DE10135418A1

DE10135418A1 - Rasterprojektion eines Bildes mit hin- und hergehender Lichtstrahlführung

Info

Publication number: DE10135418A1
Application number: DE2001135418
Authority: DE
Inventors: Christhard Deter; Klaus Hiller
Original assignee: Schneider Laser Technologies AG Iins; Schneider Laser Technologies AG
Current assignee: LDT Laser Display Technology GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: WO2003013150A1; DE10135418B4

Abstract

Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes mittels eines intensitätsmodulierten Lichtstrahles (26) mit einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung (20), die einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) in Zeilen (104) über das Bild (103) ablenkenden Zeilenspiegel (21) und einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) senkrecht dazu ablenkenden Bildspiegel (22) aufweist, wobei der Zeilenspiegel (21) und der Bildspiegel (22) jeweils als Kippspiegel ausgebildet sind, wobei der Zeilenspiegel (21) zu einer Drehbewegungsschwingung anregbar ist und der Bildspiegel (22) in verschiedene Winkelstellungen (alpha) überführbar ist und in einer festen Winkelstellung (alpha) verharrt oder eine bestimmte Winkelfunktion ausführt, solange der Zeilenspiegel (21) den Lichtstrahl (26) entlang einer Zeile (104) ablenkt, wobei jeder Zeile (104) eine bestimmte Winkelstellung (alpha) oder Winkelfunktion zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes mittels eines intensitätsmodulierten Lichtstrahles, mit einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung, die einen beweglichen, den Lichtstrahl in Zeilen über das Bild ablenkenden Zeilenspiegel und einen beweglichen, den Lichtstrahl senkrecht dazu ablenkenden Bildspiegel aufweist, die jeweils als Kippspiegel ausgebildet sind, wobei der Zeilenspiegel in eine Drehbewegungsschwingung anregbar ist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Rasterprojektion mit hin- und hergehender Lichtstrahlführung.

Videoprojektionssysteme, die mit einem direktschreibenden Lichtstrahl unter Verwendung einer zweiachsig arbeitenden Ablenkeinrichtung ein Bild schreiben, sind bekannt. Die Grundprinzipien der dazu benötigten Strahlablenksysteme sind beispielsweise in Stan Reich, "The use of electromechanical mirror scanning devices", SPIE, Vol. 84, Laser Scanning Components and Techniques (1976), dargestellt. Als Beispiel für ein praktisch realisiertes System sei der Aufbau der DE 198 60 017 A1 genannt, bei der die zweiachsig arbeitende Ablenkeinrichtung einen rotierenden Polygonspiegel sowie einen galvanometrisch betätigten Kippspiegel aufweist. Der Lichtstrahl wird vom Polygonspiegel horizontal und vom Kippspiegel vertikal abgelenkt. Der Polygonspiegel wird deshalb als Zeilen- und der Kippspiegel als Bildspiegel bezeichnet.

Der entsprechend modulierte Lichtstrahl wird vom Zeilenspiegel in Zeilenrichtung um einen horizontalen Winkel abgelenkt. Die Differenz zwischen minimalem und maximalem horizontalen Winkel, die beim Polygonspiegel von der Zahl der Spiegelfacetten beeinflußt ist, wird als Zeilenablenkwinkel bezeichnet und ist eine Einflußgröße für die letztlich erreichbare Bildbreite. Der Bildspiegel lenkt den Lichtstrahl um einen vertikalen Winkel ab. Die Differenz zwischen minimalem und maximalem vertikalem Winkel ist der Bildablenkwinkel, der die Bildhöhe bestimmt.

Bei einer Ablenkeinrichtung mit Polygonspiegel wird der Lichtstrahl auf der Projektionsfläche ähnlich dem Elektronenstrahl einer Fernsehröhre geführt, d. h. das Schreiben jeder Zeile erfolgt immer in derselben Richtung, beispielsweise von links nach rechts, und die Zeilen werden nacheinander von oben nach unten aufgebaut. Um die erforderliche Geschwindigkeit beim Aufbau eines Bildes zu erreichen, sind sehr schnell rotierende Polygonspiegel erforderlich; die Drehfrequenzen liegen in der Größenordnung von 2,5 kHz, was erhebliche mechanische Anforderungen an den Polygonspiegel sowie ausgefeilte Spiegellagerungen erfordert.

Alternativ kann der die horizontale Ablenkung bewirkende Zeilenspiegel als Kippspiegel ausgebildet werden, der eine Drehbewegungsschwingung mit erforderlicher Frequenz ausführt. Der Lichtstrahl wird dann vom Zeilenspiegel in Hinwärts- und Rückwärtsbewegungen über die Zeilen geführt, während der Bildspiegel die vertikale Ablenkung senkrecht dazu bewirkt. Dabei liegen die projizierten Zeilen allerdings nicht mehr parallel, sondern haben die Form eines Sägezahns, was eine schlechte Bildqualität zur Folge hat. Im Stand der Technik toleriert man dies entweder, wenn es, wie beispielsweise bei Barcode-Scannern, möglich ist, oder ein breiter Bildbereich um die Umkehrpunkte herum, an denen jeweils benachbarte Zeilen besonders dicht beieinander liegen, wird durch Dunkeltastung des Lichtstrahles ausgeblendet, um die Bildverschlechterung wenigstens teilweise zu beheben. Bei letzterer Lösung muß allerdings ein verminderter Zeilenablenkwinkel in Kauf genommen werden, da die Länge des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes sinkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rasterprojektion der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, daß die Bildqualität ohne Verminderung des Zeilenablenkwinkels gesteigert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Bildspiegel eine ungleichförmige Drehbewegung ausführt, während der Zeilenspiegel eine in einer Drehrichtung verlaufende Teilperiode der Drehbewegungsschwingung ausführt.

Der Zeilenspiegel lenkt den Lichtstrahl horizontal ab und führt ihn dabei über die Zeilen des Bildes. Diese bestehen jeweils aus einem effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt, in dem der Lichtstrahl mit einer nutzbaren Bildinformation moduliert wird, und restlichen Zeilenabschnitten, in denen der Lichtstrahl dunkelgetastet ist.

Der Zeilenspiegel führt eine periodische Drehbewegungsschwingung aus und lenkt während einer Teilperiode den Lichtstrahl über einen effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt. Der Bildspiegel bewirkt die senkrecht dazu erfolgende Vertikalstellung in geeigneter zur Teilperiode der Zeilenspiegelschwingung abgestimmter Bewegung. Diese Bewegung des Bildspiegels verläuft für die effektiv nutzbaren Zeilenabschnitte anders, als für die restlichen Zeilenabschnitte.

Während der Dunkeltastung des Lichtstrahles fährt der Bildspiegel in eine neue Winkelstellung, die er zum Schreiben der nächstfolgenden Zeile am Anfang deren effektivem Zeilenabschnitt einnehmen muß. Die Bewegung des Bildspiegels während des effektiven Zeilenabschnittes hängt von der Projektionsgeometrie insbesondere von einer eventuell vorzunehmenden Schrägprojektionskorrektur ab.

