DE10063793C1 - Optical projection system providing primary and secondary projection images using modulation of light beam from single light source - Google Patents
Optical projection system providing primary and secondary projection images using modulation of light beam from single light sourceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, wobei mit einem ersten intensitäts- und/oder farbmodulierten Lichtbündel mittels einer ersten Projektionseinrichtung ein erstes Bild erzeugt wird und mit einem aus der gleichen Lichtquelle erzeugten Lichtbündel mit einer zweiten Projektionseinrichtung ein zweites Bild darstellbar ist.The invention relates to a projection system with a light source, with a first intensity and / or color modulated light bundle by means of a first Projection device a first image is generated and with one of the same Light source generated light bundles with a second projection device second image can be displayed.
Bekannt ist nach US 5,051,834 eine Projektionseinrichtung, die eine Laserlichtquelle enthält. Das monochrome Lichtbündel der Laserlichtquelle wird mittels eines akustooptischen Modulators intensitätsmoduliert. Ein intensitätsmoduliertes Primär- Lichtbündel (Strahl 1. Ordnung) wird einem Raster-Scanner-System zugeführt, das das Nutz-Lichtbündel zeilenmäßig (horizontal) und bildmäßig (vertikal) ablenkt. Einem Rest-Lichtbündel (Strahl 0. Ordnung) ist eine Modulationsfunktion aufgeprägt, die der Invertierten der Modulationsfunktion des Primär-Lichtbündels entspricht. Das Rest-Lichtbündel wird einem Vektor-Scanner-System direkt zugeführt. Mit dem Rest- Lichtbündel wird eine Vektorgrafik auf dem Bildschirm gezeichnet.According to US 5,051,834 a projection device is known which contains a laser light source. The monochrome light beam from the laser light source is intensity-modulated using an acousto-optical modulator. An intensity-modulated primary light beam ( 1st order beam) is fed to a raster scanner system, which deflects the useful light beam line-wise (horizontally) and image-wise (vertically). A modulation function is imprinted on a residual light beam (beam of the 0th order), which corresponds to the inverse of the modulation function of the primary light beam. The remaining light beam is fed directly to a vector scanner system. A vector graphic is drawn on the screen with the rest of the light beam.
Diese Anordnung hat zwei prinzipielle Nachteile. Zunächst ist eine feste räumliche Zuordnung des Ablenksystems zum Raster-Scannen und des Ablenksystems zum Vektor-Scannen erforderlich. Diese feste Anordnung wird durch die gegebene Winkelablenkung des akustooptischen Modulators in Verbindung mit dem die Winkelablenkung vergrößernden Prisma bestimmt.This arrangement has two basic disadvantages. First is a fixed spatial Assignment of the deflection system to raster scanning and the deflection system to Vector scanning required. This fixed arrangement is given by the Angle deflection of the acousto-optic modulator in connection with the Prism magnifying angular deflection.
Bei gebräuchlichen akustooptischen Modulatoren beträgt der maximal erreichbare Ablenkwinkel etwa 3°. Selbst bei einer Verdopplung dieses Winkels durch das in den Strahlengang eingefügte Prisma, sind ohne weitere Hilfsmittel große optische Wege erforderlich, um die beiden Ablenksysteme nebeneinander anzuordnen.The maximum achievable with conventional acousto-optical modulators Deflection angle about 3 °. Even if this angle is doubled by the in the Beam path inserted prism are great optical paths without further aids required to arrange the two deflection systems side by side.
Weiterhin ist die Intensität (Helligkeit) des Rest-Lichtbündels nicht eigenständig modulierbar, so daß nur ein in sich geschlossener Linienzug geschrieben werden kann. Furthermore, the intensity (brightness) of the residual light beam is not independent can be modulated so that only a self-contained line is written can.
Während in den Phasen einer 0% Modulation des Nutz-Lichtbündels das Rest- Lichtbündel 100% der Energie des Laserlichtbündels enthält, ist in den Phasen der 100% Modulation des Nutz-Lichtbündels das Rest-Lichtbündel völlig ausgelöscht. Diese Lösung liefert nur monochromatische Bilder und eine Vektorgrafik in der gleichen Lichtwellenlänge.While in the phases of 0% modulation of the useful light beam, the remaining Beam contains 100% of the energy of the laser beam is in the phases of 100% modulation of the useful light beam completely extinguishes the rest of the light beam. This solution only provides monochromatic images and a vector graphic in the same light wavelength.
Weiterhin ist zum Beispiel aus der DE 43 24 848 C1 ein Farb-Laser- Videoprojektionssystem bekannt, bei dem Laser-Lichtbündel in den Farben Rot, Grün und Blau entsprechend der Videoinformation intensitätsmoduliert werden. Der Bildaufbau erfolgt mittels eines zweiachsigen Ablenksystems indem ein intensitäts- und farbmoduliertes Laser-Lichtbündel in Zeilenrichtung und Bildrichtung abgelenkt wird. Infolge des zeilenweisen Bildaufbaues und der fortlaufenden Wiederholung des Bildaufbaues ergeben sich Zeitabschnitte, in denen die kontinuierlich anliegende Laser-Lichtleistung unabhängig von der Videoinformation nicht zur Bilddarstellung genutzt werden kann. In den sogenannten Totzeiten, die jeweils zwischen jeder der Zeilen und jedem der sich wiederholenden Bildaufbauten auftreten, wird die Laser- Lichtleistung zu 100% in jeder der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau vollständig auf Absorber geleitet, die die Laser-Lichtleistung in Wärmeenergie wandeln. Praktisch wird ein nicht unbedeutender Anteil der mit relativ großem Aufwand erzeugten Laser-Lichtleistung in den Farben Rot, Grün und Blau vernichtet. Vergleichbar sind die Verhältnisse beim Einsatz von räumlichen Lichtbündel- Modulatoren in einem Projektor, wie z. B. einer DMD-Matrix, deren aktive Oberfläche mit einem Lichtbündel ausgeleuchtet wird. Dabei kann das Lichtbündel aus einer Glühlampe oder Entladungslampe erzeugt werden oder aus einem aufgeweiteten Laser-Lichtbündel bestehen. Furthermore, for example from DE 43 24 848 C1, a color laser Video projection system known, in which the laser light bundle in the colors red, Green and blue are intensity modulated according to the video information. The The image is created using a two-axis deflection system in which an intensity and color-modulated laser light beam deflected in the line direction and image direction becomes. As a result of the line-by-line image structure and the continuous repetition of the Image construction results in periods in which the continuously applied Laser light output independent of the video information not for image display can be used. In the so-called dead times, each between each of the Lines and each of the repeating image structures occurs, the laser 100% light output completely in each of the three primary colors red, green and blue directed to absorbers, which convert the laser light output into thermal energy. Practically, a not insignificant proportion becomes that with relatively great effort generated laser light power in the colors red, green and blue destroyed. The conditions are comparable when using spatial light beams Modulators in a projector, such as B. a DMD matrix, the active surface is illuminated with a light beam. The light beam can be made from a Incandescent or discharge lamp are generated or expanded from a Laser light beams exist.
Die WO 00/65846 beschreibt ein Verfahren zur Bildprojektion, bei dem ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Jeder Teilstrahl wird dann mit einer separaten Einheit moduliert, wobei ein modulierter Strahl zur rastergrafischen Projektion eines Bildes, der andere modulierte Teilstrahl zur Ausleuchtung besonders heller Bildpunkte in dem Bild (sogenannte kalligraphische Lichter) verwendet wird.WO 00/65846 describes a method for image projection in which a laser beam is divided into two Partial beams is split. Each sub-beam is then modulated with a separate unit, one modulated beam for raster-graphic projection of an image, the other modulated Partial beam for illuminating particularly bright pixels in the image (so-called calligraphic lights) is used.
Die Erfindung soll das Problem lösen, daß ein mit erheblichen Aufwand erzeugtes Lichtbündel vollständiger, als dies bisher möglich ist, einer Nutzung zugeführt werden kann. Die Anteile des Lichts, die infolge der Modulation des Lichtbündels bisher vernichtet werden, sollen verringert werden.The invention is intended to solve the problem that one with considerable effort generated light bundle more complete than is previously possible, one use can be supplied. The proportions of light that result from the modulation of the Beams of light previously destroyed should be reduced.
Es sollen weiterhin neuartige Effekte der Bildpräsentation gezeigt werden können, wobei der zusätzliche Aufwand vergleichsweise gering gehalten werden soll.Novel effects of the image presentation should continue to be shown, the additional effort should be kept comparatively low.
Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, bei dem mit einem ersten intensitäts- und/oder farbmodulierten Lichtbündel mittels einer ersten Projektionseinrichtung ein erstes Bild erzeugt wird und mit einem aus der gleichen Lichtquelle erzeugten Lichtbündel mit der gleichen oder einer weiteren Projektionseinrichtung ein zweites Bild darstellbar ist. In einem solchen Projektionssystem wird ein Quell-Lichtbündel aus der Lichtquelle einem ersten Modulator zugeführt und ein erster Ausgang des ersten Modulators strahlt ein intensitätsmoduliertes Primär-Lichtbündel ab und seine optische Information entspricht einer ersten Modulationsfunktion für das erste Bild, die aus einer ersten Eingangsgröße gewonnen wird. Gleichzeitig strahlt ein zweiter Ausgang des ersten Modulators ein erstes Rest-Lichtbündel ab, dessen zeitlicher Intensitätsverlauf aus der Differenz der Intensität des einfallenden Lichtbündels und der Intensität des Primär-Lichtbündels sich ergibt. Mit dem Primär-Lichtbündel wird durch eine erste Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation das erste Bild dargestellt.The invention relates to a projection system with a light source, in which a first intensity and / or color modulated light beam by means of a first Projection device a first image is generated and with one of the same Light source generated light bundles with the same or another Projection device a second image can be displayed. In one Projection system, a source light beam from the light source is a first Modulator supplied and a first output of the first modulator radiates intensity-modulated primary light bundle and its optical information corresponds to a first modulation function for the first image, which consists of a first Input variable is obtained. At the same time, a second exit of the first shines Modulator a first residual light bundle, whose temporal intensity curve from the difference in the intensity of the incident light beam and the intensity of the Primary light beam results. With the primary light beam, a first Device for spatial light beam modulation shown the first picture.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rest-Lichtbündel einem zweiten Modulator zugeführt wird und an einem ersten Ausgang des zweiten Modulators ein intensitätsmoduliertes Sekundär-Lichtbündel abstrahlt, dessen optische Information einer zweiten Modulationsfunktion für das zweite Bild entspricht, die aus einer zweiten Eingangsgröße gewonnen wird, wobei das Sekundär- Lichtbündel einer zweiten Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation zugeführt wird, mit der das zweite Bild dargestellt wird. The invention is characterized in that the first residual light beam is fed to a second modulator and at a first output of the second Modulator emits an intensity-modulated secondary light beam, the optical information corresponds to a second modulation function for the second image, which is obtained from a second input variable, the secondary Beam of a second device for spatial beam modulation is supplied with which the second image is displayed.
Die bisher vernichteten Lichtanteile des ersten Rest-Lichtbündels werden mit Hilfe der Erfindung zu einer Bilddarstellung nutzbringend verwendet.The previously destroyed light components of the first residual light beam are removed with the help of the invention used for an image display.
Dabei ist es bei bestimmten Anwendungen wünschenswert, und bei einigen Arten von Modulatoren möglich, daß an einem zweiten Ausgang des zweiten Modulators ein zweites Rest-Lichtbündel abgestrahlt wird, dessen zeitlicher Intensitätsverlauf aus der Differenz der Intensität des in den zweiten Modulator einfallenden ersten Rest-Lichtbündels und der Intensität des Sekundär-Lichtbündels sich ergibt und dieses zweite Rest-Lichtbündel für eine weitere Verarbeitung, zur Darstellung eines dritten Bildes oder für Meßzwecke, zur Verfügung steht. In der Regel wird aber das zweite Rest-Lichbündel einem Absorber zugeführt oder diffus abgestrahlt. Derartige Modulatoren sind zum Beispiel ein DMD-Array oder ein elektrooptischer Modulator.It is desirable in certain applications, and in some Types of modulators possible that at a second output of the second Modulator a second residual light beam is emitted, the temporal Intensity curve from the difference in the intensity of the in the second modulator incident first residual light beam and the intensity of the secondary light beam results and this second residual light beam for further processing, for Representation of a third image or for measurement purposes, is available. In the As a rule, however, the second residual light beam is fed to an absorber or diffusely radiated. Such modulators are, for example, a DMD array or a electro-optical modulator.
Eine erste vorteilhafte Ausbildungsform des Projektionssystems besteht darin, daß das in den ersten Modulator einfallende Quell-Lichtbündel ein kollineares Lichtbündel ist und das vom zweiten Ausgang des Modulators abgestrahlte Primär- Lichtbündel kollinear ist.A first advantageous embodiment of the projection system consists in that the source light beam incident in the first modulator is a collinear Is a light beam and the primary light emitted by the second output of the modulator The light beam is collinear.
Diese Ausbildungsform wird dadurch weitergebildet, daß das in den zweiten Modulator einfallende erste Rest-Lichtbündel ebenfalls ein kollineares Lichtbündel ist und das vom zweiten Ausgang des zweiten Modulators abgestrahlte Sekundär- Lichtbündel ebenfalls kollinear ist.This form of training is further developed in that in the second Modulator incident first residual light bundle is also a collinear light bundle and the secondary radiation emitted by the second output of the second modulator The light beam is also collinear.
Mit kollinearen Lichtbündeln wird eine Bilddarstellung dadurch ermöglicht, daß der zweite Ausgang des ersten Modulators oder die zweiten Ausgänge der Modulatoren mit jeweils einem zweiachsig arbeitenden Lichtbündel-Ablenker als Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation verbunden sind, mit denen jeweils ein Bild projizierbar ist. With collinear light beams, an image display is made possible in that the second output of the first modulator or the second outputs of the Modulators, each with a two-axis light beam deflector as Device for spatial light beam modulation are connected to those one image can be projected.
Als zweiachsig arbeitender Lichtbündel-Ablenker kommt nach dem heutigen Stand der Technik ein Polygonspiegel zur Zeilenablenkung und ein Kippspiegel zur Bildablenkung, insbesondere zur Darstellung eines Videobildes, oder zwei Kippspiegel, insbesondere zur Darstellung einer Vektorgrafik, zum Einsatz.As a biaxial beam deflector comes according to the current state the technology a polygon mirror for line deflection and a tilt mirror for Image deflection, especially for displaying a video image, or two Tilting mirror, in particular for displaying a vector graphic, is used.
Eine zweite Ausbildungsform des Projektionssystems besteht darin, daß das in den ersten Modulator einfallende Quell-Lichtbündel ein Objektfeld dieses Modulators ausleuchtet, wobei dieser mit der ersten Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation identisch. Als räumlicher Lichtbündel-Modulator kommt insbesondere ein DMD-Array zum Einsatz, da dieses ein Primär-Lichtbündel zur Bilddarstellung liefert und das Rest-Lichtbündel Strahleigenschaften hat, die noch für eine Darstellung eines zweiten Bildes geeignet sind. Möglich ist auch die Verwendung einer LCD-Matrix vom Reflexionstyp.A second form of training of the projection system is that source light bundles incident in the first modulator an object field this Illuminates modulator, this with the first device for spatial Beam modulation identical. Comes as a spatial light beam modulator in particular a DMD array is used, since this is a primary light beam for Image display delivers and the residual light beam has beam properties that are still for a representation of a second image is suitable. That is also possible Using a reflection type LCD matrix.
Diese wird dadurch weitergebildet, daß das in den zweiten Modulator einfallende erste Rest-Lichtbündel ein Objektfeld des zweiten Modulators ausleuchtet und dieser mit der zweiten Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel- Modulation identisch ist.This is further developed in that in the second modulator incident first residual light bundles an object field of the second modulator illuminates and this with the second device for spatial light beam Modulation is identical.
Als räumliche Lichtbündel-Modulatoren können hier, neben den vorhergehend genannten, auch Bauelemente zum Einsatz kommen, die nur ein verwertbares Sekundär-Lichtbündel liefern, insbesondere in der Art einer LCD-Matrix vom Transmissionstyp, oder eines GLV oder eines Diapositivs. Das zweite Rest- Lichtbündel ist dann nicht existent; das entsprechende Licht wird absorbiert oder gestreut.In addition to the previous ones, spatial light beam modulators can be used here mentioned, also components are used that only a usable Deliver secondary light beams, especially in the manner of an LCD matrix from Transmission type, or a GLV or a slide. The second remaining The light beam then does not exist; the corresponding light is absorbed or scattered.
Weiterhin ist vorgesehen das erste Bild mit dem kollinearen intensitäts- und farbmodulierten Lichtbündel zu schreiben und das zweite Bild mit dem räumlichen Lichtbündel-Modulator zu erzeugen. Dazu ist vorgesehen, daß das in den zweiten Modulator einfallende kollineare erste Rest-Lichtbündel durch eine Aufweitungsoptik auf die Größe des Objektfeldes des zweiten Modulators aufgeweitet wird und dieses ausleuchtet. Furthermore, the first image with the collinear intensity and color-modulated light beam and write the second image with the spatial Generate light beam modulator. It is envisaged that in the second Collinear first residual light bundle incident on the modulator through an expansion optic is expanded to the size of the object field of the second modulator and this illuminates.
