsoptiken gemäß 1 bis 4. S a rear projection device shown as an example for using the projection optics according to 1 to 4 ,

Im folgenden soll nur auf die speziellen Optiken zur Realisierung optimaler Abbildungsbedingungen mit Spiegelelementmatrixen eingegangen werden. Für spezielle Probleme bei der Bilderzeugung, Farbdarstellung, Elektronik u. ä. wird auf die Literatur verwiesen. Die weiteren Ausführungen beziehen sich beispielhaft auf Kippspiegelmatrixen als Spiegelementmatrixen, bei denen die eingesetzten Spiegelelemente zur Darstellung von Bildpunkten eines Bildes Kippspiegel sind. Auf die Art der eingesetzten Spiegelelementmatrixen kommt es jedoch nicht an. So lassen sich auch Kombinationen von Spiegeln und LCD-Matrixen verwenden.The following is intended only for the special Optics for realizing optimal imaging conditions with mirror element matrixes To be received. For special problems with image generation, color representation, electronics u. Ä referred to the literature. The other statements refer to examples Tilting mirror matrices as mirror element matrices in which the used Mirror elements for displaying the pixels of an image are. It depends on the type of mirror element matrix used it does not, however. This also allows combinations of mirrors and use LCD matrixes.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Projektion von Videobildern gezeigt, die nach den vorher angegebenen Prinzipien arbeitet. Zur Beleuchtung einer Spiegelelementmatrix 2 ist eine Beleuchtungsoptik 4 vorgesehen, mit der Licht geeigneter Stärke erzeugt wird, das dann unter definiertem Winkel mit geringer Winkeldivergenz mittels geeigneter optischer Bauelemente auf die nur einige 10 um große Spiegelelementmatrix 2 gerichtet wird.In 1 a device for projecting video images is shown, which operates according to the principles specified above. For illuminating a mirror element matrix 2 is lighting optics 4 vorgese hen, with which light of suitable strength is generated, which is then defined at a defined angle with little angular divergence by means of suitable optical components onto the mirror element matrix, which is only a few 10 μm in size 2 is judged.

Die in der Spiegelelementmatrix 2 als Raster in Spalten und Zeilen angeordneten Spiegelemente können bei den handelsüblichen DMD- Matrixen zwei unterschiedliche Winkelstellungen einnehmen. Das von den Spiegelelementen in einer der Winkelstellungen reflektierte Licht wird geeignet ausgeblendet, dagegen wird das in der anderen Winkelstellung reflektierte Licht über eine Projektionsoptik 6 auf einen Schirm geworfen, wobei das durch die Stellung der Spiegelelementmatrix eingestellte Hell/Dunkelmuster als Bild sichtbar wird.The one in the mirror element matrix 2 Mirror elements arranged as a grid in columns and rows can assume two different angular positions in the commercially available DMD matrixes. The light reflected by the mirror elements in one of the angular positions is suitably masked out, whereas the light reflected in the other angular position is blocked by a projection lens 6 thrown on a screen, the light / dark pattern set by the position of the mirror element matrix being visible as an image.

Neben der reinen Hell/Dunkelinformation von Bildpunkten lassen sich auch Grauwerte darstellen, indem man ausnutzt, daß das Auge eines Beobachters bei Änderungen innerhalb eines kurzen Zeitintervalls auftretende Hell- und Dunkelwerte mittelt. Dazu werden die Spiegelelementmatrixen mit Pulszügen beaufschlagt, deren Tastverhältnisse dann dem beobachtbaren Grauwert proportional sind. Auch Farbbilder sind möglich, indem das aus der Beleuchtungsoptik 4 stammende Licht für beispielsweise drei Grundfarben sequentiell verändert und bei Auftreten von Beleuchtungslicht der jeweiligen Grundfarbe der zu dieser gehörige Farbauszug auf der Spiegelelementmatrix 2 über eine nicht gezeigte Steuereinrichtung eingestellt wird.In addition to the pure light / dark information of pixels, gray values can also be displayed by taking advantage of the fact that the eye of an observer averages the light and dark values that occur within a short time interval. For this purpose, pulse trains are applied to the mirror element matrixes, the pulse duty factors of which are then proportional to the observable gray value. Color images are also possible by using the lighting optics 4 Originating light for, for example, three primary colors are changed sequentially and, when illuminating light of the respective primary color occurs, the associated color separation on the mirror element matrix 2 is set via a control device, not shown.

Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt die Spiegelelementmatrix 2 dezentral von einer mit einer unterbrochenen Linie angedeuteten optischen Achse 8 der Projektionsoptik 6. Diese Anordnung ist für die Lage der Beleuchtungsoptik 4 besonders günstig, wenn vor allem der Kontrast zwischen Hell und Dunkel der durch die beiden Zustände der Spiegelelemente in der Spiegelelementmatrix 2 hoch sein soll, um optimale Bildqualitäten zu erreichen.How out 1 the mirror element matrix is visible 2 decentrally from an optical axis indicated by a broken line 8th the projection optics 6 , This arrangement is for the location of the lighting optics 4 particularly favorable if, above all, the contrast between light and dark due to the two states of the mirror elements in the mirror element matrix 2 should be high in order to achieve optimal image quality.

Dies führt aber bei herkömmlichen Projektionsoptiken zu den einleitend genannten Nachteilen, dadurch, daß dann das projizierte Bild ebenfalls dezentral zu der optischen Achse liegt.But this leads to conventional Projection optics for the disadvantages mentioned in the introduction, that then the projected image is also decentral to the optical axis lies.

Deshalb ist vorgesehen, daß die Projektionsoptik 6 in zwei Stufen 10 und 12 geteilt ist, zwischen denen sich eine Anordnung 14 befindet, die das von der ersten Stufe 10 erzeugte Bild der Spiegelelementmatrix 2 auf die optische Achse 16 der zweiten Stufe verschiebt. Im Ausführungspiel gemäß 1 wird ein reelles oder virtuelles, dezentral zur optischen Achse 8 liegendes Zwischenbild 18 erzeugt und mittels der Anordnung 14 zentral zur optischen Achse 16 verschoben. Dafür sind im Ausführungsbeispiel von 1 vier Spiegel 20, 21, 22, 23 vorgesehen, deren Wirkungsweise der 1 aufgrund der eingezeichneten Strahlengänge sofort entnommen werden kann.It is therefore provided that the projection optics 6 in two stages 10 and 12 is divided, between which there is an arrangement 14 that is from the first stage 10 generated image of the mirror element matrix 2 on the optical axis 16 the second stage shifts. In the execution game according to 1 becomes a real or virtual, decentralized to the optical axis 8th lying intermediate image 18 generated and by means of the arrangement 14 central to the optical axis 16 postponed. For this are in the embodiment of 1 four mirrors 20 . 21 . 22 . 23 provided, the mode of operation of 1 can be removed immediately due to the drawn beam paths.