Durch die insgesamt während des Schreibens eines Bildes ungleichförmige Bewegung des Bildspiegels, die bspw. einer in etwa treppenförmigen Winkelfunktion genügen kann, wobei jede Treppenstufe einer entsprechenden Zeile zugeordnet ist, wird erreicht, daß die Zeilen bei der hin- und hergehenden Ablenkung durch den Zeilenspiegel exakt parallel zueinander liegen, auch bei beliebiger Schrägprojektion. Das sägezahnförmige Zeilenbild des Standes der Technik wird somit durch die ungleichförmige Bewegung des Bildspiegels vermieden.

Durch die nunmehr parallele Lage der effektiven Zeilenabschnitte auf der Projektionsfläche wird die Bildqualität deutlich verbessert, insbesondere ist die zum Bildrand bei herkömmlichen Kippspiegeln deutlich abnehmende Bildqualität beseitigt; die Bildqualität ist über das gesamte Bild gleichmäßig gut.

Wesentlich ist, daß die Bewegung des Bildspiegels, während des Zeitraumes, in dem eine Zeile entlang ihres effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes mit Bildinformation geschrieben wird, einer bestimmten Winkelfunktion genügt und nach dem effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt in die passende Winkelposition für die nächste Zeile wechselt.

Der Bildspiegel lenkt beispielsweise den Lichtstrahl um einen festen vertikalen Winkel (α) ab, während der Zeilenspiegel den Lichtstrahl um einen horizontalen Winkel entlang des effektiven Zeilenabschnitts einer Zeile ablenkt. Die Winkelfunktion entspricht dann der zuvor erwähnten Treppenfunktion, wobei jede Treppenstufe einer entsprechenden Zeile zugeordnet ist. Die Winkelfunktion ist folglich so gestaltet, daß jedem effektiven Zeilenabschnitt eine bestimmte Winkelstellung des Bildspiegels zugeordnet ist.

Der Wechsel von einer ersten festen Winkelstellung, die einer ersten Zeile zugeordnet ist und die der Bildspiegel am Ende des effektiven Zeilenabschnittes dieser Zeile innehat, in eine zweite feste Winkelstellung, die einer folgenden Zeile zugeordnet ist und die der Bildspiegel am Anfang deren effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes einnehmen muß, würde zur Projektion aparalleler Zeilenabschnitte während dieses Wechsels führen. In einer Weiterbildung ist deshalb vorgesehen, daß der Bildspiegel den Wechsel ausführt, während der intensitätsmodulierte Lichtstrahl in einem außerhalb des effektiven Zeilenabschnitts liegenden Bereich der Zeile dunkelgetastet ist. Der Bildspiegel nimmt also eine bestimmte Winkelstellung ein, während die Zeile entlang ihres effektiv nutzbaren Zeilenabschnitts mit Bildinformation geschrieben wird. Erst nach dem Schreiben des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes wird der Bildspiegel während der Zeilen-Totzeit in die feste Winkelposition überführt, die der nächsten Zeile zugeordnet ist.

Die dadurch bedingte Zeilen-Totzeit ist durch die Stellgeschwindigkeit des Bildspiegels bestimmt und kann damit sehr viel kürzer ausfallen, als die durch noch tolerierbare Bildfehler bestimmte Zeilen- Totzeit beim Stand der Technik. Der mögliche Zeilenablenkwinkel und damit die erreichbare Bildgröße ist bei gegebenem Abstand zwischen Ablenkeinrichtung und Projektionsfläche durch die deutlich verringerte Zeilen-Totzeit beträchtlich gesteigert.

Dieses Konzept kann insbesondere bei Schrägprojektion von oben oder unten zur Verbesserung der Bildqualität beitragen. Es ist für solche Fälle zu bevorzugen, daß die den Zeilenanfängen zugeordneten Winkelstellungen nicht äquidistant zueinander sind.

In der Mehrzahl der Einsatzfälle für eine Vorrichtung zur Rasterprojektion ist eine Ausrichtung möglich, bei der die Hauptprojektionsachse senkrecht zur Projektionsfläche steht. Manchmal erzwingen räumliche Gegebenheiten aber eine schräge Projektion. Bei einer Schrägprojektion, die einen horizontalen Winkel zwischen der Hauptprojektionsachse von der Projektionsoptik auf die Projektionsfläche und der Normalen der Projektionsfläche mit sich bringt, laufen normalerweise die Zeilen auf der Projektionsfläche sternförmig auseinander. Zum Ausgleich dieser Bildverzerrung ist es zweckmäßig, eine Drehbewegung des Bildspiegels während des Schreibens des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes vorzusehen, so daß die Zeilen auf der Projektionsfläche dennoch parallel liegen. Dazu ist vorgesehen, der Zeilenspiegel in jeder Teilperiode den Lichtstrahl entlang einer Zeile ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und der Bildspiegel, während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit ungleich Null eine bestimmte vertikale Winkelbewegung ausführt, wobei jeder Zeile eine bestimmte vertikale Winkelstellung (α) zugeordnet ist.

Dazu kann bspw. eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die die Bewegung des Bildspiegels gemäß einer Treppenfunktion steuert, wobei jedem Zeilenabschnitt eine Stufe zugeordnet ist. Die Treppenstufen dieser Treppenfunktion verlaufen jeweils unter einem bestimmten Steigungswinkel, d. h. der Bildspiegel führt während jedes effektiven Zeilenabschnittes eine Drehbewegung mit bestimmter von der Lage der Zeile im Bild abhängiger Winkelgeschwindigkeit aus. Die eingangs erwähnte Winkelfunktion sieht hier also eine bestimmte lineare Winkelverstellung während jeder Stufe vor.

Aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Zeilenspiegels ist es zum Ausgleich einer seitlichen Schrägprojektion zweckmäßig, daß benachbarte Treppenstufen eine Steigung mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen. Durch diese Ausgestaltung kann eine beliebige seitliche Schrägposition korrigiert werden, so daß parallele Zeilen projiziert werden und damit keine optimale Bildqualität erreicht wird.

In speziellen Einsatzfällen ist eine Schrägprojektion von oben oder unten, z. B. von einer Decke eines Raumes auf eine Zimmerwand, gewünscht; dies ist beispielsweise regelmäßig in Vortragssälen der Fall. Die Vorrichtung zur Rasterprojektion ist dann so ausgerichtet, daß ihre Hauptprojektionsachse nicht mehr senkrecht zur Projektionsfläche steht. Diese Projektionsgeometrie verursacht auch eine im wesentlichen trapezförmige Bildverzerrung mit über die Projektionsfläche variierender Zeilenlänge. Die Erfindung ermöglicht für solche Fälle, die bislang im Stand der Technik üblicherweise mit einer entsprechenden elektronischen Umrechnung des Bildes behandelt wurden, eine besonders einfache Lösung dahingehend, daß zur Korrektur der Zeilenlänge bei einer Schrägprojektion des Bildes unter einem Projektionswinkel zwischen Hauptprojektionsachse und Projektionsfläche ungleich 90° die Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels zeilenabhängig gestaltet wird. Damit können aufgrund der Projektionsgeometrie unterschiedliche Zeilenlängen durch eine entsprechend von der Lage der Zeilen im Bild abhängigen Funktion für den Zeilenablenkwinkel ausgeglichen werden.