Diese Ausbildungsform des Projektionssystems ist eine Kombination der ersten und der zweiten Ausbildungsform und besteht darin, daß das in den ersten Modulator einfallende Lichtbündel ein kollineares Lichtbündel ist und die den ersten Modulator verlassenden Lichtbündel kollinear sind und nach dem zweiten Ausgang des ersten Modulators ein zweiachsig arbeitender Lichtbündel-Ablenker als erste Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation angeordnet ist.This type of training of the projection system is a combination of the first and the second form of training and is that in the first modulator incident light beam is a collinear light beam and which is the first modulator leaving light beams are collinear and after the second exit of the first Modulators a biaxial beam deflector as the first device is arranged for spatial light beam modulation.
Die Ansteuerung des Projektionssystems erfolgt in zweckmäßiger Weise so, daß innerhalb der ersten Modulationsfunktion für das erste Bild ein Zeitintervall innerhalb einer Periode vorhanden ist, zu dem das Primär-Lichtbündel mit der Intensität identisch Null erzeugt wird, und innerhalb dieses Zeitintervalles der zweite Modulator mit der zweiten Modulationsfunktion entsprechend der zweiten Eingangsgröße ausgesteuert wird. Die zeitliche Aufteilung der Modulationsfunktionen für das erste Bild und das zweite Bild kann in einem gleichen Anteil erfolgen, so daß hinsichtlich der Eigenschaften Helligkeit und Auflösung gleichwertige Bilder erzeugt werden können.The projection system is appropriately controlled in such a way that that within the first modulation function for the first picture a time interval is present within a period at which the primary light bundle with the Intensity identical to zero is generated, and the second within this time interval Modulator with the second modulation function corresponding to the second Input variable is controlled. The temporal distribution of the modulation functions for the first image and the second image can be done in an equal proportion, so that equivalent images in terms of brightness and resolution can be.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung liegen die Zeitintervalle als Vertikalaustastung innerhalb einer Periode zum Schreiben einer Zeile des ersten Bildes und/oder als Horizontalaustastung innerhalb der Periode zum Schreiben eines Vollbildes des ersten Bildes einer Video- oder Fernsehnorm vor.According to a development of the invention, the time intervals are as Vertical blanking within a period for writing one line of the first Image and / or as a horizontal blanking within the period for writing a Full screen of the first picture of a video or television standard.
Zum Beispiel findet in Deutschland die CCIR-Norm Standard B, G Anwendung. Dort beträgt die Dauer der Periode für das Rastern einer Zeile 64 µs, welche eine Horizontalaustastung (Zeilentotzeit) von 12 µs beinhaltet. Die Dauer der Periode für den Aufbau eines Bildes beträgt 20 ms, welche eine Vertikalaustastung (Bildtotzeit) von 1,612 ms beinhaltet. Mit dem Videosignal wird das erste Bild gemäß der Video- oder Fernsehnorm erzeugt. Die Aussteuerung zur Erzeugung des zweiten Bildes erfolgt in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Modulationsfunktion für das erste Bild und von dem darzustellenden Inhalt des zweiten Bildes entsprechend eines Signals der zweiten Eingangsgröße innerhalb der Zeitintervalle der Vertikalaustastung und/oder der Horizontalaustastung, die von dem anliegenden Videosignal der ersten Eingangsgröße vorgegeben werden. For example, the CCIR standard B, G is used in Germany. There the duration of the period for rasterizing a line is 64 µs, which is one Horizontal blanking (line dead time) of 12 µs included. The duration of the period for the structure of an image is 20 ms, which is a vertical blanking (image dead time) of 1.612 ms included. With the video signal, the first image according to the video or television norm. The modulation for generating the second image takes place depending on the time course of the modulation function for the first image and corresponding to the content of the second image to be displayed of a signal of the second input variable within the time intervals of the Vertical blanking and / or horizontal blanking by the adjacent Video signal of the first input variable can be specified.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht daher darin, daß das erste Bild ein zeilenmäßig und bildmäßig aufgebautes Videobild gemäß einer Video- oder Fernsehnorm ist und das zweite Bild ein untergeordnetes Videobild oder eine Vektorgrafik-Darstellung ist. Somit kann das intensitäts- und/oder farbmodulierte Primär-Lichtbündel aus dem ersten Modulator zum Beispiel nur während eines Zeitintervalls von 77,22% mit einer maximalen Intensität von 100% des einfallenden Lichtbündels ausgesteuert werden. Somit fällt in den zweiten Modulator zumindest während eines Zeitintervalls von 22,78% Dauer einer Periode ebenfalls 100% Intensität des Lichtbündels ein und steht zur 100% Modulation für den zweiten Modulator zur Verfügung.An advantageous embodiment of the invention is therefore that first image a line image and line image video image according to a video or television norm and the second picture is a sub video picture or one Vector graphic illustration is. Thus, the intensity and / or color modulated Primary light beams from the first modulator, for example, only during one Time interval of 77.22% with a maximum intensity of 100% of the incident Beam of light can be controlled. So at least falls into the second modulator during a time interval of 22.78% duration of a period also 100% Intensity of the light beam and stands for 100% modulation for the second Modulator available.
Für die Aussteuerung der Modulationsfunktion für das zweite Bild steht der nicht unerhebliche Zeitraum des Zeilenwechsels von etwa 18% einer Periode zur Verfügung, die für den Aufbau einer Zeile des ersten Bildes notwendig ist. Weiterhin stehen für die Modulation des zweiten Bildes noch ein Zeitraum des Bildwechsels von 8% einer weiteren Periode zur Verfügung, die für den Aufbau eines Vollbildes des ersten Bildes notwendig ist. Somit kann jeder der Modulatoren innerhalb eines vorgegebenen Zeitregimes zu 100% der Intensität des einfallenden Lichtbündels unabhängig von dem jeweils anderen ausgesteuert werden.It does not represent the modulation function for the second picture insignificant period of line change of about 18% of a period Available, which is necessary for the construction of a line of the first picture. Farther stand for the modulation of the second picture a period of the picture change of 8% of a further period available for the construction of a full screen of the first picture is necessary. Thus each of the modulators can be used within one predetermined time regime to 100% of the intensity of the incident light beam be controlled independently of each other.
Überraschend hat sich gezeigt, daß mit diesem Lichtanteil von etwa 20% ein Lichtbündel für die Darstellung einer Vektorgrafik moduliert und ein flimmerfreies helles Bild erzeugt werden kann. Es genügt mit dem bisher in Wärme gewandelten Lichtanteil die Vektorgrafik zu schreiben. Da die Bildwiederholfrequenz der Vektorgrafik der Bildwiederholfrequenz der Fernsehnorm entspricht, wird die Vektorgrafik-Darstellung auch als flimmerfreies stehendes oder bewegtes Bild wahrgenommen.Surprisingly, it has been shown that with this proportion of light of about 20% Beams of light modulated for displaying a vector graphic and a flicker-free one bright image can be generated. It is enough with the previously converted into heat Light portion to write the vector graphic. Since the refresh rate of the Vector graphic corresponds to the refresh rate of the television standard, the Vector graphic display also as a flicker-free standing or moving image perceived.
Durch das unterschiedliche Erscheinungsbild der Vektorgrafik-Bilddarstellung und der Video-Bilddarstellung können durch die Überlagerung beider Bilder neuartige Effekte der Bilddarstellung realisiert werden. Insbesondere zeichnet sich diese Lösung dadurch aus, daß der Aufwand gegenüber den bekannten Lösungen fast halbiert ist, da zur gleichen Zeit eine Video-Bilddarstellung und eine Vektorgrafik- Bilddarstellung mit einer Projektionseinrichtung, die nur eine Lichtquelle enthält, gezeigt werden kann. Due to the different appearance of the vector graphic image display and the video image display can be new by overlaying both images Effects of image display can be realized. In particular, this stands out Solution in that the effort compared to the known solutions almost is halved because at the same time a video image display and a vector graphic Image display with a projection device that contains only one light source, can be shown.
Die Verwendung einer Lichtquelle hat auch den Vorteil, daß sich betriebsbedingte Änderungen der Lichtleistung oder der spektralen Zusammensetzung des Lichtbündels immer auf beide Bilder in einer gleichen Weise auswirken. Ein weiterer Vorteil ist, daß die zur Lichterzeugung aufgewendete elektrische Leistung besser verwertet werden kann, da die erzeugte Lichtleistung in einem bisher nicht gekannten Maße zur Bilderzeugung ausgenutzt werden kann.The use of a light source also has the advantage of being operational Changes in light output or spectral composition of the The light beam always affects both images in the same way. Another The advantage is that the electrical power used to generate light is better can be used because the light output generated in a previously not known dimensions can be used for image generation.
