DE10084527B4

DE10084527B4 - Mechanisch zur Oszillation gebrachte Projektionsanzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE10084527B4
Application number: DE10084527T
Authority: DE
Inventors: Ronald D. Phoenix Smith
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: WO2000065401A1; KR20020005716A; GB2363929A; GB0121751D0; GB2363929B; AU4235200A; CN1354842A; KR100435266B1; TW413739B; JP2002543455A; MY124021A; JP4113676B2; DE10084527T1; US6317169B1

Abstract

Projektionsanzeigeeinrichtung (10) mit:
a) einer Projektionslichtquelle (12) zum Erzeugen modulierter Lichtstrahlen, die ein anzuzeigendes Bild definieren,
b) einem Projektionsbildschirm (26), auf den die Lichtstrahlen auftreffen und das anzuzeigende Bild erzeugen,
c) einer die Lichtstrahlen von der Lichtquelle (12) zu dem Bildschirm (26) lenkenden Optik (14, 16, 24), und
d) einer Steuerungseinrichtung (22) zur Steuerung einer Einrichtung (18) basierend auf einer Steuerfunktion, die die Projektionslichtquelle (12), wenigstens einen Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder den Bildschirm (26) mechanisch derart zur Oszillation bringen kann, dass dadurch die Lichtstrahlen abgelenkt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (22) eine vorbestimmte Zufälligkeitskomponente in die Steuerfunktion einbringt und die Projektionslichtquelle (12), der wenigstens eine Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder der Bildschirm (26) zur Oszillation gebracht werden, wobei die Oszillation die vorbestimmte Zufälligkeitskomponente aufweist.

Description

Hintergrund
Diese Erfindung betrifft allgemein Projektionsanzeigeeinrichtungen, einschließlich solcher Anzeigeeinrichtungen, die Laser- und die Nicht-Laser-Beleuchtungsquellen verwenden.
Unter bestimmten Umständen sind Projektionsanzeigeeinrichtungen sogenannten Speckle-Artefakten ausgesetzt. Ein Speckle ist ein zufälliges räumliches Interferenzmuster, das dort auftritt, wo die ebene Welle mit sich selbst interferiert, so daß ihre Intensität moduliert wird. Ein Speckle kann aussehen, als wäre ein Bildschirm mit sehr feinen Partikeln besprenkelt. Der Effekt ist im allgemeinen statisch und ist sichtbar, wenn der Betrachter und der Bildschirm stationär sind.
Meistens wird ein Speckle als Problem von kohärenten Lichtquellen, beispielsweise von Lasern, betrachtet. Jedoch können Glühlichtquellen mit hochverstärkender Optik aufgrund der eine teilweise Kohärenz der Lichtquelle erzeugenden optischen Vergrößerung ebenfalls Speckle-Effekte erzeugen.
Man hält es für unmöglich, ein Speckle von einer kohärenten Lichtquelle zu entfernen. Bei inkohärenten Lichtquellen kann ein Speckle dadurch vermieden werden, daß solche hochverstärkenden Optiken vermieden werden, welche eine partielle Kohärenz verursachen.
Man befaßt sich mit Speckle-Effekten in Verbraucher-CD-Spielern oder in CD-ROMs, welche Festkörperlaserlichtquellen verwenden. Da ein Speckle die Reproduktion von digitalen Daten beeinträchtigt, wird die den Festkörperlaser betreibende Stromquelle mit sehr hoher Frequenz moduliert. Dies führt dazu, daß die Frequenzbandbreite des Lichts durch Modulation vergrößert wird. Obwohl dies das Speckle technisch nicht beseitigt, führt es dazu, daß das Speckle mit einer Frequenz bewegt wird, die genügend hoch ist, damit es für den Datendetektor unsichtbar wird. Diese Technik funktioniert bei Glühlichtquellen nicht, da das Ausgangslicht nicht mit einer genügend hohen Frequenz moduliert werden kann.

Die US 4, 155, 630 reduziert Speckles mit der Hilfe eines nach einem vorgegebenen Muster bewegten Umlenkspiegels im optischen Pfad von Laserstreulicht.

Die DE-OS 197 04 741 A1 schlägt ein Verfahren zur Unterdrückung von Bildspeckles in einem holografischen Bildschirm vor, bei dem die Beleuchtung des Bildschirms im Hologramm in einzelnen, mehreren Schritten mit einer Änderung der Aufnahmeparameter in jedem Schritt durchgeführt wird. Dadurch wird ein holografischer Schirm erhalten, der aus einem mit Laser aufgenommenen und mit einem Laser beleuchteten Hologramm ein "specklefreies" Bild erzeugt.