Eine Umrechnung der Bildinformation, die nicht nur rechenintensiv ist, sondern oftmals auch Informationsverlust mit sich bringt, wird damit unnötig. Statt dessen kann auf einfache Weise die Ansteuerung der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels an die Projektionsverhältnisse angepaßt werden. Darüber hinaus ändert sich durch dieses Vorgehen die Auflösung im projizierten Bild nicht, was insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Abbildungstreue fordern, (beispielsweise CAD-Systeme) von besonderem Vorteil ist. Schließlich ermöglicht diese einfache Bildentzerrung eine schnelle Anpassung an verschiedene Projektionsgeometrien, ohne daß aufwendig eine elektronische Bildentzerrung umgestellt werden müßte.

Insbesondere ermöglicht dieses Konzept auf einfache Weise eine Korrektur der bei großen Ablenkwinkeln besonders störenden Kissenverzerrungen, die ebenfalls unterschiedliche Zeilenlängen mit sich bringen.

Die nunmehr parallel verlaufenden Zeilen haben gleiche Winkelabstände bezogen auf den Ort der Ablenkeinrichtung. Im projizierten Bild sind jedoch die Zeilenabstände über das gesamte Bild hinweg meist nicht gleich; selbst wenn die Hauptprojektionsachse senkrecht zur Projektionsfläche liegt, liegen die Zeilen in Bildmitte enger beieinander als am oberen und unteren Bildrand. Um eine dadurch hervorgerufene, streifige Bilddarstellung zu vermeiden, ist es besonders zweckmäßig, die eingangs erwähnte Ansteuerung des Bildspiegels gemäß einer Winkelfunktion (z. B. Treppenfunktion) vorzunehmen. Dann sind die den einzelnen Zeilen zugeordneten vertikalen Winkel der Strahlablenkung nicht äquidistant, wobei die Unterschiede so gewählt sind, daß die Zeilenabstände im projizierten Bild gleich sind.

Die Art der Winkelfunktion hängt von der Projektionsgeometrie ab. Liegt eine Projektion vor, bei der lediglich die Zeilenabstände im Bild variieren, ist es bevorzugt, daß der Bildspiegel in einer festen vertikalen Winkelstellung verharrt, während der Zeilenspiegel den Lichtstrahl entlang des effektiven Zeilenabschnitts einer Zeile ablenkt, wobei jeder Zeile eine bestimmte vertikale Winkelstellung zugeordnet ist.

Durch eine entsprechende Gestaltung der Winkelfunktionen kann eine schrägprojektionsbedingte Variation des Zeilenabstandes ausgeglichen werden, so daß die effektiven Zeilenabschnitte auf der Projektionsfläche nicht nur parallel, sondern auch äquidistant liegen. Die bereits erwähnte Treppenfunktion hat dann unterschiedliche Stufenhöhen. Dadurch ist die Bildqualität weiter verbessert.

Zweckmäßigerweise werden Zeilen- und Bildspiegel von einer Steuereinrichtung angesteuert, die nicht nur den Bewegungsablauf dieser Spiegel, sondern auch die Modulation des Lichtstrahles beeinflußt. Damit kann in einer einzigen Steuervorrichtung auf einfache Weise eine Synchronisation zwischen der Dunkeltastung des Lichtstrahles und der Steuerung der vertikalen und horizontalen Winkel der Strahlablenkung erfolgen.

Als Zeilenspiegel kommt jeder geeignet antreibbare Kippspiegel in Frage. Besonders bevorzugt ist dabei ein Kippspiegel, der mit einer festen Arbeitsfrequenz nahe seiner Resonanzfrequenz zu einer Drehbewegungsschwingung um die Achse der Zeilenablenkung angetrieben wird. Dann kann durch einfache Regelung der Antriebsspannung bzw. des Antriebsstromes der erregenden Schwingung der gewünschte Zeilenöffnungswinkel, d. h. die gewünschte Schwingungsamplitude, eingestellt werden.

Alternativ kann ein solcher Zeilenspiegel mit einer erregenden Schwingung mit fester Antriebsspannung bzw. festem Antriebsstrom beaufschlagt werden und die Schwingungsamplitudenvariation durch eine leichte Frequenzänderung erreicht werden. Bereits eine solche geringe Frequenzänderung bewirkt bei konstantem Antriebsstrom bzw. konstanter Antriebsspannung eine spürbare Amplitudenveränderung der Spiegelschwingung, die gut regelbar ist. Eine derartige Frequenzmodulation hat gegenüber der vorerwähnten Strom- bzw. Spannungsmodulation den Vorteil, daß sie in der Regel störungsfreier ist, geringeren Aufwand erfordert und besseres Regelverhalten zeigt.

Bei Betrieb des Zeilenspiegels mit einer Drehbewegungsschwingung etwas neben der Eigenfrequenz, also im überkritischen oder unterkritischen Bereich, ist eine besonders exakte Steuerung der Schwingungsamplitude gewährleistet und zugleich die gewünschte Amplitudenüberhöhung realisiert. Bei prinzipiell möglichem Betrieb exakt auf der Eigenfrequenz treten vermehrt regelungstechnisch nur schwer beherrschbare Instabilitäten auf.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiter bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Lichtstrahl über eine Zeile in einer Hinwärtsrichtung geführt wird, wobei die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit verändert wird, dann eine den Lichtstrahl dunkeltastende Intensitätsmodulation und gleichzeitig eine Veränderung der Ablenkung um die Bildachse mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erfolgt und dann wieder der Lichtstrahl entlang einer weiteren Zeile in einer Rückwärtsrichtung geführt wird, wobei optional wieder die Ablenkung der Bildachse nicht oder mit einer dritten Winkelgeschwindigkeit verändert wird.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet ebenfalls parallelen Zeilenverlauf im projizierten Bild und vermeidet die starken Ablenkwinkeleinschränkungen, wie sie sich bei dem geschilderten herkömmlichem sägezahnförmigen Verlauf des Lichtstrahls über die Projektionsfläche ergeben. Die eingangs erwähnten Vorteile hinsichtlich besserer Bildqualität werden auch mit diesem Verfahren erreicht.

Zur Verbesserung der Bildqualität ist es zu bevorzugen, die Ablenkung um die Bildachse abhängig von der Lage der Zeile im Bild zu verändern. Damit kann eine äquidistante Zeilenverteilung auf der Projektionsfläche erreicht werden, was die Bildqualität nochmals steigert. Bei Schrägprojektion kann auch die Lage der Ablenkeinrichtung zur Projektionsfläche berücksichtigt werden.

Zur Verzerrungskorrektur ist es zu bevorzugen, die Ablenkung um die Bildachse ebenfalls abhängig von der Lage der Zeilen auf der Projektionsfläche zu wählen, um eine durch die Projektionsgeometrie verursachte Zeilenlängeninhomogenität auszugleichen.