Eine Alternative zur vorhergehend beschriebenen seriellen Art der Modulation besteht in einer parallelen Ansteuerung der Modulatoren. Der erste Modulator ist mit der ersten Modulationsfunktion für das erste Bild bis zu einer maximalen Größe aussteuerbar. Diese Größe ist durch einen ersten Anteil der Intensität des Quell- Lichtbündels bestimmt. Weiterhin ist der zweite Modulator mit der zweiten Modulationsfunktion für das zweite Bild bis zu einer maximalen Größe aussteuerbar. Diese Größe ist durch einen zweiten Anteil der Intensität des Quell-Lichtbündels bestimmt. Die beiden Anteile sind beliebig oder fest einstellbar, wobei diese in der Summe 100% der Intensität des Quell-Lichtbündels ergeben. Wird jedes der Lichtbündel bis maximal 50% der Intensität des Quell-Lichtbündels ausgesteuert, können gleichwertige Bilder erzeugt werden.An alternative to the serial type of modulation described above consists of a parallel control of the modulators. The first modulator is with the first modulation function for the first image up to a maximum size Exceptional dynamic range. This quantity is determined by a first part of the intensity of the source Beam of light determined. Furthermore, the second modulator is with the second Modulation function for the second image can be controlled up to a maximum size. This size is due to a second portion of the intensity of the source light beam certainly. The two parts can be set as desired or fixed, whereby these in the Sum up to 100% of the intensity of the source light beam. Will each of the Beams controlled up to a maximum of 50% of the intensity of the source beam, equivalent images can be generated.
Die serielle und die parallele Ansteuerung der Modulatoren kann auch miteinander kombiniert werden, wobei dies insbesondere für die Darstellung von mehr als zwei Bildern zweckmäßig ist.The serial and parallel control of the modulators can also be used together can be combined, in particular for the display of more than two Pictures is appropriate.
Das Projektionssystem ist insbesondere für eine farbige Bilddarstellung vorgesehen. Die Lichtquelle liefert hier Quell-Lichtbündel jeweils in einer der Primärfarben Rot, Grün und Blau oder diese werden aus dem Quell-Lichtbündel erzeugt, wobei diese mit Anteilen vorliegen, die bei einer 100% Modulation und additiver Überlagerung weißes Licht ergeben. Jeweils ein Lichtbündel wird in einen von drei Intensitätsmodulatoren einer ersten Gruppe von Modulatoren eingekoppelt. An einem ersten Ausgang jedes Intensitätsmodulators wird ein intensitätsmoduliertes Primär-Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben erzeugt. The projection system is especially for a colored image display intended. The light source delivers source light bundles in each of the Primary colors red, green and blue or these become the source light bundle generated, these are present in proportions with a 100% modulation and additive overlay give white light. One bundle of light is placed in one coupled in by three intensity modulators of a first group of modulators. An intensity-modulated is at a first output of each intensity modulator Primary light beams generated in one of the primary colors.
Die Primär-Lichtbündel werden zur Darstellung des ersten farbigen Bildes genutzt. Weiterhin wird an einem Ausgang jedes Intensitätsmodulators ein erstes Rest- Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben erzeugt.The primary light beams are used to display the first colored image. Furthermore, a first residual signal is applied to an output of each intensity modulator. Beams of light generated in one of the primary colors.
In dem jeweiligen Strahlengang der ersten Rest-Lichtbündel für jede der Primärfarben ist jeweils ein Intensitätsmodulator einer zweite Gruppe von Modulatoren angeordnet. Jeweils ein erster Ausgang dieser Intensitätsmodulatoren liefert ein intensitätsmoduliertes Sekundär-Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben und jeweils ein zweiter Ausgang liefert ein zweites Rest-Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben. Die zweiten Rest-Lichtbündel werden auf einen Absorber geleitet oder diese werden weiter verarbeitet.In the respective beam path, the first residual light bundle for each of the Each primary color is an intensity modulator of a second group of Modulators arranged. A first output of each of these intensity modulators delivers an intensity-modulated secondary light beam in each of the Primary colors and a second output each provide a second residual light beam in one of the primary colors. The second remaining light beams are on one Absorber directed or these are processed further.
Die Sekundär-Lichtbündel werden zur Darstellung des zweiten farbigen Bildes verwendet.The secondary light beams are used to represent the second colored image used.
Diese Anordnung zur Farbbildprojektion ist mit dem Prinzip der intensitäts- und farbmodulierten schreibenden Lichtbündel oder mit dem Prinzip der aufgeweiteten Lichtbündel in den Primärfarben und der räumlichen Lichtbündel-Modulation oder mit den beiden Prinzipien in Kombination realisierbar.This arrangement for color image projection is based on the principle of intensity and color-modulated writing light bundles or with the principle of expanded Beams in the primary colors and spatial beam modulation or with the two principles can be implemented in combination.
Bei einer Projektionsanordnung für farbige Bilder ist es vorteilhaft, wenn die additive Farbmischung nicht unmittelbar auf der Projektionsfläche erfolgt. Bessere Bilder werden erzeugt, wenn die jeweils drei intensitätsmodulierten Primär- Lichtbündel in den Primärfarben und/oder jeweils die drei intensitätsmodulierten Sekundär-Lichtbündel in den Primärfarben in jeweils ein Mittel zur Lichtbündel- Überlagerung eingekoppelt werden. Diese Mittel sind bekannte Kombinationen aus Umlenkspiegeln und chromatischen Spiegeln oder Anordnungen von Wellenleitern, die Lichtbündel räumlich vereinigen. Solche Anordnungen sind zum Beispiel aus der WO 96/25009 bekannt.In a projection arrangement for colored images, it is advantageous if the additive color mixing does not take place directly on the projection surface. better Images are generated when the three intensity-modulated primary Beams of light in the primary colors and / or the three intensity-modulated ones Secondary light bundles in the primary colors each in a means for light bundle Overlay can be coupled. These agents are known combinations of Deflecting mirrors and chromatic mirrors or arrangements of waveguides, unite the light beams spatially. Such arrangements are for example from the WO 96/25009 known.
Je nach Ausführung der Projektionsanordnung für eine farbige Bilddarstellung sind nach dem Mittel zur Lichtbündel-Überlagerung weitere optische Baugruppen angeordnet. Werden in der Gruppe der drei Modulatoren DMD-Arrays eingesetzt folgt dem Mittel zur Überlagerung ein Projektionsobjektiv. Depending on the design of the projection arrangement for a colored image display after the means for superimposing the light bundles, further optical assemblies arranged. Are used in the group of three modulator DMD arrays a projection lens follows the means for superimposition.
Werden in der Gruppe der Modulatoren akustooptische oder elektrooptische Modulatoren eingesetzt folgt dem Mittel zur Überlagerung ein zweiachsig arbeitender Lichtbündel-Ablenker oder eine Lichtleitfaser-Verbindung zum zweiachsig arbeitenden Lichtbündel-Ablenker.Are acousto-optic or electro-optical in the group of modulators When used with modulators, the means of superimposition is followed by a two-axis one Beam deflector or an optical fiber connection to the biaxial working light beam deflector.
Für eine Farbbild-Projektion kann die Lichtquelle auch weißes Licht liefern, welches in die Primärfarben zerlegt wird oder die Lichtquelle besteht aus deren drei, jeweils einer für jede der Primärfarben.For a color image projection, the light source can also supply white light, which is broken down into the primary colors or the light source consists of three, each one for each of the primary colors.
Die Projektionsanordnung kann auch mit mehr als zwei hintereinander geschalteten Modulatoren aufgebaut werden. Somit können auch mehr als zwei Bilder aus dem Lichtbündel der einen Lichtquelle erzeugt werden.The projection arrangement can also be connected in series with more than two Modulators are built. This means that more than two pictures from the Beams of a light source are generated.
Dazu ist zwischen dem ersten Modulator und dem letzten Modulator mindestens ein weiterer Modulator angeordnet, wobei an dem zweiten Ausgang jedes weiteren Modulators ein weiteres intensitäts- und oder farbmoduliertes weiteres Lichtbündel anliegt. Dieses jeweilige weitere Lichtbündel wird jeweils einer weiteren Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation zugeführt, mit dieser jeweils ein weiteres Bild darstellbar ist. Mit dem Projektionssystem können zwei Bilder relativ unabhängig voneinander dargestellt werden. Die praktische Realisierung wird daher so ausgeführt, daß das Projektionssystem eine erste Baugruppe aufweist, die zumindest die Lichtquelle enthält.For this there is at least one between the first modulator and the last modulator Another modulator arranged, with each further at the second output Another light and intensity-modulated or color-modulated light beam is applied. This respective further light bundle becomes a further device for spatial light beam modulation, each with another picture can be represented. With the projection system, two images can be relatively independent from each other. The practical implementation will therefore be like this executed that the projection system has a first assembly, the contains at least the light source.