Auf diese spezielle Anordnung mit vier Spiegeln zum Verschieben kommt es jedoch gar nicht an, denn bei großen Verschiebungen reichen zwei Spiegel, bei kleinen Verschiebungen kann man zum Erzeugen des Versatzes des Bildes der Spiegelelementmatrix 2 auf die optische Achse auch eine schräggestellte Glasplatte verwenden. Statt des hier gezeigten reellen Zwischenbildes 18 kann man die Optik ferner auch für ein virtuelles Zwischenbild auslegen. Im Prinzip kann eine derartige Spiegelanordnung 14 sogar mit gleicher Wirkung überall im Strahlengang eingesetzt werden. Deshalb sind die hier genannten Stufen 10 und 12 keine Stufen mit der üblichen Bedeutung einer optisch wirkenden Linsengruppe mit vorgegebenen Abbildungseigenschaften. Die Trennung der Projektionsoptik 6 in zwei Stufen erfolgt hier allein durch eine Anordnung 14, mit der das Bild von einer dezentralen Lage im Eingang in eine zentrale Lage am Ausgang der Projektionsoptik 6 verschoben wird.However, this special arrangement with four mirrors for shifting is not important at all, because with large shifts two mirrors are sufficient, with small shifts one can generate the offset of the image of the mirror element matrix 2 Use an inclined glass plate on the optical axis. Instead of the real intermediate picture shown here 18 you can also design the optics for a virtual intermediate image. In principle, such a mirror arrangement 14 can even be used anywhere in the beam path with the same effect. That is why the levels mentioned here are 10 and 12 no steps with the usual meaning of an optically acting lens group with given imaging properties. The separation of the projection optics 6 in two stages is done here by an arrangement alone 14 , with which the image from a decentralized position in the entrance to a central position at the exit of the projection optics 6 is moved.

Diese Trennung ist aber nicht darauf beschränkt, daß die Projektionsoptik 6 ausschließlich aus zwei Stufen 10, 12 mit einer dazwischen liegenden Anordnung 14 zum Versetzen des Bildes relativ zur optischen Achse bestehen muß, wenn dies bezüglich der Kompaktheit der Projektionsoptik 6 auch außerordentlich vorteilhaft ist. Es können jedoch auch mehrere Stellen in der Projektionsoptik 6 mit geeigneten Anordnungen 14 versehen werden, wobei dann der Gesamtversatz der verschiedenen Anordnungen zum gewünschten, zur optischen Achse 16 der letzten Stufe 12 zentralen Bild führt. Diese Art der Projektionsoptik würde dann natürlich auch mehr als zwei Stufen im vorher genannten Sinn erfordern.This separation is not limited to the projection optics 6 exclusively of two levels 10 . 12 with an intermediate arrangement 14 for displacing the image relative to the optical axis, if this is the case with the compactness of the projection optics 6 is also extremely advantageous. However, there can also be several places in the projection optics 6 with appropriate arrangements 14 are provided, in which case the total offset of the various arrangements to the desired, to the optical axis 16 the last stage 12 central picture leads. This type of projection optics would then of course also require more than two stages in the sense mentioned above.

Anhand von 1 sei auch kurz der Begriff des vorher eingeführten Abstandsvektors erläutert, der gewählt wurde, weil die vektorielle Darstellung Richtungen und Größen unabhängig von der Koordinatenwahl beschreibt. Nimmt man eine Ebene, deren Flächennormale in Richtung der optischen Achse weist, im Beispiel von 1, die Zwischenbildebene 18, so läßt sich der Durchstoßpunkt eines Lichtbündels im Zentrum des Bildes mit dem Vektor 27 beschreiben. Der Abstandsvektor als Differenz zu dem Vektor 25 auf der optischen Achse, der die betrachtete Ebene bestimmt, ist gerade der Vektor in dieser Ebene, der für den zentralen Strahl im Bild Richtung und Größe des Versatzes angibt.Based on 1 Let us also briefly explain the term of the distance vector previously introduced, which was chosen because the vector representation describes directions and sizes independently of the choice of coordinates. If one takes a plane whose surface normal points in the direction of the optical axis, in the example of 1 , the intermediate image level 18 , the point of penetration of a light beam in the center of the image can be determined with the vector 27 describe. The distance vector as the difference to the vector 25 on the optical axis, which determines the plane under consideration, is just the vector in this plane, which indicates the direction and size of the offset for the central ray in the image.