Natürlich müssen die erwähnten Korrekturen nicht alle zusammen verwirklicht werden; ja nach Projektionsverhältnissen und Anforderungen an die Bildqualität können einzelne der erwähnten Korrekturmaßnahmen oder geeignete Kombinationen daraus ergriffen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes,
Fig. 2 die Winkelsteuerung eines mit zwei Kippspiegeln nach dem Stand der Technik über eine Projektionsfläche abgelenkten Lichtbündels,
Fig. 3 eine Steuerung des vertikalen Winkels der Strahlablenkung gemäß einer Treppenfunktion mit gleichen Winkelschritten,
Fig. 4 die Winkelsteuerung eines unter der Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion abgelenkten Lichtstrahls,
Fig. 5 bis 8 geometriebedingte Bildverzerrungen bei Gerad- und Schrägprojektion,
Fig. 9 Diagramme zur Veranschaulichung der Amplitudensteuerung bei einem eine Drehbewegungsschwingung ausführenden Kippspiegel, der als Zeilenspiegel verwendet wird,
Fig. 10 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß der Treppenfunktion der Fig. 3 angesteuerten Bildspiegel sowie einem amplitudenmodulierten Zeilenspiegel abgelenkt wird,
Fig. 11 eine Treppenfunktion zur Winkelsteuerung eines Bildspiegels mit unterschiedlich großen Winkelschritten,
Fig. 12 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß Fig. 11 angesteuerten Bildspiegel sowie einem amplitudenmoduliert angesteuerten Zeilenspiegel zur Kompensation einer Schrägprojektionsverzerrungen gemäß Fig. 6 angesteuert wird,
Fig. 13 der zeilenabhängige Verlauf eines horizontalen Winkels der Strahlenablenkung für verschiedene Projektionsbedingungen,
Fig. 14 den zeilenabhängigen Verlauf eines vertikalen Winkels der Strahlablenkung für verschiedene Projektionsbedingungen,
Fig. 15 eine Treppenfunktion ähnlich der Fig. 12, jedoch zum Ausgleich einer seitlichen Schrägprojektion gemäß Fig. 7, und
Fig. 16 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß Fig. 9 angesteuerten Zeilenspiegel und mit einem gemäß Fig. 10 angesteuerten Bildspiegel abgelenkt wird, um eine Schrägprojektion gemäß Fig. 8 auszugleichen.
Eine Vorrichtung zur Rasterprojektion ist in Fig. 1 in Form eines Videoprojektionssystems dargestellt, das ein elektromechanisches Strahlenablenkungssystem aufweist. Dieses Videoprojektionssystem hat zwei örtlich getrennt aufgestellte Baugruppen: eine RGB-Lichtquelle 10 sowie einen Projektionskopf 20. Diese Auftrennung in Baugruppen ist jedoch nicht zwingend. Die RGB-Lichtquelle 10 im Projektionskopf 20 unterzubringen, ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn sie entsprechend klein und leicht ausgeführt ist.
Die RGB-Lichtquelle 10 besteht aus mehreren Laserlichtquellen 1, denen jeweils ein Modulator 2 nachgeschaltet ist. Die Laserlichtquellen 1 und die Modulatoren 2 erzeugen drei Lichtstrahlen in den Primärfarben rot, grün und blau, welche dann in einer Strahlzusammenführung 3 und einer Einkoppeloptik 4 als intensitäts- und farbmoduliertes Lichtbündel in eine Lichtleitfaser 15 über eine Fasersteckverbindung 16 eingekoppelt werden.
Die RGB-Lichtquelle 10 enthält weiter geeignete (nicht dargestellte) Treiberelektronikeinheiten zum Betrieb der Laserlichtquellen 1. Der RGB-Lichtquelle 10 wird ein Signal VIDEO zugeführt, das von einem Eingangsmodul 6 in ein gerätespezifisches digitales Signal R-G-B umgesetzt wird. Dieses Signal wird von einer Bildberechnungseinheit 7 empfangen, die die Modulatoren 2 steuert. Die Bildberechnungseinheit enthält weiter ein Synchronisationssignal RGBsync, das zur Synchronisation mit dem noch zu beschreibenden Projektionskopf dient. Die Ansteuerung der Modulatoren 2 erfolgt unter Berücksichtigung dieses Synchronisationssignals RGBsync. Weiter weist die RGB-Lichtquelle 10 noch Treiberschaltungen 8 und 9 zur Ansteuerung des Projektionskopfes 20 auf, die mit entsprechenden Signalen Hsync und Vsync gespeist werden.
Das farbmodulierte Lichtbündel wird über die Lichtleitfaser 15 zum Projektionskopf 20 übertragen und dort wiederum an einer Fasersteckverbindung 16 eingespeist. Von dort gelangt es über eine Auskoppeloptik 25 als im wesentlichen paralleles Lichtbündel auf eine Spiegelfläche eines Zeilenspiegels 21. Das Lichtbündel hat einen Durchmesser, der für die Bildpunktgröße des darstellenden Bildes entsprechend gewählt ist. Beispielsweise kann der Durchmesser 2-5 mm betragen. Wesentlich für die weitere Beschreibung ist aber nur die Lage des Zentrums des Lichtbündels, weshalb nachfolgend zur Vereinfachung von einem Lichtstrahl gesprochen wird.
Der Zeilenspiegel reflektiert den Lichtstrahl 26 auf eine Spiegelfläche eines Bildspiegels 22 und bewirkt eine horizontale Ablenkung um eine Zeilenachse; der dabei als Ablenkwinkel auftretende horizontale Winkel der Ablenkung ist in Fig. 1 mit β eingetragen. Der Bildspiegel 22 bewirkt eine senkrecht dazu liegende vertikale Ablenkung um eine Bildachse; der dabei als Ablenkwinkel auftretende vertikale Winkel der Ablenkung ist mit α bezeichnet.
Die Darstellung der Fig. 1 verwendet ein Koordinationssystem, dessen Ursprung am Ort der maximalen Ablenkung in Strahlenrichtung nach links und nach oben liegt, da dadurch nur positive horizontale Winkel β und vertikale Winkel α auftreten. Diese Wahl ist der einfachen Darstellung halber vorteilhaft, ansonsten aber nicht zwingend.
Sowohl der Zeilenspiegel 21 als auch der Bildspiegel 22 sind Kippspiegel. Dabei weist der Zeilenspiegel 21 vorzugsweise eine elektromechanisch angetriebene Spiegelfläche auf, die an Torsionsbändern innerhalb eines schematisch in Fig. 1 gezeigten Rahmens aufgehängt ist.
Der Zeilenspiegel 21 und der Bildspiegel 22 bewirken als Ablenkeinrichtung eine zweiachsige Ablenkung des Lichtstrahles 26 über die Projektionsfläche, derart daß in Richtung einer Hauptprojektionsachse OA ein Bild auf die Projektionsfläche 101 projiziert wird.
Je nach Projektionsgeometrie wird das Bild dabei vom gewünschten rechteckigen Bild 103, dessen Aspektverhältnis z. B. von einer TV-Norm vorgegeben ist, zu einem verzerrten Bild 102 verzerrt. Im Beispiel der Fig. 1 erfolgt eine Schrägprojektion von oben unter einem Winkel ω zur Horizontalen H. Die Schrägprojektionsparameter (Winkel ω und ε) können über ein Bedienfeld 5 eingegeben werden.
Der Zeilenspiegel 21 wird nahe seiner Resonanzfrequenz zu Drehbewegungsschwingungen angetrieben. Dabei wird er im überkritischen oder unterkritischen Bereich mit einer Arbeitsfrequenz f_A nahe der Resonanzfrequenz f_R angesteuert, um eine ausreichende Amplitudensteuerung zu erreichen und zugleich eine gewünschte Amplitudenüberhöhung zu realisieren. Die Steuerung der Schwingungsamplitude der Drehbewegungsschwingungen, die der Zeilenspiegel 21 ausführt, erfolgt durch eine Strom-/Spannungsmodulation. Die Resonanzerhöhung ermöglicht einen relativ großen mechanischen Auslenkwinkel im Bereich von typisch +/- 12°.
Der Bildspiegel 22 ist ein antiresonant betriebener Kippspiegel mit einstellbarer Winkelstellung der Spiegelfläche; vorzugsweise ist er vom Typ eines Spiegelgalvanometers.