Das Projektionssystem enthält weiterhin zwei weitere Baugruppen, von denen jeweils eine zumindest die Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation enthält. Die Zuordnung der Modulatoren und der elektronischen Steuereinrichtungen zu diesen Baugruppen oder als zusätzliche separate Baugruppe erfolgt nach den Randbedingungen, die die jeweilig eingesetzten technischen Mittel vorgeben. Einige Beispiele werden in den Ausführungsbeispielen genannt, wobei der Fachmann auch beliebige andere Kombinationen festlegen kann. The projection system also contains two further assemblies, one of which in each case at least one device for spatial light beam modulation contains. The assignment of the modulators and the electronic control devices to these modules or as an additional separate module is carried out according to the Boundary conditions that specify the technical means used in each case. Some Examples are mentioned in the exemplary embodiments, the person skilled in the art also can set any other combinations.
Die zwei weiteren Baugruppen sind die eigentlichen Bildprojektoren, die an verschiedenen Orten aufgestellt werden können. Dabei können das erste Bild und das zweite Bild auf einer einzigen Projektionsfläche oder das erste Bild auf einer ersten Projektionsfläche und das zweite Bild auf einer zweiten Projektionsfläche dargestellt werden.The two other assemblies are the actual image projectors that are attached to can be placed in different locations. The first picture and the second image on a single projection surface or the first image on one first projection surface and the second image on a second projection surface being represented.
Wenn das erste Bild und das zweite Bild auf einer einzigen Projektionsfläche dargestellt werden sollen, ist es zweckmäßig, daß ein einziges Projektionssystem eingesetzt wird, wobei dieses in diesem Fall eine erste Baugruppe aufweist, die zumindest die Lichtquelle enthält, dieses weiterhin eine weitere Baugruppe aufweist, die zumindest den ersten und den zweiten Modulator und/oder die erste und die zweite Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation enthält und die das erste Bild und das zweite Bild auf einer Projektionsfläche darstellen. Somit ist zum Beispiel eine Projektionsanordnung geschaffen, die in einem einzigen Projektor die zwei an sich sehr verschiedenen Darstellungsformen eines Bildes realisieren kann: Die Darstellung eines zeilenmäßig und bildmäßig geschriebenen Videobildes und die Darstellung von Vektorgrafik.If the first image and the second image on a single screen to be displayed, it is appropriate that a single projection system is used, which in this case has a first assembly, the contains at least the light source, this further has a further assembly, the at least the first and the second modulator and / or the first and the contains second device for spatial light beam modulation and the first Display the image and the second image on a projection surface. So for example created a projection arrangement that in a single projector the two very different forms of representation of an image can be realized: The Representation of a video image written in lines and images and the Presentation of vector graphics.
Eine besonders günstige und variable Platzaufteilung zwischen der einen Lichtquelle, den Modulatoren und den Einrichtungen zur räumlichen Lichtbündel- Modulation wird dadurch möglich, daß zwischen der einen Lichtquelle und dem Eingang des ersten Modulators und/oder zwischen dem ersten Ausgang einer der Modulatoren und dem Eingang des jeweils in Lichtrichtung folgenden Modulators und/oder zwischen dem zweiten Ausgang jedes Modulators und seiner zugehörigen Einrichtung zur räumlichen Lichtbündel-Modulation eine Lichtleitfaser-Verbindung hergestellt ist.A particularly cheap and variable allocation of space between the one Light source, the modulators and the devices for spatial light bundle Modulation is possible in that between the one light source and the Input of the first modulator and / or between the first output one of the Modulators and the input of the following modulator in the direction of light and / or between the second output of each modulator and its associated one Device for spatial light beam modulation an optical fiber connection is made.
An den Enden jeder Lichtleitfaser-Verbindung ist dann eine die Lichtbündel formende Optik vorgesehen. At the ends of each optical fiber connection, one is the light bundle shaping optics provided.
Die Lichtquelle ist nach dem heutigen Stand der Technik zweckmäßiger Weise eine Laserquelle, da bisher nur damit ein hinreichend paralleles Lichtbündel erzeugt werden kann. Diese Lichtbündel lassen sich besonders effektiv mit elektrooptischen und akustooptischen Modulatoren in ihrer Intensität steuern. Weiterhin kann praktisch nur mit einem kollinearen Lichtbündel ein Bild direkt als Vektorgrafik oder ein Bild mit zellenmäßigen Bildaufbau geschrieben werden. Lichtbündel aus Laserlichtquellen sind heute in den Primärfarben Rot, Grün und Blau oder auch in anderen Farben verfügbar. Durch additive Lichtmischung kann weißes Licht erzeugt werden.According to the current state of the art, the light source is expediently one Laser source, because so far only a sufficiently parallel light beam has been generated with it can be. These light beams can be used particularly effectively with electro-optical ones and control acousto-optical modulators in their intensity. Furthermore can practically only with a collinear beam of light an image directly as a vector graphic or an image with cell-like structure is written. Beam of light off Today, laser light sources are in the primary colors red, green and blue or in other colors available. Additive light mixing can produce white light become.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß eines oder alle Bilder direkt aus der oder den Einrichtungen zur räumlichen Lichtbündel-Modulation heraus auf die Netzhaut eines Auges oder eines Augenpaares projiziert werden. Dieser Fall ist zum Beispiel beim direkten Betrachten einer LCD-Matrix gegeben oder durch ein direktes Schreiben eines Bildes auf die Netzhaut des Auges durch einen Laserstrahl.A further embodiment of the invention is achieved in that one or all Images directly from the device or devices for spatial light beam modulation projected out onto the retina of an eye or a pair of eyes. This is the case, for example, when looking directly at an LCD matrix or by writing an image directly to the retina of the eye through a Laser beam.
Die Erfindung ermöglicht auch, mit dem ersten Bild ein Videobild in einem ersten Format und mit dem zweiten Bild ein weiteres Videobild in einem anderen Format darzustellen. Zum Beispiel ist das erste Bild in einer Videonorm mit einer Auflösung von 1024 × 768 im Format 4 : 3 und das zweite Bild ist Computer-generiert mit einer Auflösung 1024 × 152 und daher im Format 4 : 0,6. Mit dem zweiten Bild kann zum Beispiel ein Untertitel projiziert werden, der das erste Bild überlagert oder unter diesem angezeigt wird.The invention also makes it possible to display a video image in a first format with the first image and a further video image in a different format with the second image. For example, the first picture is in a video standard with a resolution of 1024 × 768 in the format 4: 3 and the second picture is computer-generated with a resolution 1024 × 152 and therefore in the format 4: 0.6. With the second image, for example, a subtitle can be projected, which overlays the first image or is displayed below it.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to figures. Show it:
Fig. 1 Projektionssystem mit einem Projektor Fig. 1 projection system with a projector
Fig. 2 Farbbild-Projektionssystem mit zwei Projektoren Fig. 2 color image projection system with two projectors
Fig. 3 Projektionssystem mit einem Lichtbündel-Modulator, der ein DMD-Array und eine LCD-Matrix enthält Fig. 3 projection system with a light beam modulator, which contains a DMD array and an LCD matrix
Fig. 4 Projektionssystem, das einen elektrooptischen Modulator und eine LCD-Matrix enthält Fig. 4 projection system, which contains an electro-optical modulator and an LCD matrix
Fig. 5 Intensitätsverläufe während des Schreibens einer Zeile eines Videobildes bei einem zeitmultiplexen Betrieb der Modulatoren Fig. 5 intensity curves during the writing of a line of a video image in a time-multiplexed operation of the modulators
Fig. 6 Intensitätsverläufe während des Schreibens einer Zeile eines Videobildes bei einem parallelen Betrieb der Modulatoren. Fig. 6 intensity curves during the writing of a line of a video image in a parallel operation of the modulators.
Fig. 1 zeigt ein Projektionssystem mit einem Projektionskopf 51 und einer Mehrkanal-Lichtquelle 14, welches hier monochrome Bilder E und F auf einer Projektionsfläche 60 darstellt. Das Bild E ist ein Videobild und das Bild F ist eine Vektorgrafik-Darstellung. Zur Darstellung der zwei Bilder E und F sind in dem Projektionskopf 51 zwei räumliche Lichtbündel-Modulatoren 56 und 57 nebeneinander angeordnet. Fig. 1 shows a projection system comprising a projection head 51 and a multi-channel light source 14, which monochrome images E and F represents a projection on 60th Image E is a video image and Image F is a vector graphic representation. To display the two images E and F, two spatial light beam modulators 56 and 57 are arranged side by side in the projection head 51 .
