DE20112031U1

DE20112031U1 - Projektionseinrichtung

Info

Publication number: DE20112031U1
Application number: DE20112031U
Authority: DE
Original assignee: I L B INST fur LICHT und BAUT
Current assignee: Gutjahr Joerg Prof Dr De; Zozgornik Steffen Dipl-Ing De
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2011-07-21
Also published as: WO2003010571A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinrichtung mit einer Bilderzeugungsvorrichtung, einem Bildschirm und einem das Licht von der Bilderzeugungsvorrichtung auf den Bildschirm lenkenden Spiegel.

Projektionseinrichtungen sind zur Darstellung stehender Bilder und auch bewegter Bilder, wie Videobilder und Filmbilder, bekannt. Eine Projektionseinrichtung, bei der die Bilderzeugungsvorrichtung mit dem Bildschirm zu einer gemeinsamen Vorrichtung zusammengefasst ist, erfordert zur Volumenreduzierung einen gefalteten Strahlengang, wobei das von der Bilderzeugungsvorrichtung erzeugte Bild über einen Spiegel auf den Bildschirm gelenkt wird.

Telefon: (0221) 916520 · Tel«*fa>;: &Idigr;0221) ia4397J · jTelef&x: (G TStl

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Ein Beispiel einer Projektionseinrichtung ist beschrieben in WO 99/64920. Hierbei weist der Bildschirm zahlreiche holografisch-optische Elemente auf, die von Laser-Lichtquellen unterschiedlicher Farben beleuchtet werden. Das Bild wird in Rückseitenprojektion auf den Bildschirm geworfen, d. h. von der dem Betrachter abgewandten Rückseite her.

Bei einer Projektionseinrichtung, die einen Spiegel aufweist, kann sich das Umgebungslicht ungünstig auf den Bildkontrast auswirken. Umgebungslicht, das auf den Spiegel trifft, wird mit dem Licht des zu projizierenden Bildes überlagert und führt zu dessen Abschwächung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionseinrichtung mit einem bildumlenkenden Spiegel zu schaffen, bei der die Beeinträchtigung der Bildqualität durch Umgebungslicht verringert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Spiegel als richtungsselektiver Spiegel ausgebildet, der nur Strahlung, die von der Bilderzeugungsvorrichtung her einfällt auf den Bildschirm reflektiert.

Durch die Erfindung wird verhindert, dass Umgebungslicht, das aus einer anderen Richtung als derjenigen der Bilderzeugungsvorrichtung auf den Spiegel fällt, vom Spiegel auf den Bildschirm reflektiert wird. Solches Umgebungslicht wird entweder am Bildschirm vorbei reflektiert oder von dem Spiegel durchgelassen, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einfallswinkel.

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Ein richtungsselektiver Spiegel, der nur das aus einer bestimmten Richtung einfallende Licht reflektiert, ist bekannt aus WO 96/09458. Der bekannte Spiegel ist Bestandteil einer winkelselektiven Verschattungseinrichtung, die als Fassadenelement an Gebäuden eingesetzt werden kann, um das von der Sonne einfallende Licht zu reflektieren, Streulicht aber durchzulassen. Dadurch wird eine zu starke Aufheizung des Gebäudeinneren vermieden. Dieser Fundstelle kann auch entnommen werden, wie ein richtungsselektiver Spiegel auf einfache Weise durch Überlagerung zweier Hologramme hergestellt werden kann.

Vorzugsweise wird bei der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung der Einfallswinkel (zum Lot) bei dem der Spiegel reflektiert, mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse der Bilderzeugungsvorrichtung größer. Die Vergrößerung des Einfallswinkels ist bei einer Projektionseinrichtung zweckmäßig, um für jede Stelle des Spiegels den richtigen Reflektionswinkel einzustellen.

Vorzugsweise weist der Spiegel eine durchsichtige Scheibe mit zwei einander überlagerten entgegengesetzt orientierten regulären Hologrammen auf. Die Herstellung eines derartigen Spiegels ist in WO 96/09458 beschrieben.