Wesentlich für die Funktionsfähigkeit des in Fig. 1 dargestellten Videoprojektionssystems ist es, daß die zeitliche Steuerung der Modulatoren 2 und die augenblickliche Winkellage des Zeilenspiegels 21 synchron sind. Dazu ist ein Detektorsystem vorgesehen, um die Winkellage des Zeilenspiegels 22 zu erfassen. Es weist eine Laserdiode 23 sowie einen Photodetektor 24 auf. Die Laserdiode 23 beleuchtet die Rückseite des Zeilenspiegels 21 und der als Array ausgebildete Photodetektor 24 erlaubt es, die Winkelstellung des Zeilenspiegels 21 aufzulösen. Das derart gewonnene Synchronisationssignal RGBsync wird über eine Leitung 11 zur Bildberechnungseinheit 7 geführt und dort, wie erwähnt, eingespeist. Die Bildberechnungseinheit 7 erzeugt daraus das erwähnte Signal Hsync und beaufschlagt damit die Treiberschaltung 8, die eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz die Arbeitsfrequenz f_A des Zeilenspiegels 21 ist. Das Signal Hsync liefert eine Information über die Zeilennummer i der jeweils zu schreibenden Zeile, um die Steuerung der Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels 21 auf noch zu beschreibende Weise zu gestalten. Weiter wird von der Treiberschaltung 8 oder von der Bildberechnungseinheit 7 ein Signal Vsync erzeugt, mit dem die Treiberschaltung 9 gespeist wird, welche über eine Leitung 13 den Bildspiegel 22 auf noch zu erläuternde Weise ansteuert.
Fig. 2 zeigt beispielhaft den ohne weitere Maßnahmen erfolgenden sägezahnartigen Verlauf, mit dem der Lichtstrahl vom Projektionskopf 20 aus über die Projektionsfläche abgelenkt würde. Dabei ist die Winkelablenkung als vertikaler Winkel α über dem horizontalen Winkel β im zuvor erwähnten Koordinationssystem aufgetragen.
In einem Hinwärtsscan 40, der beispielsweise einer Teilperiode mit linksdrehender Bewegung des Zeilenspiegels 21 während der von ihm ausgeführten Drehbewegungsschwingung entspricht, wird der Lichtstrahl bei wachsendem horizontalen Winkel β von maximaler Linksablenkung zu maximaler Rechtsablenkung geführt. Da gleichzeitig der vertikale Winkel α durch kontinuierliche Bewegung des Bildspiegels 22 steigt, wandert der Lichtstrahl 26 auch in Bildrichtung, d. h. in der Darstellung der Fig. 2 nach unten.
Dies erfolgt bis zum Umlenkpunkt 41, an dem der Zeilenspiegel 21 seine maximale Auslenkung in einer Richtung und mithin der horizontale Winkel β seinen maximalen Wert erreicht hat. Die Drehbewegungsschwingung verläuft dann in die entgegengesetzte Drehrichtung, beispielsweise rechtsdrehend. Es erfolgt ein Rückwärtsscan 42 mit abnehmendem horizontalem Winkel β, wobei wiederum aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Bildspiegels gleichzeitig der vertikale Winkel α wächst. Am Umlenkpunkt 43 kehrt sich die Bewegung des Zeilenspiegels 21 wieder um, da dieser wieder bei nunmehr minimalem horizontalen Winkel, die in der anderen Richtung maximale Auslenkung seiner Drehbewegungsschwingung erreicht hat.
Dieser Ablauf setzt sich solange fort, bis der Bildspiegel den maximalen Wert des vertikalen Winkels α erreicht hat und die letzte Zeile (i = z) geschrieben wurde. Der Bildspiegel springt dann in einer Totzeit des Bildes zum minimalen Wert des vertikalen Winkels α zurück.
Da die Zeilen von links nach rechts und von rechts nach links im Wechsel geschrieben werden und der Bildspiegel 22 eine kontinuierliche Bewegung durchführt, liegt kein gleichmäßiger Zeilenabstand vor. An den Rändern der Zeilen nahe der Umlenkpunkte 41 und 43 werden sogar zwei Zeilen aufgrund des Strahldurchmessers zum Teil völlig ineinandergeschrieben. Dies kann dadurch vermindert werden, daß ein entsprechender Zeilentotwinkelbereich βt1 und βt2 für den vertikalen Winkel nahe der Umlenkpunkte 43 bzw. 41 gewählt wird, in dem der Lichtstrahl 26 jeweils dunkelgetastet, also ausgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird aber der mechanisch mögliche Zeilenablenkwinkel βm, der durch die Differenz zwischen minimalem und maximalem Wert des horizontalen Winkels β gegeben ist, drastisch auf einen effektiven Zeilenablenkwinkel βe reduziert.
Trotz der entsprechenden Dunkeltastungen des Lichtstrahles 26 in den Winkelbereichen βt1 und βt2, bleiben ein Auflösungsverlust und störende Helligkeitsunterschiede im Bild zwischen Bildmitte und den Bildrändern.
Um diese Bildmängel zu beheben, wird nun der Bildspiegel 22 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion 30 angesteuert. Dabei verharrt der Bildspiegel 22 während eines effektiven Zeilenabschnittes jeder Zeile auf einem konstanten Wert 32 für den vertikalen Winkel α. Dies entspricht einer Stufe der Treppenfunktion 30. Zwischen den Stufen wird in einer kurzen Zeilentotzeit tz der Bildspiegel 22 um eine Änderung 34 auf den nächsten Wert 32 des vertikalen Winkels α für die nächste Zeile mit der nächsten Zeilennummer i eingestellt. Während dieses einer Zeilentotzeit tz entsprechenden Zeilenbereichs wird der Laserstrahl 26 dunkelgetastet. Jede Zeile besteht also aus einem effektiven Zeilenabschnitt, auf dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung mit Bildinformation intensitätsmoduliert wird, und zwei dunkelgetasteten Zeilenbereichen.
Die Werte 32 für den vertikalen Winkel α sind in Fig. 3 äquidistant verteilt, d. h. die Änderung 34 hat für jede Zeilennummer genau denselben Betrag. Sind alle Zeilennummern von i = 1 von i = z derart abgearbeitet, wird der Bildspiegel 22 wieder in die Ausgangsstellung zurückgefahren. Dies ist durch eine Rückschwenkflanke 33 in der Treppenfunktion 30 der Fig. 3 gezeigt. Während der Bildspiegel 22 mit dieser Rückschwenkflanke 33 angesteuert wird, wird der Laserstrahl 26 wieder dunkelgetastet, so daß eine Bildtotzeit tb vorliegt.
Durch die Ansteuerung des Bildspiegels 22, die von der Treiberschaltung 9 bewirkt wird, ergibt sich die in Fig. 4 dargestellte Ablenkung des Lichtstrahles. Die Art der Darstellung entspricht dabei der Fig. 2; gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie zu sehen ist, liegen die effektiven Zeilenabschnitte aller Zeilen bei Hinwärfsscan 40 und Rückwärtsscan 42 nunmehr parallel, da der Bildspiegel 22 während jedes effektiven Zeilenabschnittes auf einen konstanten Wert 32 des vertikalen Winkels α eingestellt ist. In den gegenüber Fig. 2 nunmehr stark verminderten Zeilentotwinkelbereich βt1 und βt2 wird der Bildspiegel 22 auf den nächsten Wert 32 des vertikalen Winkels α eingestellt, wodurch der Lichtstrahl entlang Dreieckspitzen 44 und 45 bzw. 46 und 47 abgelenkt wird, deren Spitze am Umlenkpunkt 41 bzw. 43 liegt.
Durch die Ansteuerung des Bildspiegels 22 gemäß der Treppenfunktion 30 der Fig. 3 wird erreicht, daß der effektive Zeilenablenkwinkel βe, also die Länge des effektiven Zeilenabschnittes, dem maximal möglichen mechanischen Zeilenablenkwinkel βm, also der gesamten Zeilenlänge, sehr nahe kommt; das Bild ist dadurch gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip deutlich vergrößert. Weiter ist die Bildqualität merklich gesteigert, da kein Ineinanderschreiben von Zeilen mehr erfolgt.