Der räumliche Lichtbündel-Modulator 56 wird von der Ansteuereinheit 106 mit dem Signal B angesteuert und besteht aus zwei Kippspiegeln 36 und 46 zur zweiachsigen Ablenkung eines intensitätsmodulierten Sekundär-Lichtbündels 6. Der räumliche Lichtbündel-Modulator 57 wird von der Ansteuereinheit 107 mit dem Signal A angesteuert und besteht aus einem Polygonspiegel 37 zur Zeilenablenkung und einem Kippspiegel 47 zur Bildablenkung eines intensitätsmodulierten Primär- Lichtbündels 7. The spatial light beam modulator 56 is controlled by the control unit 106 with the signal B and consists of two tilting mirrors 36 and 46 for the biaxial deflection of an intensity-modulated secondary light beam 6 . The spatial light beam modulator 57 is controlled by the control unit 107 with the signal A and consists of a polygon mirror 37 for line deflection and a tilting mirror 47 for image deflection of an intensity-modulated primary light beam 7 .
Wie beschrieben hat die Mehrkanal-Lichtquelle 14 nur eine Strahlungsquelle 10. Diese ist im Beispiel eine monochromatische Laserstrahlungsquelle. Die Mehrkanal- Lichtquelle 14 beinhaltet weiterhin einen Mehrkanal-Modulator 13, beidem ein Quell- Lichtbündel 1 einem ersten Modulator 17 zugeführt wird und ein erster Ausgang des ersten Modulators das intensitätsmodulierte Primär-Lichtbündel 7 abstrahlt. Seine optische Information entspricht einer ersten Modulationsfunktion ΦA(t) für das erste Bild E und wird aus einer ersten Eingangsgröße A gewonnen. Gleichzeitig strahlt ein zweiter Ausgang des ersten Modulators 17 ein erstes Rest-Lichtbündel 3 ab. Dessen zeitlicher Intensitätsverlauf ergibt sich aus der Differenz der Intensität des einfallenden Lichtbündels 1 und der Intensität des Primär-Lichtbündels 7. Das erste Rest-Lichtbündel 3 wird einem Eingang eines zweiten Modulators 16 zugeführt. An einem ersten Ausgang des zweiten Modulators strahlt ein intensitätsmoduliertes Sekundär-Lichtbündel 6 ab. Dessen optische Information entspricht einer zweiten Modulationsfunktion ΦB(t) für das zweites Bild F und wird aus einer zweiten Eingangsgröße B gewonnen.As described, the multi-channel light source 14 has only one radiation source 10 . In the example, this is a monochromatic laser radiation source. The multi-channel light source 14 further includes a multi-channel modulator 13 , in which a source light bundle 1 is fed to a first modulator 17 and a first output of the first modulator emits the intensity-modulated primary light bundle 7 . Its optical information corresponds to a first modulation function Φ A (t) for the first image E and is obtained from a first input variable A. At the same time, a second output of the first modulator 17 emits a first residual light beam 3 . Its temporal intensity curve results from the difference between the intensity of the incident light beam 1 and the intensity of the primary light beam 7 . The first residual light beam 3 is fed to an input of a second modulator 16 . An intensity-modulated secondary light beam 6 emits at a first output of the second modulator. Its optical information corresponds to a second modulation function Φ B (t) for the second image F and is obtained from a second input variable B.
Dabei strahlt ein zweiter Ausgang des zweiten Modulators 16 ein zweites Rest- Lichtbündel 4 ab. Dessen zeitlicher Intensitätsverlauf ergibt sich aus der Differenz der Intensität des in den zweiten Modulator einfallenden ersten Rest-Lichtbündels 3 und der Intensität des Sekundär-Lichtbündels 6. Dieses zweite Rest-Lichtbündel 5 wird in diesem Beispiel einem Absorber 12 zugeführt.A second output of the second modulator 16 emits a second residual light bundle 4 . Its temporal intensity curve results from the difference between the intensity of the first residual light beam 3 incident in the second modulator and the intensity of the secondary light beam 6 . This second residual light bundle 5 is fed to an absorber 12 in this example.
Zum Beispiel erfolgt die Ansteuerung des Mehrkanal-Modulators 13 so, wie dies nachfolgend zu Fig. 5 beschrieben ist.For example, the multi-channel modulator 13 is controlled as described below in relation to FIG. 5.
Der Projektionskopf 51 ist über Koppellinsen 21 und 22 mit der Mehrkanal- Lichtquelle 14 bzw. den Ausgängen des Mehrkanal-Modulators 13 verbunden. Dabei ist jeweils ein Eingang eines räumlichen Lichtbündel-Modulators 56 oder 57 über die zugehörige Koppellinse 21 oder 22 mit einem zugehörigen Ausgang der Modulatoren 16 oder 17 optisch verbunden.The projection head 51 is connected via coupling lenses 21 and 22 to the multi-channel light source 14 or the outputs of the multi-channel modulator 13 . In this case, one input of a spatial light beam modulator 56 or 57 is optically connected to an associated output of the modulators 16 or 17 via the associated coupling lens 21 or 22 .
Der räumliche Lichtbündel-Modulator 57 erzeugt das Bild E, das durch zeilenmäßiges und bildmäßiges Rastern des intensitätsmodulierten Lichtbündels 7 entsteht. The spatial light beam modulator 57 generates the image E, which is created by line-by-line and image-based rasterization of the intensity-modulated light beam 7 .
Dieses Bild E ist im Beispiel ein Videobild, das mit Hilfe der Signale der Quelle A entsprechend einer Videonorm erzeugt wird. Der räumliche Lichtbündel-Modulator 56 zur Erzeugung des Bildes F als Vektorgrafik besteht aus einem zweiachsigen Ablenksystem, das mit kartesischen Koordinaten ansteuerbar ist. Dabei werden die beiden Bilder E und F aus einem Projektionskopf 51 heraus auf eine einzige Projektionsfläche 60 projiziert und werden auf dieser genau zur Überlagerung gebracht. Mit einer derartigen Projektion können besonders wirkungsvolle Bilddarstellungen erzeugt werden, die einerseits die filmische Darstellung eines Bildes beinhalten und andererseits die lichtstarken Effekte der Vektorgrafik- Darstellung nutzt.In the example, this image E is a video image that is generated with the aid of the signals from the source A in accordance with a video standard. The spatial light beam modulator 56 for generating the image F as a vector graphic consists of a biaxial deflection system which can be controlled with Cartesian coordinates. In this case, the two images E and F are projected out of a projection head 51 onto a single projection surface 60 and are precisely superimposed thereon. With such a projection, particularly effective image representations can be generated, which on the one hand contain the cinematic representation of an image and on the other hand use the bright effects of the vector graphic representation.
Fig. 2 zeigt ein Projektionssystem zur Farbbild-Darstellung mit zwei Projektionsköpfen 51a und 51b. Die Projektionsköpfe sollen hier auf getrennte und/oder nebeneinander oder untereinander angeordnete Projektionsflächen 60a und 60b unterschiedliche Bilder E und F darstellen. Fig. 2 shows a projection system for color image display with two projection heads 51 a and 51 b. The projection heads are intended to represent different images E and F on separate and / or side by side or one below the other projection surfaces 60 a and 60 b.
Ein Unterschied zur Fig. 1 besteht weiter darin, daß hier die Lichtquelle 10 eine Weiß-Laserlichtquelle ist. Das von der Lichtquelle 10 ausgestrahlte kollineare Lichtbündel 1 wird mit Hilfe einer Einrichtung zur Lichtbündelaufteilung 71, die chromatische Teilungsspiegel und Umlenkspiegel enthält, in einen roten Lichtanteil R, in einen grünen Lichtanteil G und in einen Blauen Lichtanteil B aufgeteilt. Jeder der Lichtanteile R, G, B wird jeweils einem Intensitätsmodulator zugeführt, die in dem ersten Modulator 17 enthalten sind. Jeder der drei Intensitätsmodulatoren wird mit dem der jeweiligen Primärfarbe zugeordneten Steuersignal UA(t) aus der Ansteuereinheit 107 angesteuert. Nach den Ausgängen der drei Intensitätsmodulatoren des ersten Modulators 17 ist eine Einrichtung zur Lichtbündelzusammenführung 77 angeordnet, die chromatische Teilungsspiegel und Umlenkspiegel enthält. Die Einrichtung zur Lichtbündelzusammenführung 77 liefert ein gemäß dem Videosignal A intensitäts- und farbmoduliertes Lichtbündel 7. Dieses wird über die Einkoppeloptik in eine Lichtleitfaserverbindung 27 eingekoppelt und gelangt dann wie in Fig. 1 beschrieben zur Darstellung des Bildes E, hier auf der Projektionsfläche 60a. Another difference to FIG. 1 is that here the light source 10 is a white laser light source. The collinear light beam 1 emitted by the light source 10 is divided into a red light component R, a green light component G and a blue light component B with the aid of a device for light beam distribution 71 , which contains chromatic division mirrors and deflection mirrors. Each of the light components R, G, B is fed to an intensity modulator, which are contained in the first modulator 17 . Each of the three intensity modulators is controlled with the control signal U A (t) assigned to the respective primary color from the control unit 107 . After the outputs of the three intensity modulators of the first modulator 17 , a device for bundling light beams 77 is arranged, which contains chromatic division mirrors and deflection mirrors. The device for bundling light bundles 77 supplies a light bundle 7 that is intensity and color modulated in accordance with video signal A. This is coupled into an optical fiber connection 27 via the coupling optics and then, as described in FIG. 1, reaches the representation of the image E, here on the projection surface 60 a.