Wie schon deutlich geworden ist, kann die vorher genannte Anordnung mit den verschiedensten optischen Bauelementen, wie Spiegeln, Linsen u. ä., verwirklicht werden. Die einfachste Möglichkeit besteht jedoch in einer rein geometrischen Anordnung, wie sie in 2, beispielhaft dargestellt ist.As has already become clear, the aforementioned arrangement can be used with a wide variety of optical components such as mirrors, lenses and the like. Ä., Realized. However, the simplest option is a purely geometrical arrangement, as shown in 2 is shown as an example.

Dabei ist die optische Achse 16 der zweiten Stufe 12 gegenüber der optischen Achse 8 der ersten Stufe 10 so weit versetzt, daß die dezentrale Lage der Spiegelelementmatrix 2 durch Versatz um den vorher beschriebenen Abstandsvektor kompensiert wird, so daß das durch die zweite Stufe 12 erzeugte Bild zentral zu ihrer optischen Achse 16 projiziert wird.Here is the optical axis 16 the second stage 12 opposite the optical axis 8th the first stage 10 so far offset that the decentralized position of the mirror element matrix 2 is compensated by offset by the distance vector previously described, so that by the second stage 12 generated image central to its optical axis 16 is projected.

Wie auch aus den 1 und 2 erkennbar ist, sollte das Zwischenbild 18 ungefähr die Größe der Spiegelelementmatrix haben, damit die Projektionsoptik 6 möglichst kompakt wird. Dafür hat sich für das Verhältnis der Größe des Zwischenbildes zu der Größe der Spiegelelementmatrix ein Wert von kleiner 5 und insbesondere kleiner 2 als praxisgerecht herausgestellt.As from the 1 and 2 the intermediate picture should be recognizable 18 about the size of the game have gel element matrix so that the projection optics 6 becomes as compact as possible. For the ratio of the size of the intermediate image to the size of the mirror element matrix, a value of less than 5 and in particular less than 2 has proven to be practical.

Nachdem nun einige schematisch ausgeführte Beispiele beschrieben worden sind, soll nachfolgend auf zwei im Detail angegebene Ausführungsbeispiele gemäß den 3 und 4 näher eingegangen werden. In beiden Ausführungsbeispielen wird der anhand des Ausführungsbeispiels von 2 erläuterte geometrische Versatz am Ort eines virtuellen und eines reellen Zwischenbildes bewirkt. Weiter wird bei beiden Ausführungsbeispielen auch ein gefalteter Strahlengang eingesetzt, um die Projektionsoptik so kompakt wie möglich zu halten. Dieser gefaltete Strahlengang ist insbesondere auch für die Rückprojektionseinrichtung gemäß 5 äußerst vorteilhaft.Now that some schematically executed examples have been described, two exemplary embodiments according to FIGS 3 and 4 be discussed in more detail. In both exemplary embodiments, the is based on the exemplary embodiment of 2 explained geometric offset at the location of a virtual and a real intermediate image. Furthermore, a folded beam path is also used in both exemplary embodiments in order to keep the projection optics as compact as possible. This folded beam path is also particularly suitable for the rear projection device 5 extremely beneficial.

In den 3 und 4 ist die erforderliche Beleuchtungsoptik 4 im Gegensatz zum Beispiel von 2 nicht eingezeichnet. Der Strahlengang beginnt sofort mit der Spiegelelementmatrix 2. Von dieser gehen gemäß 3 vier Strahlen 30, 30', 30'' und 30''' aus, die eingezeichnet wurden, damit der Strahlengang durch das Linsensystem besser verfolgt werden kann.In the 3 and 4 is the required lighting optics 4 in contrast to the example of 2 not shown. The beam path begins immediately with the mirror element matrix 2 , From this go according to 3 four rays 30 . 30 ' . 30 '' and 30 ''', which have been drawn in, so that the beam path through the lens system can be better tracked.

Zwischen der ersten Stufe 10 und der zweiten Stufe 12, links und rechts von einer reellen Zwischenbildebene 18, ist der Versatz zwischen den optischen Achsen 8 und 16 deutlich zu erkennen.Between the first stage 10 and the second stage 12 , left and right of a real intermediate image plane 18 , is the offset between the optical axes 8th and 16 clearly visible.