Die Hologramme können derart ausgebildet sein, dass sie einen von der Bilderzeugungsvorrichtung kommenden einfallenden Lichtstrahl unabhängig von dessen Einfallswinkel auf einen Winkel beugen, bei dem Totalreflektion eintritt. Ein solcher Lichtstrahl wird an der Rückseite der Scheibe totalreflektiert und er tritt an der Vorderseite der Scheibe, in der sich die beiden

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überlagerten Hologramme befinden, wieder aus. Strahlung, die mit einem kleineren Einfallswinkel als derjenigen Strahlung, die von der Bilderzeugungsvorrichtung kommt, auf den Spiegel auftrifft, wird von der Scheibe durchgelassen.

Die Projektionseinrichtung kann in einer hellen Umgebung betrieben werden und sie benötigt keine Abschirmung gegen das Umgebungslicht .

Die Projektionseinrichtung kann jede Art von Bildwerfer sein, beispielsweise ein Diaprojektor oder ein Filmprojektor oder ein Videoprojektor. Vorzugsweise besteht der Bildschirm aus zahlreichen holografisch-optischen Elementen, die von dem Licht von drei verschiedenfarbigen Laser-Lichtquellen gleichmäßig beleuchtet werden, so wie dies in WO 99/64920 (allerdings ohne Spiegelumlenkung) beschrieben ist.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Strahlengang der Projektionseinrichtung, wobei die Bemessungen und Entfernungen der einzelnen Komponenten nicht maßstäblich dargestellt sind, und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Reflektion des einen Strahles an dem Spiegel.

Die Projektionseinrichtung weist eine Bilderzeugungsvorrichtung 10 auf, die aus einem Projektor besteht. Die Bilderzeugungsvor-

richtung enthält eine Lichtquelle 11, die ein Durchlichtbild 12 beleuchtet. Die durch das Durchlichtbild 12 modulierte Lichtstrahlung wird durch ein Objektiv 13 in ein divergierendes Strahlenbündel 14 umgewandelt, das entlang der optischen Achse der Bilderzeugungsvorrichtung auf einen Spiegel 15 gerichtet ist. Die Ebene des Spiegels 15 verläuft unter einem spitzen Winkel zur optischen Achse des Strahlenbündels 14, so dass das vom Spiegel reflektierte Strahlenbündel 14a auf einen Bildschirm 16 gelenkt wird. Das Strahlenbündel 14a trifft auf die Rückseite des Bildschirms 16 auf, also auf die dem Betrachter 19 abgewandte Seite. Der Bildschirm 16 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Durchlicht-Bildschirm. Die Erfindung ist auch bei Auflicht-Bildschirmen anwendbar.

Der Spiegel 15 ist ein richtungsselektiver Spiegel, der nur solche Strahlung auf den Bildschirm 16 reflektiert, die aus der Richtung der Bilderzeugungsvorrichtung 10 auf ihn auftrifft. Strahlen, die aus anderen Richtungen auf den Spiegel auftreffen, werden nicht auf den Bildschirm 16 reflektiert. Für flacher einfallende Strahlung ist der Spiegel durchlässig. Steller einfallende Strahlung wird von dem Spiegel 15 durchgelassen.

Der Spiegel 15 weist eine durchsichtige Scheibe 17 auf, die auf ihrer Vorderseite zwei Hologramme Hl und H2 trägt. Das Hologramm H2 kann unmittelbar auf der Scheibe 17 angebracht sein, während sich das überlagerte Hologramm Hl auf einer weiteren Folie befindet. Die Hologramme Hl und H2 sind entsprechend WO 96/09458 ausgebildet und erzeugt. Sie bewirken die richtungsselektive Wirkung des Spiegels 15. Für den steileren Randstrahl 14_X des Strahlenbündels 14 beträgt der Einfalls-