Fig. 5 zeigt, wie ein rechteckiges Bild bei einer Geradprojektion ohne weitere Maßnahmen auf einer Projektionsfläche 101 erscheint. Dabei befindet sich der Projektionskopf sowohl bezüglich der Vertikalen V als auch der Horizontalen H mittig über der Projektionsfläche 101. Jedoch liegen auch parallele Zeilen 104 nicht äquidistant auf der Projektionsfläche 101, sondern ihr gegenseitiger Abstand steigt mit zunehmender vertikaler Distanz von der Bildmitte. Darüber hinaus nimmt die Zeilenlänge ebenso zu, so daß sich anstelle eines gewünschten rechteckigen Bildes 103 ein kissenförmig verzeichnetes Bild 102 ergibt.
Eine ähnliche Verzeichnung verursacht auch die in Fig. 6 dargestellte Projektionsgeometrie, bei der der Projektionskopf 20 zwar auf der Vertikalen V der Projektionsfläche 101 liegt, jedoch bezüglich der Horizontalen H oberhalb der Projektionsfläche 101 angeordnet ist. Somit besteht ein Winkel ω zwischen der Horizontalen H und der Hauptprojektionsachse OA. Es handelt sich folglich im dargestellten Fall um eine Schrägprojektion von oben herab. Dabei wird die obere Bildkante, die dem Projektionskopf 20 näher liegt, kürzer dargestellt als die untere Bildkante. Die Seitenkanten verlaufen im wesentlichen schräg, so daß sich zusätzlich zur Kissenverzeichnung gemäß Fig. 5 eine trapezförmige Verzeichnung einstellt. Dadurch variiert die Länge der Zeilen 104 des Bildes über die Bildfläche hinweg.
In Fig. 7 ist die Verzeichnung dargestellt, die bei einer Schrägprojektion von der Seite entsteht, wenn der Projektionskopf 20 zwar horizontal mittig zur Projektionsfläche 101 liegt, jedoch bezüglich der Vertikalen V seitlich verschoben ist. Dann ist ein Winkel ε zwischen OA und V ungleich Null. Dadurch wird das Bild 102 kissen- und trapezförmig verzerrt, wobei für Geradprojektion parallel ausgerichtete Zeilen 104 dann sternförmig auseinanderlaufen.
Die Fig. 8 zeigt die Verhältnisse bei einer Schrägprojektion sowohl von der Seite als auch von oben, also bei w und c ungleich Null. Der Projektionskopf 20 liegt also sowohl bezüglich der Horizontalen H als auch bezüglich der Vertikalen V neben der Mitte Projektionsfläche 101. Es ergibt sich eine Kombination der anhand der Fig. 4 bis 7 geschilderten Verzerrungen. Die Zeilen 104 werden dabei ebenfalls sternförmig aufgefächert.
Solche geometriebedingte Verzeichnungen können durch verschiedene Maßnahmen wie folgt behoben werden:
Bei einem kissenförmig und bei Schrägprojektion zusätzlich trapezförmig verzeichnetem Bild 102, wie es in Fig. 5 oder 6 als gestrichelte Linie eingezeichnet ist, haben die Zeilen 104 von der Zeilenzahl i abhängige Zeilenabstände zueinander. Dieser Bildfehler entsteht durch die zweiachsige Strahlablenkung. Natürlich ist auch, wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, der Projektionskopf 20 in Bezug zur Projektionsfläche 101 in horizontaler Richtung mittig und in vertikaler Richtung unter einem Winkel ω oberhalb der Bildmitte steht, ein unverzeichnetes Bild 103 gewünscht. Um dies zu erreichen, werden die Ansteuerung des Zeilenspiegels 21 bzw. die Ansteuerung des Bildspiegels 22, entsprechend gestaltet.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Schrägprojektion sind aufgrund der geometrischen Anordnung die horizontalen Zeilen 104 des Bildes unterschiedlich lang. Weiter liegen sie in unterschiedlichem Abstand auf der Projektionsfläche 101, wie dies gestrichelten im Bild 102 gezeichnet ist. Dasselbe tritt bei Geradprojektion durch die in Fig. 5 gezeigte Kissenverzerrung auf.
Die Bildberechnungseinheit 7 sowie die Treiberschaltung 8 bewirken deshalb eine entsprechende Korrektur der Ansteuerung des Bildspiegels 22 zum Erreichen eines gleichmäßigen Zeilenabstandes sowie des Zeilenspiegels 21 zum Erreichen einer gleichmäßigen Zeilenlänge. Dazu wird der Wert der Schrägprojektions-Winkels ω, ε neben anderen Parametern zur Bilddarstellung über das Bedienfeld 5 in die Bildberechnungseinheit 7 eingegeben. Diese verändert dann eine gespeicherte Umkodierungstabelle so, daß der gewünschte Zeilenverlauf auf der Projektionsfläche 101 erreicht wird. Dazu berechnet die Bildberechnungseinheit 7 aus dem Winkel ω Werte des horizontalen Winkels β und bewirkt eine entsprechende Amplitudenmodulation der vom Zeilenspiegel 21 ausgeführten Drehbewegungsschwingung durch geeignete Gestaltung des Antriebs des Zeilenspiegels 21. Der zeitliche Verlauf der Amplitudenmodulation erfolgt abhängig von der Zeilennummer.
Dazu wird, wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, der als Differenz zwischen minimalem und maximalem horizontalem Winkel definierte mechanische Zeilenablenkwinkel βm zeilenabhängig variiert. Im in Fig. 9 gezeigten Beispiel erfolgt eine Verstellung zwischen 21,1° für die letzte Zeile im Bild mit der Zeilennummer i = z und 26,3° für die erste Zeile mit der Zeilennummer i = 1 für eine Schrägprojektion gemäß Fig. 6 mit ω = 15° und ε = 0° durch eine Amplitudenmodulation der Drehschwingung des Zeilenspiegels.
Die Amplitudenmodulation wird dadurch erreicht, daß der Zeilenspiegel mit einer Antriebsfrequenz f_A angetrieben wird, die um eine Frequenzabweichung Δf von der Resonanzfrequenz f_R beabstandet ist, die der zur Drehbewegungsschwingung anregbare Zeilenspiegel 21 hat. Zur Amplitudenmodulation kann entweder bei festgehaltener Arbeitsfrequenz f_A die Antriebsspannung bzw. der Antriebsstrom verändert werden. Alternativ ist es möglich, den Antriebsstrom bzw. die Antriebsspannung festzuhalten und die Antriebsfrequenz f_A etwas zu verstellen, wie dies in Fig. 9 gepunktet dargestellt ist. Die Arbeitsfrequenz f_A ist also bei einer Strom-/Spannungsmodulation konstant und liegt nahe der Eigenfrequenz f_R des schwingungsfähigen mechanischen Systems des Zeilenspiegels 21.
Für das Regelverhalten des Zeilenspiegels 21 ist es günstig, wenn die Arbeitsfrequenz f_A nicht genau mit der Eigenfrequenz f_R übereinstimmt. Bei einer hohen Dämpfung des Schwingspiegels 21 liegt die Arbeitsfrequenz f_A näher an der Eigenfrequenz f_R als bei einer geringen Dämpfung. Die Frequenzabweichung Δf wird deshalb entsprechend den vorliegenden apparativen Gegebenheiten gewählt. Zur Frequenzmodulation wird dagegen die Arbeitsfrequenz f_A innerhalb eines Bereiches gesteuert.
Die derart gewonnene Veränderbarkeit des mechanischen Zeilenwinkels βm wird zur Korrektur der durch die Bildverzerrung bewirkten Zeilenlängenunterschiede ausgenutzt, indem z. B. bei Schrägprojektion von oben mit zunehmender Zeilennummer i der mechanische Zeilenwinkel βm der Zeilenöffnung um genau das Maß verringert wird, um das die jeweilige Zeile 104 durch die geometrischen Verhältnisse verlängert wird. Dadurch ergibt sich auch bei Schrägprojektion eine konstante Zeilenlänge auf der Projektionsfläche.