Die EP 0 635 986 A1 offenbart ein visuelles Anzeigesystem mit einem räumlichen Lichtmodulator mit hochfrequent zwischen zwei Zuständen hin- und herbewegbaren Einzelelementen, die jeweils einen auf einen Bildschirm gerichteten Lichtstrahl erzeugen können. Durch die Abstände zwischen den Modulatoreinzelelementen und einem Vergrößerungslinsensystem vor dem Bildschirm verändert sich die relative Phase (und damit die Kohärenz) der gleichzeitig auf dem Bildschirm auftreffenden Lichtstrahlen, so dass Speckle-Effekte reduziert werden.

Die DE 692 26 279 T2 beschreibt die Verringerung von Speckle-Rauschen bei einer Laser-Entfernungsmessung durch eine Modulation der Laserbetriebsfrequenz. Bei Projektionsanzeigeeinrichtungen kann außerdem eine als Pixellierung (pixellation) bezeichnete Störung auftreten. Bei der Pixellierung werden die "Quadrate" sichtbar, die die Pixel bilden, aus denen das Bild besteht. Linien, die auf Bildschirmen erscheinen, bei denen eine Pixellierung auftritt, zeigen Zacken-Effekte, wobei sie blockförmig aussehen und zusätzliche Kanten aufweisen.

Die WO 97/14076 zeigt einen Projektor mit einem Strahlenteiler, der nicht-polarisierte Lichtstrahlen in mindestens zwei Komponenten aufteilt. Die Komponenten durchlaufen eine Optik, die die beiden Komponenten unterschiedlich polarisiert. Zuletzt erzeugen die Komponenten zusammen ein resultierendes Bild. Eine Depixellierung des resultierenden Bildes kann durch den Einsatz adjustierbarer Umlenkspiegel in der Optik erreicht werden, welche die Komponenten bei Bedarf unterschiedlich reflektieren, so dass zur Erzeugung des resultierenden Bildes leicht gegeneinander verschobene Bilder zur Verfügung stehen.

Für Projektionsanzeigeeinrichtungen besteht weiterhin ein Bedarf an besseren Möglichkeiten zur Behandlung eines Speckles und einer Pixellierung.

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigeeinrichtung bzw. ein Verfahren zur Bildprojektion gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine grafische Darstellung der Merkmale der bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Antriebsschaltung;

3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm für die bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten Antriebsschaltungen; und

4 zeigt eine Darstellung der Pixelgrenzen bei unruhigerProjektionsanzeigeeinrichtung.