Weiterhin tritt aus jedem der drei Intensitätsmodulatoren des ersten Modulators 17 das Lichtbündel 3 in jeweils einer der Farben Rot, Grün und Blau aus. Diese werden über Umlenkspiegel 11 jeweils einem von drei Intensitätsmodulatoren des zweiten Modulators 16 zugeführt, wobei diese Intensitätsmodulatoren die Steuersignale UB(t) für jede der Primärfarben von der Ansteuereinheit 106 erhalten.Furthermore, the light beam 3 emerges from each of the three intensity modulators of the first modulator 17 in one of the colors red, green and blue. These are each supplied to one of three intensity modulators of the second modulator 16 via deflection mirrors 11 , these intensity modulators receiving the control signals U B (t) for each of the primary colors from the control unit 106 .
Nach dem zweiten Modulator 16 folgt eine weitere Einrichtung zur Lichtbündelzusammenführung 76, die Lichtleitfaserverbindung 26, die Einrichtung zur räumlichen Lichtbündelmodulation 56 und die Projektionsfläche 60b. Die den zweiten Modulator 16 verlassenden zweiten Rest-Lichtbündel 4 in den Primärfarben R, G, B werden auf dem Absorber 12 in Wärme gewandelt. Hier sind zwei Projektionsköpfe 51a und 51b im Prinzip identisch aufgebaut. Sie beinhalten einen gleichen räumlichen Lichtbündel-Modulator 56 und 57. Diese bestehen aus jeweils einem Polygonspiegel 36 und 37 zur Zeilenablenkung und jeweils einem Kippspiegel 46 und 47 zur Bildablenkung jeweils des intensitätsmodulierten Lichtbündels 6 und 7. Die Ansteuerung erfolgt in diesem Beispiel gemäß dem Regime nach Fig. 6, womit gleichwertige Bilder E und F erhalten werden, die ein gleiches oder unterschiedliches Bildformat haben.The second modulator 16 is followed by a further device for bundling light bundles 76 , the optical fiber connection 26 , the device for spatial light bundle modulation 56 and the projection surface 60 b. The second residual light bundles 4 in the primary colors R, G, B leaving the second modulator 16 are converted to heat on the absorber 12 . In principle, two projection heads 51 a and 51 b are constructed identically here. They contain the same spatial light beam modulator 56 and 57 . These consist of a polygon mirror 36 and 37 for line deflection and a tilting mirror 46 and 47 for image deflection of the intensity-modulated light beams 6 and 7, respectively. In this example, the control takes place according to the regime according to FIG. 6, whereby equivalent images E and F are obtained which have the same or different image format.
Fig. 3 zeigt ein Projektionssystem mit einem Mehrkanal-Modulator 13, bei dem der erste Modulator 17 ein DMD-Array und der zweite Modulator 16 eine LCD-Matrix ist. Beachtenswert ist, daß bei diesen Modulatoren eine räumliche Modulation der Intensität aufgeweiteter Lichtbündel erfolgt. Fig. 3 shows a projection system comprising a multi-channel modulator 13 in which the first modulator 17, a DMD array and the second modulator 16 is a LCD matrix. It is noteworthy that these modulators spatially modulate the intensity of expanded light beams.
In diesem Beispiel wird das von der Lichtquelle 10 ausgesendete Lichtbündel 1 mit Hilfe der Linsenanordnung 72 kollimiert und so auf die DMD-Matrix des ersten Modulators 17 gelenkt, daß diese vollständig ausgeleuchtet wird.In this example, the light bundle 1 emitted by the light source 10 is collimated with the aid of the lens arrangement 72 and directed onto the DMD matrix of the first modulator 17 in such a way that it is fully illuminated.
Je nach der Stellung der Mikrospiegel, von dem Steuersignal UA(t) gesteuert, gelangen Lichtanteile in Pixelgröße über eine Projektionsoptik 73 zur Projektionsfläche 60a oder über den Umlenkspiegel 11 und eine bündelformende Linse 74 auf die LCD-Matrix des zweiten Modulators 16. Depending on the position of the micromirrors, controlled by the control signal U A (t), light components in pixel size pass through projection optics 73 to the projection surface 60 a or via the deflecting mirror 11 and a beam-shaping lens 74 onto the LCD matrix of the second modulator 16 .
Die LCD-Matrix ist hier vom Absorptionstyp und wird so von dem Steuersignal UB(t) gesteuert, daß die Lichtanteile über eine Projektionsoptik 75 auf die Projektionsfläche 60b gelangen und die anderen Lichtanteile innerhalb der LCD- Matrix absorbiert werden.The LCD matrix here is of the absorption type and is controlled by the control signal U B (t) in such a way that the light components reach the projection surface 60 b via a projection optical unit 75 and the other light components are absorbed within the LCD matrix.
Fig. 4 zeigt ein Projektionssystem mit einem Mehrkanal-Modulator 13, bei dem der erste Modulator 17 drei elektrooptische Modulatoren zur Intensitätsmodulation und der zweite Modulator 16 eine LCD-Matrix ist. Das Projektionssystem besteht hier aus zwei Projektoren, wobei hier der erste Projektor 51a die Lichtquelle 10, ein Teil des Mehrkanal-Modulators 13 und den räumlichem Lichtbündel-Modulator 57 beinhaltet. Der zweite Projektor 51b enthält den anderen Teil des Mehrkanal-Modulators 13. Die Projektoren 51a und 51b können durch die Lichtleitfaserverbindung 26 variabel zueinander aufgestellt werden. Der Projektor 51a entspricht in seinem Aufbau dem Aufbau, der durch den Lichtweg des Lichtbündels 7 in Fig. 2 beschrieben ist und der Projektor 51b entspricht in seinem Aufbau dem Aufbau, der durch den Lichtweg des Lichtbündels 3 in Fig. 3 beschrieben ist. Das Lichtbündel 3 enthält hier durch die Einrichtung zur Lichtbündelzusammenführung 76 die Primärfarben RGB, die bei einem jeweiligen 100%-Anteil Weiß ergeben. Das Bild E ist hier ein Farbvideobild und das Bild F ist hier ein untergeordnetes Schwarz-Weiß-Bild auf einem Kontrollschirm oder eine Anzeige für Untertitel. Die Ansteuerung der Modulatoren kann wie zu Fig. 5 beschrieben erfolgen. Fig. 4 shows a projection system comprising a multi-channel modulator 13 in which the first modulator 17 is three electro-optic modulators for intensity modulation and the second modulator 16, an LCD matrix. The projection system here consists of two projectors, with the first projector 51 a including the light source 10 , part of the multi-channel modulator 13 and the spatial light beam modulator 57 . The second projector 51 b contains the other part of the multi-channel modulator 13 . The projectors 51 a and 51 b can be set up variably with respect to one another through the optical fiber connection 26 . The structure of the projector 51 a corresponds to the structure described by the light path of the light beam 7 in FIG. 2 and the structure of the projector 51 b corresponds to the structure described by the light path of the light beam 3 in FIG. 3. The light bundle 3 here contains the primary colors RGB due to the device for light bundle merging 76 , which result in white for a respective 100% share. Image E here is a color video image and Image F is a subordinate black and white image on a control screen or a display for subtitles. The modulators can be controlled as described for FIG. 5.
Fig. 5 zeigt die Intensitätsverläufe ΦA(t), Φ3(t) und ΦB(t) der Lichtbündel 3, 6 und 7 während des Schreibens einer Zeile eines Videobildes bei einer zeitlich aufeinanderfolgenden Aussteuerung von zwei Modulatoren 16 und 17 innerhalb einer Periode T, wie dieser Mehrkanal-Modulator 13 zum Beispiel in Fig. 2 beschrieben wird. In diesem Beispiel nach Fig. 5 stellt das Diagramm sh(t) den Grad der Ablenkung eines Lichtbündels innerhalb einer Zeile eines Videobildes dar. Der Zeitablauf t entspricht in diesem Beispiel dem Schreiben einer Zeile eines Videobildes mit dem Lichtbündel 7 (vergleiche z. B. mit der Fig. 1). Fig. 5 shows the intensity profiles ( A (t), Φ 3 (t) and Φ B (t) of the light beams 3 , 6 and 7 during the writing of a line of a video image with a sequential control of two modulators 16 and 17 within one Period T, as this multi-channel modulator 13 is described for example in FIG. 2. In this example according to FIG. 5, the diagram s h (t) represents the degree of deflection of a light bundle within a line of a video image. In this example, the time lapse t corresponds to the writing of a line of a video image with the light bundle 7 (compare e.g. with Fig. 1).