Fig. 10 zeigt die Ablenkung eines Lichtstrahls bezüglich des vertikalen Winkels α als Funktion des horizontalen Winkels β bei der erläuterten Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 und bei der Steuerung des Bildspiegels 22 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion mit konstanten Änderungen 34 des vertikalen Winkels α. Die Darstellungsart entspricht der Fig. 2; entsprechende Elemente sind mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, nimmt durch die Amplitudensteuerung der mechanische Zeilenablenkwinkel βm mit steigender Zeilennummer i ab. Somit gilt βm = βm(i). Bei konstanten Zeilentotwinkelbereichen βt1 und βt2, die üblicherweise durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Zeilenspiegels und die Zeilentotzeit der Videonorm des darzustellenden Bildes vorgegeben sind, wird der effektive Zeilenablenkwinkel βe als Funktion der Zeilennummer i variiert, es gilt also βe = βe(i). Die gesamte Zeilenlänge wird dadurch so reduziert, daß bei Schrägprojektion auf eine Projektionsfläche 101 gleichlange Zeilen geschrieben werden. Damit ist die Trapezverzerrung vermieden. Dieses Konzept kann auch zum Ausgleich der Kissenverzerrung bei einer Geradprojektion gemäß Fig. 5 verwendet werden, die durch die unterschiedlichen Abstände der Projektionsfläche 101 vom Ablenkpunkt des Projektionskopfes 20 herrührt.
Durch Kombination der Treppenfunktionsansteuerung des Bildspiegels 22 (gemäß Fig. 3) und der Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 (gemäß Fig. 10) liegen die Zeilen im Bereich des effektiven Zeilenablenkwinkels βe parallel zueinander. Lediglich in den Zeilentotwinkelbereichen βt1, βt2 wird der Bildspiegel 22 um die Änderung 34 verstellt und in die jeweilige vertikale Winkelstellung für die nächste Zeile gedreht. Durch die Amplitudenmodulation der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels 21 ergibt sich ein mit steigender Zeilennummer i abnehmender effektiver Zeilenablenkwinkel βe, durch den eine durch die Projektionsgeometrie verursachte Verlängerung der Zeilen 104 ausgeglichen wird.
Je nach Projektionsbedingung ergeben sich aber auch unterschiedliche Zeilenabstände. Dies ist bei einer Geradprojektion, wie in Fig. 5 gezeigt, dadurch bedingt, daß die der Bildmitte ferner liegenden Zeilen 104 einen größeren Abstand voneinander haben, als die Zeilen im Bildmittenbereich. Ähnliches tritt auch bei einer Schrägprojektion von oben herab, wie in Fig. 6 dargestellt, auf, bei der die Abstände der Zeilen über das Bild hinweg zunehmen.
Zur Korrektur ist eine Ansteuerung des Bildspiegels 22 gemäß einer in Fig. 11 gezeigten Treppenfunktion nötig. Die in Fig. 11 dargestellte Treppenfunktion 31 entspricht im wesentlichen der in Fig. 3 gezeigten. Der entscheidende Unterschied liegt darin, daß die Werte 32 des vertikalen Winkels α in Fig. 11 nunmehr nicht gleichmäßig beabstandet sind. Statt dessen hängt die Änderung 34 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten 32 des vertikalen Winkels α von der Zeilennummer i ab. Die Änderung 34 des vertikalen Winkels α ist für den Übergang von der ersten (i = 1) auf die zweite (i = 2) Zeile größer als für alle nachfolgenden Zeilen. Für den Übergang zur letzten (i = z) Zeile erfolgt die kleinste Änderung 35.
Fig. 11 ist eine Treppenfunktion 31 dargestellt, bei der die Änderung 34, 35 mit steigender Zeilennummer abnimmt, um z. B. bei einer Schrägprojektion gemäß Fig. 6 von oben die zunehmenden Zeilenabstände auszugleichen. Für eine Geradprojektion oder eine Schrägprojektion von unten gilt entsprechendes. Dann sind natürlich andere Änderungen 34, 35 zu wählen. So werden bei Geradprojektion die Änderungen 34, 35 in der Regel symmetrisch zur Bildmitte liegen. Eine Kombination der Treppenfunktion 31 der Fig. 11 zur Steuerung des Bildspiegels 22 mit der erläuterten Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 liefert die in Fig. 12 dargestellte Winkelablenkung des Lichtstrahles 26. Wie zu sehen ist, nimmt sowohl der mechanische Zeilenablenkwinkel βm als auch der Zeilenabstand zwischen benachbarten Zeilen 104 mit steigender Zeilennummer i ab. Dadurch werden bei einer Schrägprojektion von oben entstehende Bildverzerrungen ausgeglichen, so daß dann auf der Projektionsfläche 101 das gewünschte unverzerrte Bild 103 projiziert wird.
Wie der vertikale Winkel α und die Änderungen der Werte 32 für den vertikalen Winkel α von der Zeilennummer i abhängen, ist durch die Projektionsverhältnissen und insbesondere den Grad der Schrägprojektion beeinflußt. Fig. 13 zeigt in zwei Kurven 77 und 78 den zeilennummernabhängigen Verlauf des vertikalen Winkels α für verschiedene Projektionsgeometrien. Kurve 77 zeigt die Abhängigkeit des vertikalen Winkels α von der Zeilennummer i bei einer Geradprojektion zur Korrektur der Kissenverzeichnung, die auf einer ebenen Projektionsfläche entsteht. Kurve 78 zeigt den Verlauf bei einer Schrägprojektion mit einem Projektionswinkel ω = 15° zur Horizontalen H.
Fig. 14 zeigt den entsprechenden Verlauf des mechanischen Zeilenablenkwinkels βm als Funktion der Zeilennummer i zur Anpassung der projektionsgeometrieabhängigen Zeilenlängenänderungen. Kurve 98 zeigt den mechanischen Zeilenablenkwinkel βm zur Korrektur der Kissenverzeichnung bei Geradprojektion. Die Kurve 98 zeigt die Wertepaare für eine Schrägprojektion mit einem Projektionswinkel ω von 15° zur Horizontalen.
Zur Korrektur von durch seitliche Schrägprojektion verursachten Bildverzerrungen, wie sie in den Fig. 7 und 8 durch den von Null verschiedenen Winkel ε entstehen und zu auseinanderlaufenden Zeilen 104 führen, wird die Treppenfunktion der Fig. 3 bzw. der Fig. 11 dahingehend korrigiert, daß die einzelnen Treppenstufen 32 schräg verlaufen. Dies ist in Fig. 15 dargestellt.
Fig. 15 zeigt den zeitlichen Verlauf des vertikalen Winkels α. Wie zu sehen ist, wird der vertikale Winkel α auch während des Schreibens einer Zeile verändert; dieses entspricht den schrägverlaufenden Treppenstufen 32 der Treppenfunktion 31. Die während des Schreibens einer einzelnen Zeile durchgeführte Änderung ist dabei abhängig von der Zeilennummer. Die bspw. während der zweiten Zeile (i = 2) durchgeführte Änderung 35.2 unterscheidet sich sowohl in Richtung als auch in Betrag von der Änderung 35.i die während des Schreibens der letzten (i = z) Zeile durchgeführt wird. Dasselbe gilt auch für die Änderungen des vertikalen Winkels α, die während der Zeilentotzeit tz durchgeführt wird. Die Änderung 34.1 beim Übergang von der ersten (i = 1) zur zweiten (i = 2) Zeile unterscheidet sich von der Änderung 34.i, die beim Übergang zur letzten (i = z) Zeile vorgenommen wird.
Durch die abwechselnd gegensinnig erfolgenden Änderungen 35 des vertikalen Winkels α während des Schreibens einer Zeile wird ein divergierender Zeilenverlauf ausgeglichen. Wegen der geometriebedingten Verzerrung der Zeilen, die ansonsten strahlenförmig auseinanderliefen, sind die Änderungen des vertikalen Winkels α, die während der Zeilentotzeit tz an der Bildkante erfolgen, die den Projektionskopf 20 ferner liegt, merklich größer, als die Änderungen des vertikalen Winkels α die in einer Zeilentotzeit vorgenommen werden, die der dem Projektionskopf 20 näher gelegenen vertikalen Bildkante zugeordnet ist.
Der Bildspiegel führt also während des Schreibens jedes effektiven Zeilenabschnittes eine bestimmte Schwenkbewegung aus, wobei die Winkelgeschwindigkeit dieser Schwenkbewegung von der Lage der Zeile, mithin von der Zeilennummer i abhängt. Dadurch wird die in Fig. 16 dargestellte Winkelsteuerung des Lichtbündels erreicht, die bei seitlich-schräger Projektion im Endeffekt zu parallelen und gleichbeabstandeten Zeilen auf der Projektionsfläche 101 führt.

