用于投影图像的投影仪以及相应的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于投影图像（６）的投影仪（１），其具有：用于产生光束（１２）的光源（２）；可枢转的偏转单元（３），其构建用于将光源（２）产生的光束（１２）偏转到投影面（５）上；以及成像装置（７，８，９），用于将偏转单元（３）的孔径（３ａ）成像到投影面（５）上；其中成像装置（７，８，９）包括带有至少两个镜元件（８，９）的反射物镜（７）。此外，本发明专利技术涉及一种相应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于投影图像的投影仪，其具有用于产生光束或者光辐射的光 源；偏转单元，其构建用于将光源产生的光束偏转到投影面上；以及成像装置，用于将偏转 单元的孔径或者镜面成像到投影面上。此外，本专利技术还涉及一种用于借助投影仪来投影图 像的方法。
技术介绍
在此，兴趣在于带有扫描镜(飞点原理)的小型激光投影仪，其中借助该扫描镜应 当将图像以最高质量显示到任意的投影面上。这对这种投影仪的方式已经在现有技术中已 知。其通常包括光源，该光源构建用于产生光辐射或者光束，其中光束借助可枢转的、尤其 是在两个轴线中摇摆的偏转单元偏转到投影面上。在此，光源能够产生红色、绿色和蓝色。偏转单元的孔径或者扫描镜的反射面以及所投影的图像的标称的像素大小形成 具有如下光电导率或者光学扩展量(Etendue)的光学系统Γ π _ (^"tan0nrVEr=-—I 27V J其中θ ^是最大的偏转角，即两倍的镜摆动的角幅度，r是偏转单元的反射面的半 径，并且N是在所观察的摆动平面中要分辨的、在投影面上的像素的数目。在N = 480(其对 应于VGA分辨率)、半径r = 0.5mm和最大偏转角的情况下，例如得到光学扩展量 为E。= 2. 5 * IO-Wsr0现今的半导体激光器例如在红色情况下具有半径为3 μ m的束腰， 并且因此具有至少8°的发射角。激光束的光学扩展量由此为E= (π ddC^mnMsinS0 )2 =2 · 10-6mm2sr，于是明显大于上面所描述的投影系统的光学扩展量。因此，在没有附加的 技术措施的情况下在原理上影响所投影的图像的亮度和/或质量。在这种投影仪的情况 下，此外投影面上的图像失真并且具有类似于图2中所示的枕形。例如，如果将激光束聚焦到偏转单元的孔径上，则得到最大可能的图像亮度，然而 在投影面上的点明显大于标称的像素大小并且由此强烈地影响所投影的图像的分辨率。而 如果将束腰置于投影面上，则激光束在扫描镜上的伸展大于其面积，这导致光损耗。此外， 在偏转单元或者扫描镜周边落到镜驱动装置的梳状结构上的能量可以使得偏转单元的谐 振频率失谐，并且于是改变镜摆动的幅度和相位，这会导致所投影的图像的不希望的改变。 作为折衷，束腰可以置于偏转单元和投影面之间，其中于是要考虑所描述的所有不希望的 效应。不可能的是，增大偏转单元或者扫描镜的孔径或者镜面，因为否则谐振频率会变 得过小，并且由于镜面的变形导致的畸变会强烈增大。当设置有成像装置，其任务是将偏转单元或者扫描镜成像到投影面上时，上面所 描述的光学扩展量问题及其影响可以避免。于是，由出版物DE 4324849C2公开了一种用于投影图像的投影仪，其中光束借助 光源来产生并且随后借助偏转单元通过投影面来引导。在此，在偏转单元和投影面之间设4置有成像装置，其至少两级地并且无焦点地构(afokal)建。此外，已知的成像装置被以无 扭曲的方式矫正并且具有大于1的放大率。已知的成像装置的一个缺点是，必须使用带有 多个单个透镜的物镜，以便实现所希望的无扭曲性并且在此避免色彩畸变以及由此导致的 图像质量的劣化。这种投影物镜由此几乎不适于小型投影仪。
技术实现思路
