Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Totalreflexionsprisma und einen Projektor, der ein solches umfasst.

Der Projektor vergrößert ein kleines Bild und projiziert es unter Verwendung einer Projektionslinse auf einen großformatigen Projektionsschirm, um ein großformatiges Bild anzuzeigen. Der Projektor ist mit einem Farbenrad versehen, um rote Farbe „R", grüne Farbe „G" und blaue Farbe „B" zeitabgelenkt aufzuteilen, um Farben wiederzugeben. Das Farbenrad wird durch einen Motor gedreht, um die Farben nacheinander aufzuteilen. Die 1 und 2 stellen Projektoren aus dem verwandten Stand der Technik dar.

Mit Bezug auf die 1 und 2 ist der Projektor aus dem verwandten Stand der Technik mit einer Lampe 1, einer Reflexionsplatte 2, einem Farbenrad 4, einer Stablinse 6, ersten Linsen 7 und 8, einem Spiegel 10, einer zweiten Linse 12, einem Prisma 16, einer Anzeige 14 und einer Projektionslinse 18 versehen. Siehe beispielsweise US-G-155687A oder DE 198 15 649 A1; ein Farbenrad in Form eines Kegelstumpfes ist aus der JP 11030712 A bekannt.

Lichtstrahlen aus der Lampe 1 werden durch die Reflexionsplatte 2 auf das Farbenrad 4 fokussiert, und das Farbenrad 4 überträgt die rote, grüne und blaue Farbe nacheinander, wenn der Motor 5 das Farbenrad dreht. Die durch das Farbenrad 4 aufgeteilten Strahlen fallen auf die Stablinse 6 ein, und die Stablinse 6 macht die Strahlen gleichförmig, um sie gleichförmig auf einem Projektionsschirm zu verteilen. Die Strahlen, welche die Stablinse 6 passiert haben, gehen über die ersten Linsen 7 und 8 zum Spiegel 10 weiter und werden an diesem zur zweiten Linse 12 reflektiert. Die zweite Linse 12 fokussiert die vom Spiegel 10 kommenden Strahlen auf das Prisma 16, und dieses leitet die von der zweiten Linse 12 kommenden Strahlen zu einer Anzeige 14 und schickt gleichzeitig einen aus der Anzeige 14kommenden Bildstrahl zur Projektionslinse 18. Die Anzeige 14 stellt einen mit Bildinformation beladenen Bildstrahl her, indem sie die vom Prisma 16 kommenden Strahlen verwendet. Das Prisma 16 reflektiert den Bildstrahl von der Anzeige 14 zur Projektionslinse 18. Dazu umfasst das Prisma 16, wie in den 3A und 3B gezeigt, eine erste Reflexionsfläche 20, um die aus der zweiten Linse kommenden Strahlen das erste Mal zur Anzeige zu reflektieren, und eine zweite Reflexionsfläche 22, um den von der Anzeige 14 kommenden Bildstrahl das zweite Mal zu reflektieren, und zwar auf die Projektionslinse 18. Schließlich weitet die Projektionslinse 18 den Bildstrahl auf und projiziert ihn auf einen Projektionsschirm, der sich in einem Abstand vor der Projektionslinse 18 befindet. Die 4A und 4B stellen das Farbenrad von 1 aus dem verwandten Stand der Technik dar.

Mit Bezug auf die 4A und 4B ist das Farbenrad 4 aus dem verwandten Stand der Technik mit Farbfiltern 26, wovon jedes zur Übertragung eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge einer relevanten Farbe unter den weißen Strahlen vorgesehen ist, einem Koppler 24, der die Farbfilter 26 eingebaut hat, und einem Motor 5 versehen, an dem der Koppler 24 angebracht ist.

Das Farbfilter 26 ist mit einem Rot-Farbfilter 26R zur Übertragung roter Strahlen aus den weißen Strahlen, einem Grün-Farbfilter 26G zur Übertragung grüner Strahlen aus den weißen Strahlen, und einem Blau-Farbfilter 26B zur Übertragung blauer Strahlen aus den weißen Strahlen versehen.