Aus diesem für die Praxis berechneten Ausführungsbeispiel im Maßstab 1:1 ist ferner ablesbar, daß das Zwischenbild 18 ungefähr die gleiche Größe wie die Spiegelelementmatrix hat. Die zur Projektion erwünschte Vergrößerung erfolgt im wesentlichen durch die zweite Stufe 12.From this exemplary embodiment, calculated in practice on a scale of 1: 1, it can also be seen that the intermediate image 18 is approximately the same size as the mirror element matrix. The enlargement desired for projection takes place essentially through the second stage 12 ,

Die erste Stufe 10 weist ferner einige Besonderheiten auf, Sie ist durch eine Blende 32 in einen ersten Teil 34 und einen zweiten Teil 36 unterteilt. Der erste Teil wirkt im wesentlichen als Linse mit negativer Brennweite. Seine Funktion ist also derjenigen einer konkaven Linse ähnlich, die ein virtuelles Zwischenbild in der Nähe der Blende 32 erzeugt. Dadurch wird der Abstand zwischen der Spiegelelementmatrix 2 und der ersten Linse der Projektionsoptik wesentlich vergrößert, um genügend Raum für die Beleuchtungsoptik, bzw. das zur Beleuchtung zur Spiegelelementmatrix 2 gelangende Licht zu schaffen.The first stage 10 also has some special features, it is through an aperture 32 in a first part 34 and a second part 36 divided. The first part essentially acts as a lens with a negative focal length. So its function is similar to that of a concave lens that creates a virtual intermediate image near the aperture 32 generated. This makes the distance between the mirror element matrix 2 and the first lens of the projection optics are significantly enlarged to provide enough space for the illumination optics or for illumination to the mirror element matrix 2 creating incoming light.

Die Blende 32 liegt in einer Brennebene des zweiten Teils 36 der ersten Stufe 10 und ist groß genug, um die von den Spiegelelementen der Spiegelelementmatrix im digitalen Zustand „Hell" reflektierten Lichtbündel durchzulassen, während das Licht im Zustand „Dunkel" weitgehend ausgeblendet wird.The aperture 32 lies in a focal plane of the second part 36 the first stage 10 and is large enough to let through the light bundles reflected by the mirror elements of the mirror element matrix in the digital state "bright", while the light in the state "dark" is largely hidden.

Aufgrund der Anordnung der Blende 32 in der objektseitigen Brennebene des zweiten Teils 36 der ersten Stufe 10 treten alle durch die Blendenmitte laufende Strahlen auf der Zwischenbildebene 18 unter rechtem Winkel auf, was die Möglichkeit des geometrischen Versatzes, wie er anhand von 2 erläutert wurde, mit Hilfe der zweiten Stufe 12 außerordentlich vereinfacht.Because of the arrangement of the bezel 32 in the object-side focal plane of the second part 36 the first stage 10 all rays passing through the center of the aperture enter the intermediate image plane 18 at right angles to what is the possibility of geometric misalignment as it is based on 2 was explained using the second stage 12 extremely simplified.

Der Strahlengang ist innerhalb der ersten Stufe 10 mit Hilfe eines Spiegels 38 gefaltet, damit die Baugröße eines Rückprojektionsgerätes gemäß 5 möglichst gering gehalten werden kann. Der Winkel des Spiegels 38 ist so gewählt, daß die Lichtquellen in der nicht gezeigten Beleuchtungsoptik waagerecht liegen, um eine möglichst große Lebensdauer der Lichtquellen zu gewährleisten. Die Lebensdauer von Glühlampen hängt nämlich auch von der Verformung unter thermischer Belastung im Hinblick auf die Schwerkraft ab, und die günstigste Lage läßt sich im allgemeinen vom Hersteller der Lampe ertragen.The beam path is within the first stage 10 with the help of a mirror 38 folded so that the size of a rear projection device according to 5 can be kept as low as possible. The angle of the mirror 38 is chosen so that the light sources lie horizontally in the illumination optics, not shown, in order to ensure the longest possible service life of the light sources. The lifespan of incandescent lamps also depends on the deformation under thermal stress with regard to gravity, and the most favorable position can generally be endured by the lamp manufacturer.