Im Zeitintervall t = 0 µs bis t = 52 µs wird mit dem Lichtbündel 7 eine Zeile eines Bildes E geschrieben und entsprechend dem Bildinhalt mit der Funktion ΦA(t) moduliert. Im Zeitintervall t = 52 µs bis t = 64 µs wird das Lichtbündel 7 mit der Intensität ΦA(t) = 0% moduliert, das heißt es wird "dunkel getastet". In Fig. 5 ist ein beispielhafter Intensitätsverlauf als Diagramm ΦA(t) im Zeitintervall t = 0 µs bis t = 52 µs durch weiße Balken dargestellt. Die Intensität 100% entspricht der Intensität Φ0 des in den ersten Modulator 17 einfallenden Lichtbündels 1. Die schwarzen Bereiche im Diagramm ΦA(t) verdeutlichen den Anteil des durch diesen ersten Modulator 17 nicht verwertbaren Lichtanteils. Durch die schwarzen Bereiche wird besonders deutlich, daß ein erheblicher Anteil des Lichtes durch den ersten Modulator 17 nicht verwertet wird.In the time interval t = 0 µs to t = 52 µs, a line of an image E is written with the light bundle 7 and modulated with the function Φ A (t) in accordance with the image content. In the time interval t = 52 µs to t = 64 µs, the light beam 7 is modulated with the intensity Φ A (t) = 0%, that is, it is "darkly keyed". In Fig. 5, an exemplary intensity profile as a diagram Φ A (t) is the time interval t = 0 to t = 52 microseconds microseconds represented by white bars. The intensity 100% corresponds to the intensity Φ 0 of the light beam 1 incident in the first modulator 17 . The black areas in the diagram Φ A (t) illustrate the proportion of the proportion of light that cannot be used by this first modulator 17 . The black areas make it particularly clear that a significant proportion of the light is not used by the first modulator 17 .
Im Zeitintervall t = 52 µs bis t = 64 µs sind das 100%!In the time interval t = 52 µs to t = 64 µs this is 100%!
Fig. 5 zeigt weiterhin das Diagramm Φ3(t), dessen weiße Balken komplementär zu den schwarzen Bereichen im Diagramm ΦA(t) sind. Es wird hier deutlich, daß im Zeitintervall t = 52 µs und t = 64 µs für die Modulation 100% der Lichtintensität für den Modulator 16 zur Verfügung steht. Fig. 5 also shows the diagram Φ 3 (t), the white bars of which are complementary to the black areas in the diagram Φ A (t). It is clear here that 100% of the light intensity is available for the modulator 16 in the time interval t = 52 μs and t = 64 μs for the modulation.
Das Diagramm ΦB(t) in Fig. 5 zeigt nun beispielhaft eine Modulationsfunktion für den Modulator 16, der nur in dem Zeitintervall t = 52 µs bis t = 64 µs ausgesteuert wird. Es wird deutlich sichtbar, daß hier etwa 20% Lichtanteil der Lichtquelle 10 durch den Modulator 16 einer Nutzbarmachung zugeführt werden.The diagram Φ B (t) in FIG. 5 now shows an example of a modulation function for the modulator 16 , which is only activated in the time interval t = 52 μs to t = 64 μs. It is clearly visible that here about 20% of the light source 10 is supplied by the modulator 16 for utilization.
Nach dem bisherigen Stand der Technik wird dieser Lichtanteil mit Hilfe eines Absorbers vollständig in Wärmeenergie umgewandelt und damit vernichtet. Zum Beispiel wird, wie in Fig. 1 beschrieben, mit dem modulierten Licht des Modulators 17 ein Videobild einer Videonorm und mit dem modulierten Licht des Modulators 16 eine Vektorgrafik dargestellt. According to the current state of the art, this light component is completely converted into thermal energy with the help of an absorber and thus destroyed. For example, as described in FIG. 1, a video image of a video standard is represented with the modulated light of the modulator 17 and a vector graphic with the modulated light of the modulator 16 .
Fig. 6 zeigt die Intensitätsverläufe ΦA(t) und ΦB(t) der Lichtbündel 6 und 7 während des Schreibens einer Zeile bei einer zeitgleichen Aussteuerung von zwei Modulatoren. In diesem Beispiel stellt das Diagramm sh(t) ebenfalls den Grad der Ablenkung eines Lichtbündels innerhalb einer Zeile eines Videobildes dar. In Fig. 6 ist ein beispielhafter Intensitätsverlauf als Diagramm ΦA(t) durch weiße Balken dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 5 kann hier die Intensität ΦA(t) des Lichtbündels 7 bis maximal 50% der Intensität Φ0 des in den ersten Modulator 17 einfallenden Lichtbündels 1 ausgesteuert werden. Die schraffierten Bereiche im Diagramm von Fig. 6 entsprechen der Modulationsfunktion ΦB(t) für den Modulator 16. Dieser kann im Zeitintervall t = 0 µs bis t = 52 µs ebenfalls bis zu 50% der Intensität Φ0 ausgesteuert werden. Somit liefern beide Modulatoren gleichwertige Lichtbündel 6 und 7, wobei zu beachten ist, daß die Ansteuerung für den zweiten Modulator 16 unter Berücksichtigung der Ansteuerung für den ersten Modulator 17 erfolgen muß. Fig. 6 shows the intensity characteristics Φ A (t) and Φ B (t) of the light beams 6 and 7 during the writing of a line at a simultaneous modulation of two modulators. In this example, the diagram s h (t) likewise represents the degree of deflection of a light beam within a line of a video image. In FIG. 6, an exemplary intensity curve is shown as a diagram Φ A (t) by white bars. In contrast to FIG. 5, the intensity Φ A (t) of the light bundle 7 can be modulated up to a maximum of 50% of the intensity Φ 0 of the light bundle 1 incident in the first modulator 17 . The hatched areas in the diagram of FIG. 6 correspond to the modulation function Φ B (t) for the modulator 16 . In the time interval t = 0 µs to t = 52 µs, this can also be controlled up to 50% of the intensity Φ 0 . Thus, both modulators deliver equivalent light beams 6 and 7 , whereby it should be noted that the activation for the second modulator 16 must take into account the activation for the first modulator 17 .
Die schwarzen Bereiche im Diagramm verdeutlichen den Anteil des durch die Modulatoren 16 und 17 nicht verwerteten Lichtanteile. Deutlich wird, daß hier noch ein beachtlicher Lichtanteil ungenutzt ist, der einem weiteren Modulator zugeführt werden kann. Dieser weitere Modulator kann dann zum Beispiel nur im Zeitintervall t = 52 µs bis t = 64 µs zu 100% der Intensität Φ0 ausgesteuert werden. Zum Beispiel werden in diesem Fall mit den Modulatoren 16 und 17 gleichwertige Videobilder der gleichen Videonorm dargestellt (siehe z. B. Fig. 2) und mit dem Modulator 18 wird eine Vektorgrafik dargestellt (siehe Fig. 1).The black areas in the diagram illustrate the proportion of the light component not used by the modulators 16 and 17 . It is clear that a considerable amount of light is still unused here, which can be fed to another modulator. This further modulator can then, for example, only be driven to 100% of the intensity Φ 0 in the time interval t = 52 µs to t = 64 µs. In this case, for example, modulators 16 and 17 represent equivalent video images of the same video standard (see, for example, FIG. 2) and modulator 18 represents a vector graphic (see FIG. 1).
Fig. 4 und Fig. 5 beschreiben den Signalverlauf für abgelenkte Lichtbündel 6 und 7, die ein Bild zweilenweise schreiben. Die Aussagen gelten aber analog für ein auf geweitetes Lichtbündel, dessen Intensität räumlich moduliert wird. FIG. 4 and FIG. 5 describes the waveform for deflected light beams 6 and 7, the write an image zweilenweise. However, the statements apply analogously to a widened light beam, the intensity of which is spatially modulated.
Hier sind nur einige mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Erfindung funktioniert auch mit anderen als den hier genannten Modulatoren. Weiterhin können verschiedene Arten von Modulatoren, optimiert für den jeweiligen Verwendungszweck, in einem Projektionssystem eingesetzt werden.Only a few possible exemplary embodiments of the invention are shown here. The The invention also works with modulators other than those mentioned here. Furthermore, different types of modulators can be optimized for each Purpose to be used in a projection system.
Claims (14)
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Citations (4)
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2000
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