Das Farbfilter 26 ist mit einem Klebstoff am Koppler 24 angebracht, und der Koppler 24 ist am Motor 5 durch darin angebrachte Öffnungen 25 befestigt. Und zwar teilt das Farbfilter 26 Farben nacheinander auf, wenn der Motor die Farbfilter 26 dreht. Es ist vorzuziehen, dass der Strahl die Grenze der Farbfilter innerhalb des kürzesten Zeitraums passiert, wenn der Strahl das in den 4A und 4B gezeigte Farbenrad 4 durchläuft. Wenn beispielsweise davon ausgegangen wird, dass sich der Motor mit 3600 U/min dreht, um 60 Felder pro Sekunde anzuzeigen, wird ein Zeitraum berechnet, den der Strahl braucht, um die Grenze zu passieren. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Strahl rechteckig mit einer Breite von 8 mm und einer Höhe von 6 mm ist, und das Farbfilter 26 einen Innenradius von 30 mm und einen Außenradius von 40 mm hat.

Gleichung (1) drückt einen Winkel aus, wenn der Strahl eine Fläche des Farbfilters 26 überstreicht, und Gleichung (2) drückt eine Zeit aus, wenn der Strahl die Grenze 27 des Farbfilters 26 passiert. &thgr; = 2arctan(331) = 11,055°(1), (worin 31 ein Abstand von der Mitte des Farbenrads 4 zum Strahl und 3 die halbe Höhe des Strahls ist).

Aus Gleichung (2) lässt sich herleiten, dass der Zeitraum, den der Strahl braucht, um die Grenze 27 des Farbfilters 26 zu passieren, 1,54 &mgr;s beträgt. Wie sich aus den Gleichungen (1) und (2) in Erfahrung bringen lässt, muss der Innenradius des Farbenrads 4 größer ausgelegt werden, um den Zeitraum zu reduzieren, den der Strahl zum Passieren der Grenze 27 des Farbfilters 26 braucht. Je größer allerdings der Innendurchmesser des Farbenrads 4 wird, umso größer und schwerer wird auch der Projektor.

Außerdem kann das Farbenrad 4 aus dem verwandten Stand der Technik nicht überlagernd mit anderen optischen Systemen (verschiedenen Linsen), die viel Platz brauchen, angebracht werden. Darüber hinaus erfolgt am Prisma 16 aus dem verwandten Stand der Technik eine doppelte Totalreflexion zur Übertragung der Strahlen von der zweiten Linse 12 zur Projektionslinse 18, wobei ein Luminanzverlust auftritt.

Entsprechend richtet sich die vorliegende Erfindung auf einen Projektor mit einem Totalreflexionsprisma nach den Ansprüchen 1 bis 9, der eines oder mehrere der Probleme im Wesentlichen löst, die von Einschränkungen und Nachteilen des verwandten Stands der Technik herrühren.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Projektor mit einem Totalreflexionsprisma bereitzustellen, der es ermöglicht, einen schmäleren Projektor herzustellen und die Lichtstärke zu erhöhen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen zum Teil aus der Beschreibung hervor, oder lassen sich durch die praktische Umsetzung der Erfindung in Erfahrung bringen. Die Aufgaben und weitere Vorteile der Erfindung werden durch den Aufbau in die Tat umgesetzt und erzielt, der insbesondere in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon sowie den beigefügten Zeichnungen herausgestellt ist.