Ein ähnliches Beispiel wie in 3 ist in 4 gezeigt. Allerdings ist dieses für ein virtuelles Zwischenbild ausgelegt. Die Trennung in zwei Stufen 10 und 12 ist aber an dem Versatz der optischen Achsen 8 und 16, am Ort zwischen den Linsenflächen 110 und 111, deutlich erkennbar. Wie durch Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel von 3 auch ersichtlich ist, weist dieses Ausführungsbeispiel auch wesentlich mehr Raum für die Anordnung des Spiegels 38 zur Faltung des Strahlenganges auf. Dieser große Freiraum würde es sogar gestatten, mehrere Spiegel anzuordnen, was ermöglicht, die Projektionsoptik noch kompakter zu bauen.A similar example as in 3 is in 4 shown. However, this is designed for a virtual intermediate image. The separation in two stages 10 and 12 but is due to the offset of the optical axes 8th and 16, in place between the lens surfaces 110 and 111 , clearly. As by comparison with the embodiment of 3 can also be seen, this embodiment also has significantly more space for the arrangement of the mirror 38 for folding the beam path. This large free space would even allow multiple mirrors to be arranged, which makes it possible to make the projection optics even more compact.

Unter anderem deswegen wird ein virtuelles Zwischenbild bei der Ausführung der Erfindung bevorzugt.This is one of the reasons why it becomes a virtual one Intermediate image during execution preferred of the invention.

Die Linsendaten sind im einzelnen in Tabelle I und II aufgeführt. Während in Tabelle I die Daten der einzelnen Linsenflächen und die Zwischenräume in Abhängigkeit der in 4 gezeigten Bezugszeichen aufgeführt sind, zeigt Tabelle II die Asphärenparameter der asphärischen Flächen 109 und 122 des Linsensystems. Die Asphärenparameter K, A_n definieren dabei eine Funktion Z, die Raumrichtung der optischen Achse, die bezüglich der orthogonalen karthesischen Koordinaten x und y senkrecht zu Z durch

und R dem Scheitelradius, also dem Krümmungsradius auf der optischen Achse, welcher der Tabelle I jeweils entnehmbar ist, beschrieben wird.The lens data are detailed in Tables I and II. While in Table I the data of the individual lens areas and the spaces depending on the in 4 are shown, Table II shows the aspherical parameters of the aspherical surfaces 109 and 122 of the lens system. The aspherical parameters K, A _n define a function Z, the spatial direction of the optical axis, which is perpendicular to Z with respect to the orthogonal Cartesian coordinates x and y

and R the vertex radius, ie the radius of curvature on the optical axis, which can be found in Table I, is described.

Die Verschiebung zwischen den optischen Achsen 8 und 16 war bei diesem Ausführungsbeispiel 15,7 mm. Insgesamt wurde das in 4 gezeigte System für einen Abstand einer Projektionswand von der ersten Linse 101 von ungefähr 1 m ausgelegt.The shift between the optical axes 8th and 16 was 15.7 mm in this embodiment. Overall, that was in 4 shown system for a distance of a projection screen from the first lens 101 of approximately 1 m.

In 5 ist der Aufbau einer Rückprojektionseinrichtung gezeigt, bei der die vorher beschriebenen Projektionsoptiken besonders vorteilhaft einsetzbar sind. Die gezeigte Einrichtung ist für eine Bildgröße von 1,25 m·0,936 m ausgelegt, so daß ein Videobild mit einer Bildschirmdiagonale von 1,56 m darstellbar ist.In 5 the construction of a rear projection device is shown, in which the previously described projection optics can be used particularly advantageously. The device shown is designed for an image size of 1.25 m × 0.936 m, so that a video image with a screen diagonal of 1.56 m can be displayed.