Detaillierte Beschreibung
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine in 1 gezeigte Projektionsanzeigeeinrichtung 10 ein Lichtventil 12, das derart gekoppelt ist, daß es ein Videoeingangssignal empfangen kann. Das Lichtventil 12 erzeugt moduliertes Ausgangslicht, welches von einer Projektionslinse 14 projiziert wird. Die Projektionsoptik kann außerdem einen Klappspiegel 16 und einen Projektionsspiegel 24 enthalten, die das ausgestrahlte Licht auf einen Projektionsbildschirm 26 reflektieren.
Eine Komponente oder mehrere Komponenten der Projektionsanzeigeeinrichtung können mechanisch zur Oszillation gebracht werden, um ein Speckle und/oder eine Pixellierung zu beseitigen. Durch Störung bzw. das in Unruhe Versetzen wenigstens eines Teils der Anzeigeeinrichtung kann ein Verschmierungseffekt erzielt werden, der das Speckle auf dem Bildschirm mit einer Frequenz bewegt, die hoch genug ist, damit es für den Benutzer nicht sichtbar ist. In ähnlicher Weise kann die gleiche Störung die Grenzen zwischen Pixeln verschmieren und eine Pixellierung beseitigen oder verringern.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Klappspiegel 16 zur Oszillation gebracht, da er relativ gesehen eine geringere Masse hat und daher leichter zur Oszillation gebracht werden kann. Der Spiegel 16 kann an allen seinen Ecken an piezoelektrischen Stellgliedern 18 befestigt sein. Diese Stellglieder bringen den Spiegel in Abhängigkeit von einem entsprechenden Antriebs- bzw. Steuersignal mit einer gewünschten Frequenz zur Oszillation. Vorteilhafterweise hat die Oszillation eine relativ hohe Frequenz zur Beseitigung von Speckle und/oder einer Pixellierung. Ultraschallfrequenzen (d. h. Frequenzen von ca. 20.000 Hertz) sind vorteilhaft, weil sie keine Geräusche erzeugen, die für Menschen wahrnehmbar sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Teil einer Anzeigeeinrichtung mit einer Amplitude der Winkelneigung angesteuert werden, die sehr klein ist. Folglich reicht ein relativ begrenzter Bewegungsbereich aus. Bei Ansteuerung der Stellglieder 18 in einer phasenverschobenen Sequenz taumelt bzw. "wobbelt" der Anzeigeeinrichtungsteil, beispielsweise der Spiegel 16, um eine Oberflächennormale zu dem Spiegel 16, beispielsweise auf einer kreisförmigen sinusförmigen Bahn, wie in 2 dargestellt ist. Eine Normale zur Oberfläche des Spiegels 16 ist mit "N" gekennzeichnet und der Pfad, dem die Normale unter Störungseinfluß folgt, ist durch den mit "Wobbelkegel" in 2 bezeichneten Kegel angegeben.
Genauso können komplexere und weniger komplexe Oszillationen verwendet werden. Beispielsweise können ebene oder lineare Hin- und Her-Oszillationen zur Behandlung von Speckle wirksam sein. Jedoch kann eine Hin- und Herbewegung eine Pixellierung, die normalerweise zweidimensional ist, nicht vollständig beseitigen. Zweidimensionale Oszillationen, die vollständig innerhalb einer Ebene stattfinden, können ebenfalls wirksam sein. Darüber hinaus können komplexere Oszillationen als die oben beschriebene sich wiederholende sinusförmige Bewegung in einigen Fällen vorteilhaft sein. Beispielsweise können zufällige Störungen an den Ecken des Spiegels 16 zur Einwirkung gebracht werden, um bei einigen Ausführungsbeispielen eine unregelmäßigere und sich weniger wiederholende Bewegung zu erzeugen. Ferner kann genauso eine ovale oder elliptische sinusförmige Bewegung verwendet werden.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen. Die Steuersignale 1 – 4 von der Steuerelektronik 22 (1) werden jeweils an ein anderes Stellglied 18 angelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Steuersignale phasenverschoben sein, um einen kreisförmigen Wobbel zu erzeugen, wie er in 2 dargestellt ist. Obwohl die Signalformen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu digitalen Signalen gehören, sind auch andere Signalformen, wie analoge Signalformen, möglich. Im allgemeinen kann die natürliche mechanische Antwortzeit des gestörten bzw. in Unruhe versetzten Teils der Anzeigeeinrichtung die resultierende Bewegung filtern.
Die Amplitude der Oszillation wirkt sich bei der Pixellierung auf das Ausmaß der Verringerung der Pixellierung aus. Das Wobbeln des aus Pixeln bestehenden Bildschirms führt tendenziell dazu, daß die tatsächlichen Pixelränder verschmiert werden und der Pixellierungseffekt geglättet wird. Aneinandergrenzende Pixel können eine kontinuierliche Linie bilden, wobei ggf. Artefakte der Pixelgrenzen bei einigen Ausführungsbeispielen nicht detektierbar sind. In derartigen Fällen sind die Linien nur als Helligkeitsübergänge sichtbar.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der minimale scheinbare Pixelbereich "min" kleiner als der tatsächliche Pixelbereich "tatsächliche Pixelausdehnung", wenn das System so gestört wird, wie es durch den dargestellten "Wobbelkreis" angezeigt wird. Der maximale scheinbare Pixelbereich "max." ist größer als die tatsächliche Pixelausdehnung. Die Abweichung der tatsächlichen Pixelausdehnung von dem maximalen und minimalen Pixelbereich wird von der Amplitude der Störung bestimmt. Auf diese Weise werden die Pixelgrenzen hin und her bewegt, so daß sie verschmiert und undeutlicher werden.
Einfache Steuerfunktionen können dunkle Punkte verursachen (von dem "Löschen des Speckles") und Kreise oder Bögen bilden, wenn sich die Punkte gleichmäßig und regelmäßig hin und her bewegen und wenn die Interferenzmuster erzeugt und zerstört werden. Sichtbare Artefakte können als schwach gefärbte Kreise und Bögen in dem Bild erscheinen. Das Taumeln bzw. Wobbeln kann komplexer gestaltet werden, indem eine gewisse Zufälligkeit in die Steuerfunktion eingebracht wird. Je größer der Abstand zwischen zwei Wiederholungen der exakt gleichen Störung ist, desto unwahrscheinlicher ist es, daß der Benutzer einen periodischen Löscheffekt, wie er oben beschrieben wurde, bemerkt.
Rein zufällige Störungen müssen nicht erforderlich sein. Folglich kann das Vorsehen einer genügend langen Zeitdauer, bevor exakt die gleiche Störung zur Verfügung gestellt wird, den Löscheffekt genügend verteilen, um ihn unsichtbarer zu machen. Sofern es jedoch gewünscht wird, kann eine relativ zufällige Ansteuerung verwendet werden, wie sie beispielsweise mit einem chaotischen Antriebselement erzielt wird. Eine derartige Ansteuerung ist beschrieben in Scientific American, August 1993, Seiten 120 – 123, "Circuits That Get Chaos in Sync". Im allgemeinen kann eine relativ zufällige Störung, die Artefakte ohne Erzeugung von dunklen Flecken und schwach erkennbaren Kreisen oder Bögen dadurch entfernen, daß der Winkel der Wobbeloberfläche (beispielsweise des Kegels) zufällig verändert wird.
Selbstverständlich können andere Steuerfunktionen verwendet werden, ohne den Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen. D. h., während Kreise beschrieben wurden, können bei manchen Ausführungsbeispielen ovale oder Kombinationen aus ovalen und rechteckigen Störungen verwendet werden.
Während die vorliegende Erfindung anhand einer begrenzten Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sind für den Fachmann zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen denkbar. Die beigefügten Ansprüche sollen alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen abdecken, soweit sie unter den wahren Erfindungsgedanken und in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Es wird beansprucht:

Claims

Projektionsanzeigeeinrichtung (10) mit: a) einer Projektionslichtquelle (12) zum Erzeugen modulierter Lichtstrahlen, die ein anzuzeigendes Bild definieren, b) einem Projektionsbildschirm (26), auf den die Lichtstrahlen auftreffen und das anzuzeigende Bild erzeugen, c) einer die Lichtstrahlen von der Lichtquelle (12) zu dem Bildschirm (26) lenkenden Optik (14, 16, 24), und d) einer Steuerungseinrichtung (22) zur Steuerung einer Einrichtung (18) basierend auf einer Steuerfunktion, die die Projektionslichtquelle (12), wenigstens einen Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder den Bildschirm (26) mechanisch derart zur Oszillation bringen kann, dass dadurch die Lichtstrahlen abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (22) eine vorbestimmte Zufälligkeitskomponente in die Steuerfunktion einbringt und die Projektionslichtquelle (12), der wenigstens eine Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder der Bildschirm (26) zur Oszillation gebracht werden, wobei die Oszillation die vorbestimmte Zufälligkeitskomponente aufweist.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Projektionslichtquelle (12), der wenigstens eine Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder der Bildschirm (26) gemäß einem Wobbel-Muster zur Oszillation gebracht werden.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Projektionslichtquelle (12) ein Lichtventil ist, das eine Laserbeleuchtung verwendet.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Projektionslichtquelle (12) ein Lichtventil ist, das eine Kein-Laser-Beleuchtung verwendet.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Optik einen Klappspiegel (16) und einen Projektionsspiegel (24) enthält, wobei die Einrichtung (18) mit dem Klappspiegel (16) gekoppelt ist.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (18) ein piezoelektrisches Stellglied enthält.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Wobbel-Muster nicht eben ist.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (18) die Projektionslichtquelle (12), den wenigstens einen Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder den Bildschirm (26) bei einer Frequenz zur Oszillation bringt, die zur Verringerung der Speckle-Artefakte ausreicht.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung (18) die Projektionslichtquelle (12), den wenigstens einen Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder den Bildschirm (26) zur Oszillation bei Ultraschallfrequenzen bringt.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass die Pixellierung verringert werden kann.
Projektionsanzeigeeinrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Einrichtung (18) die Projektionslichtquelle (12), den wenigstens einen Bestandteil der Optik (14, 16, 24) und/oder den Bildschirm (26) bei einer Frequenz zur Oszillation bringt, die zur Verringerung von Speckle-Artefakten ausreicht.
Verfahren zur Bildprojektion, wobei unter Verwendung einer Projektionsanzeigeeinrichtung (10) mit einer Projektionslichtquelle (12), einem Projektionsbildschirm (26) und einer die aus der Projektionslichtquelle austretenden Lichtstrahlen zu dem Projektionsbildschirm lenkenden Optik (14, 16, 24) ein Bild auf eine Oberfläche des Projektionsbildschirms (26) projiziert wird, und eine Steuerfunktion zur Steuerung von wenigstens einem der Bestandteile der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) erzeugt wird, wobei eine vorbestimmte Zufälligkeitskomponente in die Steuerfunktion eingebracht wird, so dass wenigstens einer der Bestandteile der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) zum Ablenken der Lichtstrahlen mechanisch zur Oszillation gebracht wird, wobei die Oszillation die vorbestimmte Zufälligkeitskomponente aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bestandteil der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) gemäß einem Wobbel-Muster zur Oszillation gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Oszillation eine Oszillation in mehr als zwei Dimensionen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bestandteil der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) zur Verringerung von Speckle zur Oszillation gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bestandteil der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) zur Verringerung der Pixellierung zur Oszillation gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bestandteil der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) bei Ultraschallfrequenzen zur Oszillation gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bestandteil der Projektionsanzeigeeinrichtung (10) derart zur Oszillation gebracht wird, dass eine Normale zu dem Bestandteil eine kegelförmige Fläche beschreibt.