winkel des Spiegels 15 - bezogen auf das Lot zur Spiegelfläche - al. Für den flacheren Randstrahl 14₂ des Strahlenbündels 14 beträgt der Einfallswinkel a2. Bei diesen Einfallswinkeln wird von den Hologrammen Hl, H2 die einfallende Lichtstrahlung so gebeugt, dass an der Rückseite 18 der Scheibe 17 Totalreflektion eintritt. Die Hologramme Hl und H2 sind reguläre, nicht bildmäßig modulierte, Hologramme, die einander entgegengesetzt orientiert sind. Der Einfallswinkel, bei dem im weiteren Verlauf des Strahlenweges Totalreflektion im Spiegel eintritt, wird mit zunehmendem Abstand von der Bilderzeugungsvorrichtung 10 größer. Dies ist daran erkennbar, dass der Einfallswinkel al des Randstrahls 14_1# bei dem der Abstand von der Bilderzeugungsvorrichtung am kleinsten ist, kleiner ist als der Einfallswinkel a2 des Randstrahls 14₂. Zwischen denjenigen Stellen, an denen die Randstrahlen IA₁ und 14₂ auf die Vorderseite des Spiegels 15 auftreffen, verändert sich der Einfallswinkel, bei dem im weiteren Verlauf des Strahlengangs Totalref lektion im Spiegel auftritt, kontinuierlich. Die Hologramme Hl und H2 sind derart ausgebildet, dass sie einen von der Bilderzeugungsvorrichtung 10 kommenden einfallenden Lichtstrahl, unabhängig von dessen Einfallswinkel, in einen unter dem Winkel der Totalreflektion liegenden Winkel beugen. Dies bedeutet, dass an jeder Stelle des Spiegels 15 ein anderer Einfallswinkel zugeordnet ist und somit auch ein anderer Winkel der Totalref lektion.

In Figur 2 ist der Spiegel 15 vergrößert dargestellt. Man erkennt die durchsichtige Scheibe 17 mit den davor angeordneten Hologrammen Hl und H2. Diese Hologramme sind mit einer weiteren Scheibe 20 bedeckt. Auf diese Weise sind die Hologramme

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zwischen den Scheiben 17 und 2 0 angeordnet und gegen Umwelteinflüsse geschützt. Die Scheiben 17 und 20 sowie die die Hologramme tragenden Trägerschichten haben gleiche oder annähernd gleiche optische Dichte. Sie bilden ein kompaktes Paket, das im Innern keine optischen Grenzschichten aufweist, mit Ausnahme der Hologramme, die eine Lichtbeugung verursachen.

Der unter dem Einfallswinkel al einfallende Randstrahl 14.1 wird von der Scheibe 2 0 zum Lot hin abgelenkt, so dass sich der Strahlenweg 14a ergibt. Von den Hologrammen Hl,H2 wird der Strahl vom Lot weg abgelenkt, wodurch der Strahlenweg 14b entsteht, der relativ flach auf die Rückseite der Scheibe 17 trifft, wo an der Stelle 14c Totalreflektion auftritt. Der Strahlenweg 14d der reflektierten Strahlung führt wieder zu den Hologrammen Hl,H2. Er wird dort zum Lot hin abgelenkt, wodurch der Strahlenweg 14e in der Scheibe 2 0 entsteht, der das Äquivalent zum Strahlenweg 14a darstellt. An der Außenseite der Scheibe 2 0 wird der Strahl vom Lot weg abgelenkt, wobei ein Ausfallswinkel entsteht, der gleich dem Einfallswinkel al ist.

Claims

1. Projektionseinrichtung mit einer Bilderzeugungsvorrichtung (10), einem Bildschirm (16) und einem das Licht der Bilderzeugungsvorrichtung (10) auf den Bildschirm (16) lenkenden Spiegel (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (15) als richtungsselektiver Spiegel ausgebildet ist, der nur Strahlung, die von der Bilderzeugungsvorrichtung (10) her einfällt auf den Bildschirm (16) reflektiert.

2. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel, bei dem der Spiegel (15) reflektiert mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse der Bilderzeugungsvorrichtung größer wird.

3. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (15) eine durchsichtige Scheibe (17) mit zwei einander überlagerten, entgegengesetzt orientierten regulären Hologrammen (H1, H2) aufweist.

4. Projektionseinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme (H1, H2) derart ausgebildet sind, dass sie einen von der Bilderzeugungsvorrichtung (10) kommenden einfallenden Lichtstrahl unabhängig von dessen Einfallswinkel auf den einen Winkel beugen, bei dem an der Rückseite der Scheibe (17) Totalreflektion eintritt.