Die Rückprojektionseinrichtung weist ein Gehäuse 50 auf, das im wesentlichen aus einem Fuß 52 und einem Gehäuseoberteil 54 besteht. Der Fuß 52 ist dabei ebenfalls als Gehäuseteil ausgebildet, in dem sich die vorher beschriebene Projektionsoptik und die Spiegelelementmatrix befinden. Weiter ist in dem Fuß 52 eine Steuerelektronik vorgesehen, die in bekannter Weise ein Videosignal zum Einstellen eines farbigen Bildes auf der Spiegelelementmatrix wandelt sowie die Bilddarstellung einschließlich der Lampen mit Synchronisierung für die Farbauszüge steuert. Wenn die Rückprojektionseinrichtung als Heimfernsehgerät ausgerüstet ist, enthält der Fuß 52 ferner einen Tuner sowie einen Infrarotempfänger mit geeigneten Steuerschaltkreisen, über die mittels einer Fernbedienung über Infrarotlicht eine Kanalwahl, Ton- und Bildsteuerung möglich ist.The rear projection device has a housing 50 on that essentially one foot 52 and an upper housing part 54 consists. The foot 52 is also designed as a housing part in which the previously described projection optics and the mirror element matrix are located. Next is in the foot 52 control electronics are provided which convert a video signal for setting a colored image on the mirror element matrix in a known manner and controls the image display including the lamps with synchronization for the color separations. If the rear projection device is equipped as a home television set, the foot contains 52 Furthermore, a tuner and an infrared receiver with suitable control circuits, via which a channel selection, sound and image control is possible using a remote control via infrared light.

Die Projektionsoptik 6 ist in dem Gehäuse 50 so eingebaut, daß das Bild zentrisch zur eingezeichneten optischen Achse 16 projiziert wird. Über einen Umlenkspiegel 56 wird das von der Spiegelelementmatrix 2 erzeugte Bild senkrecht auf eine Fresnellinse 58 und danach auf einen Schirm 60 geworfen.The projection optics 6 is in the housing 50 installed so that the image is centered on the optical axis 16 is projected. Via a deflecting mirror 56 is that from the mirror element matrix 2 generated image perpendicular to a Fresnel lens 58 and then on an umbrella 60 thrown.

Die 5 ist maßstabsgerecht ausgeführt, so daß man die geringe Bautiefe bei der erreichten Bildschirmdiagonale ohne weiteres abschätzen kann. Eine weitere Bautiefenverminderung ist jedoch auch noch möglich, wenn weitere Umlenkspiegel 56 vorgesehen sind. Die Umlenkung über einen einzigen Spiegel 54 ist aber hier durchaus praxisgerecht, wird aber erst durch die großen aufgrund der Erfindung erreichbaren Aperturwinkel möglich.The 5 is designed to scale so that you can easily estimate the small depth when the screen size is reached. However, a further reduction in the overall depth is also possible if further deflecting mirrors 56 are provided. The redirection via a single mirror 54 is quite practical here, but is only possible due to the large aperture angles achievable due to the invention.

Weiter läßt sich aufgrund der zentral zur optischen Achse 16 erfolgenden Projektion eine übliche, kommerziell erhältliche Fresnellinse 58 einsetzen. Spezialanfertigungen können gegebenenfalls entfallen.Furthermore, due to the central to the optical axis 16 projection is a common, commercially available Fresnel lens 58 use. Custom-made products may not be necessary.