本专利技术的任务是实现一种投影仪和一种用于投影图像的方法，其中成像装置应当 提供低扭曲的并且无色彩畸变的图像，并且可以成本低廉地并且紧凑地实现。根据本专利技术，该任务通过具有根据权利要求1所述的特征的投影仪以及通过具有 根据权利要求23所述的特征的方法来解决。本专利技术的有利的扩展方案和实施形式在从属权利要求中说明。根据本专利技术的用于投影图像的投影仪包括用于产生光束的光源和偏转单元，该偏 转单元构建用于将该光源产生的光束偏转到投影面上。此外，该投影仪具有成像装置，用于 将偏转单元的孔径成像到投影面上。本专利技术的一个重要思想在于，成像装置包括带有至少 两个镜元件的反射物镜。换言之，本专利技术的一个基本思想在于，为了有利于提高图像质量将成像装置构建 为使得该成像装置包括反射物镜，其中至少两个镜元件用于将偏转单元的反射面或者孔径 成像到投影面上。有利的是，通过根据本专利技术的投影仪实现了在投影面上可以产生无扭曲的或者与 没有成像装置的投影相比低扭曲的图像。特别地，投影仪应设计为使得来自光源的光束的束腰置于偏转单元的孔径 上，其中束腰的直径选择为略微小于孔径的直径，由此防止了偏转单元的过度照射 (Ueberleuchtung)并且不引起光损耗。反射物镜的成像尺度特别是选择为使得偏转单元 的孔径在投影面上的图像几乎与所希望的像素大小相一致并且优选略小于该像素大小。由 此，束腰也在投影面上或者在其附近。已经证实的是，图像的景深并未由于这种成像而被明 显减小，使得在实际的投影距离情况下不必借助反射物镜来再对焦。在小型激光投影仪的情况下，实际的投影距离为大约500mm(300nm至1000mm)。根 据现有技术以及基于眼睛安全性的要求，这种投影仪的光通量在51m至201m，由此对于本 领域技术人员而言得到大约A5至A4的合理的图像大小，并且对于这种投影距离在15°的 扫描角度。反射物镜优选具有大于或等于1的放大率，使得在反射物镜之后所扫描的角度范 围至少与来自偏转单元的角度范围一样大。在角度放大的情况下，可以使用具有小的最大 偏转角的偏转单元，由此偏转单元可以成本低廉地并且在针对频率和孔径大小更大的余量 的情况下实现。通过反射物镜的角度放大在此可以对于镜摆动的两个方向是大小相同的或 者不同的。于是例如可以设计的是，在偏转单元之后的所扫描的角度范围的张角在水平方 向和垂直方向上为5°，并且反射物镜优选构建为使得张角在水平方向上为12°而在垂直 方向上为10°。在一个实施形式中，偏转单元包括至少一个扫描镜或者微镜或者微扫描器，其可 以运动、尤其是可以围绕两个轴线枢转地构建。通过使用简单的扫描镜，实现了降低成本的5以及减少部件的投影仪。在另一实施形式中，偏转单元可以包括两个分离的、分别在一个方 向上摆动的微镜。在此，将反射物镜尤其是设计为使得在光方向的主微镜上的束腰被成像 到投影面上。已经证实的是，通过借助至少两个、并且尤其是仅仅两个镜元件可以引起f-theta 校正，由此可以在投影面上产生几乎无扭曲的图像。换言之，由此实现了所投影的点的屏幕 坐标是偏转单元的偏转角度的线性函数。优选的是，光源包括至少一个二极管泵浦的固体激光器(RGB激光源)，其中投影 仪尤其是构建为激光投影仪。在此，光源可以被直接调制或者包括调制单元，其构建用于调 制光束。优选的是，光源构建用于根据偏转单元的运动来调制光束。特别地，借助光源生成、 调制三种颜色，红、绿和蓝以及合并为光束，尤其是激光束，该光束已经包含所有图像信息。优选的是，所述至少两个镜元件的反射面分别构建为通过圆锥曲线围绕旋转轴线 旋转所产生的旋转体。特别地，圆锥曲线可以是双曲线。在一个优选的实施形式中设计的 是，旋转体具有共同的旋转轴线。优选的是，偏转单元的镜面或者孔径的法线在静止状态中相对于旋转体的共同的 旋转轴线以20°到60°之间的角度，尤其是以40°的角度设置。证实为有利的是，第二圆锥曲线的数值偏心率相对于第一圆锥曲线的数值偏心率 的商在0. 6至0. 8的值域中，尤其是为0. 7。特别有利的是，第一圆锥曲线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影图像（６）的投影仪（１），其具有：用于产生光束（１２）的光源（２）；可枢转的偏转单元（３），其构建用于将光源（２）产生的光束（１２）偏转到投影面（５）上；以及成像装置（７，８，９），用于将偏转单元（３）的孔径（３ａ）成像到投影面（５）上；其特征在于，成像装置（７，８，９）包括带有至少两个镜元件（８，９）的反射物镜（７）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：亨宁雷恩，
申请(专利权)人：奥斯兰姆有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]