Um diese und weitere Vorteile zu erzielen, und in Übereinstimmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung, so wie sie konkretisiert und ausführlich beschrieben ist, bemerkt der Totalreflexionsspiegel eine einmalige Totalreflexion der aus einem optischen System kommenden Lichtstrahlen auf eine Projektionslinse.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektor mit einem Totalreflexionsprisma bereitgestellt, der eine Lichtquelle umfasst, um Lichtstrahlen abzugeben, ein Farbenrad, um die Strahlen aus der Lichtquelle zu empfangen, Farbstrahlen aus den Strahlen in Abfolge aufzuteilen und die Farbstrahlen zu übertragen, ein Übertragungsteil, um die Farbstrahlen zum Prisma zu leiten, eine Anzeige, um einen Bildstrahl entsprechend einem Videosignal unter Verwendung der Farbstrahlen aus dem Übertragungsteil herzustellen, ein zwischen dem Übertragungsteil und der Anzeige angeordnetes Prisma, um die Farbstrahlen aus dem Übertragungsteil zur Anzeige zu leiten und den Bildstrahl von der Anzeige zu reflektieren, und eine Projektionslinse, um den Bildstrahl zu vergrößern und zu projizieren.

Es sollte klar sein, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und eine weitere Erklärung der Erfindung, wie sie beansprucht ist, bieten sollen.

Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu bieten, und die in diese technische Beschreibung mit eingebunden sind und einen Teil von ihr bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundgedanken der Erfindung zu erläutern:

Die 1 und 2 stellen Projektoren aus dem verwandten Stand der Technik dar;

die 3A und 3B stellen Details des Totalreflexionsprismas von 1 aus dem verwandten Stand der Technik dar;

die 4A und 4B stellen Details des Farbenrads von 1 aus dem verwandten Stand der Technik dar;

5 stellt eine Zeit dar, die der Strahl braucht, um die Grenze des Farbenrads von 1 zu passieren;

6 stellt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Farbenrads nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

die 7A und 7B stellen eine Zeit dar, die ein Strahl braucht, um eine Grenze des zylindrischen Farbenrads von 6 zu passieren;

die 8 und 9 stellen Projektoren nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

10 stellt ein Detail der Stablinse von 8 dar;

die 11A und 11B stellen Details des Prismas von 8 dar;

12 stellt einen Projektor nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und

13 stellt einen zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alternativen Projektor dar.

Nun wird im Einzelnen Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, wovon Beispiele in den beigefügten Zeichnungen 6 bis 12 dargestellt sind. 6 stellt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Farbenrads nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Mit Bezug auf 6 umfasst das zylindrische Farbenrad 34 nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Farbfilter 52, um jeweils eine relevante Farbe aus weißen Strahlen zu übertragen, einen Koppler 50 mit darin eingebauten Farbfiltern 52, und einen mit dem Koppler 50 verbundenen Motor 35.

Die Farbfilter 52 umfassen ein Rot-Farbfilter 52R, um rote Strahlen aus den weißen Strahlen zu übertragen, ein Grün-Farbfilter 52G, um grüne Strahlen aus den weißen Strahlen zu übertragen, und ein Blau-Farbfilter 52B, um blaue Strahlen aus den weißen Strahlen zu übertragen.

Die Farbfilter 52 sind in den Koppler 50 eingesetzt und mit Klebstoff daran befestigt, und der Koppler 50 ist mit dem Motor 35 mittels darin befindlicher Öffnungen 56 verbunden. Und zwar teilen die Farbfilter 52 Farben nacheinander auf, wenn die Farbfilter 52 durch den Motor 35 gedreht werden.

Wenn davon ausgegangen wird, dass sich der Motor mit 3600 U/min dreht, um 60 Felder pro Sekunde anzuzeigen, wird ein Zeitraum berechnet, den der Strahl braucht, um eine Grenze 54 des zylindrischen Farbenrads 34 zu passieren. In diesem Fall wird, wie in den 7A und 7B gezeigt, davon ausgegangen, dass der Strahl rechteckig mit einer Breite von 8 mm und einer Höhe von 6 mm ist, und das zylindrische Farbenrad 34 einen Innenradius von 39 mm und eine Dicke von 1 mm hat.

Gleichung (3) drückt einen Winkel aus, wenn der Strahl eine Fläche des Farbfilters 52 überstreicht, und Gleichung (4) drückt eine Zeit aus, wenn der Strahl die Grenze 54 des Farbfilters 52 passiert. &thgr; = 2arctan(339) = 8,797°(3), (worin 39 der Innenradius des Farbenrads 34 und 3 die halbe Höhe des Strahls ist).