Claims

1. Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes mittels eines intensitätsmodulierten Lichtstrahles (26) mit einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung (20), die einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) in Zeilen (104) ablenkenden Zeilenspiegel (21) und einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) senkrecht dazu ablenkenden Bildspiegel (22) aufweist, wobei der Zeilenspiegel (21) und der Bildspiegel (22) jeweils als Kippspiegel ausgebildet sind und der Zeilenspiegel in eine Drehbewegungsschwingung anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspiegel (22) während einer in einer Drehrichtung verlaufenden Teilperiode der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels (21) eine Drehbewegung mit variierenden Drehbewegungsgeschwindigkeit ausführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) in jeder Teilperiode den Lichtstrahl (26) entlang einer Zeile (104) ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und daß der Bildspiegel (22), während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit gleich Null in einer festen vertikalen Winkelstellung (α) verharrt, wobei jeder Zeile (104) eine bestimmte vertikale Winkelstellung (α) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) in jeder Teilperiode der Drehbewegungsschwingung den Lichtstrahl (26) entlang einer Zeile (104) ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und der Bildspiegel (22), während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit ungleich Null eine bestimmte vertikale Winkelbewegung ausführt, wobei jeder Zeile (104) eine bestimmte vertikale Winkelbewegung zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspiegel (22) von einer ersten Winkelstellung (α) am Ende einer Zeile (104) in eine zweite Winkelstellung (α) am Anfang der folgenden Zeile wechselt, während der intensitätsmodulierte Lichtstrahl (26) in einem außerhalb des effektiven Zeilenabschnitts liegenden Zeilenbereich dunkelgetastet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zeilenanfängen zugeordneten Winkelstellungen (α) nicht äquidistant zueinander sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Bildspiegels während benachbarten Teilperioden der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels (21) jeweils Abschnitte mit entgegengesetzten Drehrichtung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) ein nahe seiner Resonanzfrequenz zu Drehbewegungsschwingungen anregbarer Kippspiegel mit steuerbarer Schwingungsamplitude ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels (21) zeilenabhängig ist.

9. Verfahren zur Rasterprojektion eines Bildes, bei dem ein Lichtstrahl (26) intensitätsmoduliert und mittels einer Ablenkeinrichtung (20) durch Ablenkung um eine Zeilen- und eine Bildachse in Zeilen (104) über eine Projektionsfläche (101) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Lichtstrahl (26) über eine Zeile (104) in einer Hinwärtsrichtung geführt wird, wobei die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit verändert wird,

b) dann eine den Lichtstrahl (26) dunkeltastende Intensitätsmodulation und gleichzeitig eine Veränderung der Ablenkung um die Bildachse mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erfolgt und

c) anschließend der Lichtstrahl (26) entlang einer weiteren Zeile in einer Rückwärtsrichtung geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung um die Bildachse abhängig von der Lage der Zeile (104) im Bild und der Lage der Ablenkeinrichtung (20) zur Projektionsfläche (101) gestaltet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines effektiven Zeilenabschnitts, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert wird, zur Verzerrungskorrektur abhängig von der Lage der Zeile (104) im Bild und der Lage der Ablenkeinrichtung (20) zur Projektionsfläche (101) gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer dritten Winkelgeschwindigkeit verändert wird.