Bei entsprechender Winkeldivergenz der Beleuchtungsoptik kann man ferner auch auf die Fresnellinse 58 verzichten, da bei der gezeigten Bauweise im allgemeinen schon genügend Licht in alle für die vor dem Schirm 60 befindlichen Beobachter in geeigneter Richtung auf dem Schirm 60 auftrifft.With a corresponding angular divergence of the illumination optics, one can also use the Fresnel lens 58 do without, since in the construction shown there is generally enough light in all for the front of the screen 60 observer in a suitable direction on the screen 60 incident.

Die 5 macht noch einmal deutlich, wie vorteilhaft die Erfindung aufgrund dieser Eigenschaften für die Rückprojektion einsetzbar ist. Der wesentliche Unterschied zur bekannten dezentralen Projektion durch Verschieben des Bildes mittels einer entsprechenden Anordnung 14 hat sich dabei in einer Weise als überaus vorteilhaft herausgestellt, wie es vor der Erfindung überhaupt nicht zu erwarten gewesen wäre.The 5 makes it clear once again how advantageous the invention can be used due to these properties for rear projection. The main difference to the known decentralized projection by moving the image using an appropriate arrangement 14 has proven to be extremely advantageous in a way that would not have been expected before the invention.

Tabelle I

Table I

Tabelle II

Table II

Claims

Device for imaging an image that can be represented as a raster of pixels on a screen ( 60 ), with an illuminable mirror element matrix ( 2 ), the individual mirror elements of which can be adjusted by means of a control device in such a way that the light beams reflected by the mirror elements generate the image, and also by means of projection optics ( 6 ) to project the generated image on the screen ( 60 ), characterized in that the projection optics have an input-side first stage ( 10 ) with a first optical axis ( 8th ) and a second stage on the output side ( 12 ) with a second optical axis ( 16 ) has that the mirror element matrix ( 2 ) decentral to the optical axis ( 8th ) the first stage ( 10 ) and that an arrangement ( 14 ) for centering between the two stages ( 10 . 12 ) is provided, through which the mirror element matrix ( 2 ) generated image in the second stage ( 12 ) central to the second optical axis ( 16 ) is.

Device according to claim 1, characterized in that the first stage ( 10 ) using the mirror element matrix ( 2 ) generated image on an intermediate image level ( 18 ) maps and the arrangement ( 14 ) is designed for centering in that the second optical axis ( 10 ) the second stage ( 12 ) compared to that of the first stage ( 10 ) is relocated.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first stage ( 10 ) two parts ( 34 . 36 ), which has a beam-limiting diaphragm ( 32 ) are separated and that the beam behind the aperture ( 32 ) lying part ( 36 ) one at the location of the aperture ( 32 ) on the first optical axis ( 8th ) the first stage ( 10 ) has a focal point on the object side.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the front of the screen ( 32 ) lying part of the first stage ( 10 ) that of the mirror element matrix ( 2 ) the reflected light beam expands.

Device according to claim 4, that the part lying in front of the screen ( 34 ) the first stage ( 10 ) to expand at least one concave lens ( 122 . 124 ) having.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the Overall magnification of the first stage is less than 5 and in particular less than 2.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one mirror ( 38 ) is provided for folding the beam path.

Device according to claim 7, characterized in that between lenses of the first stage ( 10 ) the at least one mirror ( 38 ) is arranged to fold the beam path.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that she a rear projection device is.

Device according to claim 9, characterized in that the screen ( 60 ) on the front of a housing part ( 54 ) is provided, on the rear side of which a mirror arranged to the screen at a predetermined angle ( 56 ) is provided and that the output of the projection optics ( 6 ) on one side of the screen so onto the mirror ( 56 ) is directed that a projection over the mirror ( 56 ) on the screen ( 60 ) he follows.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the housing part provided with the screen on one foot ( 52 ) is arranged, which as a further housing part for at least partially accommodating the Projection optics ( 6 ) and for the complete inclusion of the mirror element matrix ( 2 ) is trained.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the control device in the foot designed as a housing ( 52 ) is arranged.