Aus Gleichung (4) lässt sich in Erfahrung bringen, dass der Zeitraum, den der Strahl braucht, um die Grenze 54 des Farbenfilters 52 zu passieren, 1,22 &mgr;s beträgt, während der Zeitraum, den der Strahl braucht, um die Grenze des Farbenrads aus dem verwandten Stand der Technik zu passieren, 1,54 &mgr;s beträgt. Deshalb kann die vorliegende Erfindung die Luminanz des Projektors verstärken, weil der Zeitraum länger ist, den der Strahl braucht, um das Farbfilter 52 der vorliegenden Erfindung zu durchlaufen. Auch kann der Radius des Farbenrads 34 der vorliegenden Erfindung auf derselben Luminanzgrundlage der Farbenräder der vorliegenden Erfindung und des verwandten Stands der Technik auf 32 mm gesenkt werden, d.h. der Projektor mit dem Farbenrad 34 der vorliegenden Erfindung kann schmäler hergestellt werden als derjenige des verwandten Stands der Technik.

Die 8 und 9 stellen Projektoren nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Mit Bezug auf die 8 und 9 umfasst der Projektor nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Lampe 30, eine Reflexionsplatte 32, ein zylindrisches Farbenrad 34, eine Stablinse 36, erste Linsen 37 und 38, einen Spiegel 40, eine zweite Linse 42, ein Prisma 46, eine Anzeige 44, und eine Vergrößerungs- und Projektionslinse 48.

Die Strahlen aus der Lampe 30 werden durch die Reflexionsplatte 32 auf das zylindrische Farbenrad 34 fokussiert, und das zylindrische Farbenrad 34 überträgt nacheinander rote, grüne und blaue Strahlen, wenn der Motor 35 das zylindrische Farbenrad 34 dreht. Die durch das zylindrische Farbenrad 34 farbaufgeteilten Strahlen fallen auf die Stablinse 36 ein, und diese macht die Verteilung der Strahlen gleichförmig, um die Strahlen auf dem Projektionsschirm gleichförmig zu verteilen, und lenkt einen Weg der Strahlen ab.

Dazu besitzt die Stablinse 36 mit Bezug auf 10 eine Einfallsfläche 58, die im Hinblick auf den von der Reflexionsplatte 32 kommenden Strahl in einem Winkel geneigt ist. Auch ist die Einfallsfläche 58 ein Totalreflexionsspiegel oder besitzt eine Beschichtung aus Totalreflexionsmaterial, die darauf aufgetragen ist.

Als Alternative dazu lässt sich mit Bezug auf 12 eine Stablinse verwenden, bei der es sich um dieselbe wie die Stablinse 6 aus dem verwandten Stand der Technik handelt, wenn ein Spiegel 39 vor der Einfallsfläche der Stablinse 36 benötigt wird, um den Weg der Strahlen zusätzlich abzulenken.

Die an der Stablinse 36 reflektierten Strahlen verlaufen über die ersten Linsen 37 und 38 weiter zum Spiegel 40, und werden an diesem zur zweiten Linse 42 reflektiert. Die zweite Linse 42 empfängt die Strahlen vom Spiegel 40, fokussiert sie auf das Prisma 46, und dieses leitet die von der zweiten Linse 42 kommenden Strahlen zur Projektionslinse 48 und liefert dieser einen aus der Anzeige 44 kommenden Bildstrahl.

Ein Prisma der vorliegenden Erfindung wird im Einzelnen mit Bezug auf die 11A und 11B erläutert.

Mit Bezug auf die 11A und 11B umfasst das Prisma 46 der vorliegenden Erfindung ein erstes Teilprisma 100 mit einer oberen Fläche 108 und einer unteren Fläche 110, und zwar beide in Dreiecksform, und ein zweites Teilprisma 102 mit einer oberen Fläche 106 in Dreiecksform, und einer unteren Fläche 104 in Form eines Trapezes.

Es gibt eine Anzeige 44 auf einer Seitenfläche des ersten Teilprismas 100. Das erste und das zweite Prisma sind mit einem winzigen Luftspalt dazwischen angeordnet. Eine Kontaktfläche 60 des ersten Teilprismas 100 und des zweiten Teilprismas 102 bricht die Strahlen aus der zweiten Linse 42 zur Anzeige 44 und reflektiert den Bildstrahl aus der Anzeige 44 zur Projektionslinse 48, wodurch der Weg der Strahlen aus der zweiten Linse 42 um einen voreingestellten Winkel abgelenkt wird.

Das Prisma 46 der vorliegenden Erfindung wird mit dem Prisma 16 der 3A und 3B aus dem verwandten Stand der Technik verglichen, und es stellt sich heraus, dass, obwohl das Prisma 16 aus dem verwandten Stand der Technik die Strahlen aus der zweiten Linse 12 zweimal totalreflektiert, um die Strahlen zur Projektionslinse 18 zu lenken, das Prisma 46 der vorliegenden Erfindung die Strahlen nur einmal totalreflektiert, um sie von der zweiten Linse 42 zur Projektionslinse 48 zu lenken, wodurch ein durch die Totalreflexion verursachter Luminanzverlust auf ein Mindestmaß gesenkt wird. Obwohl das Prisma 16 aus dem verwandten Stand der Technik aufgrund eines komplizierten Lichtwegs von der Lampe zur Projektionslinse dreidimensional angeordnet werden muss, ist das Prisma 46 der vorliegenden Erfindung darüber hinaus zweidimensional und parallel mit der Projektionslinse 48, dem Prisma 4, dem zylindrischen Farberad 34, der Stablinse 36, den ersten Linsen 37 und 38 und dem Spiegel 40 angeordnet, um die Herstellung eines schmäleren Projektors zu ermöglichen.

Obwohl der Projektor aus dem verwandten Stand der Technik aufgrund eines hohen optischen Systems, das dadurch bewirkt wird, dass die Anzeige 14 unter dem Prisma 16 angeordnet ist, schwerlich schmäler herzustellen ist, ermöglicht es der Projektor der vorliegenden Erfindung darüber hinaus, einen schmäleren Projektor herzustellen, weil die Anzeige 44 auf einer Seite des Prismas 46 angeordnet ist.

Die Projektionslinse 48 empfängt den Bildstrahl aus dem Prisma 46, vergrößert ihn und projiziert ihn auf einen Projektionsschirm, der sich in einem Abstand vor der Projektionslinse 48 befindet.

Dabei kann ein zur vorliegenden Erfindung alternativer Projektor dasselbe Farbenrad 4 und dieselbe Stablinse 6 aus dem verwandten Stand der Technik wie in 13 verwenden.

Wie erläutert wurde, führt entsprechend dem Totalreflexionsprisma und dem Projektor, der dieses aufweist, nach der vorliegenden Erfindung, das Prisma nur einmal eine Totalreflexion durch, um die Strahlen aus einem optischen System zur Projektionslinse zu lenken, was einen durch die Totalreflexion hervorgerufenen Luminanzverlust auf ein Mindestmaß senkt.

Außerdem ermöglicht es die Anordnung der Anzeige und des Prismas Seite an Seite, beide parallel mit dem Farbenrad, dem optischen System, dem Prisma und auch der Projektionslinse, einen schmaleren Projektor herzustellen.

Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen an dem Projektor mit dem Totalreflexionsprisma der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass dabei vom Rahmen der Erfindung, so wie er beansprucht ist, abgewichen würde. Somit soll die vorliegende Erfindung die Modifizierungen und Änderungen an dieser Erfindung abdecken, vorausgesetzt, sie fallen in den Rahmen der beigefügten Ansprüche und ihrer Entsprechungen.