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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Projektor und ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes.
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Insbesondere betrifft die Erfindung einen Projektor zum Projizieren eines Bildes mit einem ersten und zweiten räumlichen Modulator mit jeweils n × m Modulatorpixeln, die mittels einer Abbildungsoptik aufeinander abgebildet werden, wobei der erste Modulator mit Licht beaufschlagt wird und das Bild mittels des zweiten Modulators erzeugt wird. Ein solcher Projektor ist beispielsweise aus dem
US 7,050,122 B2 bekannt. Die
WO 2008/068257 A1 und die
US 2005/0195223 A1 beschreiben jeweils einen Projektor zum Projizieren eines Bildes mit einem ersten und zweiten räumlichen Modulator und einer Abbildungsoptik, die den ersten räumlichen Modulator auf den zweiten räumlichen Modulator abbildet.
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Mit einer solchen Anordnung kann der schwarze Lichtpegel im erzeugten Bild reduziert werden. Jedoch tritt die Schwierigkeit auf, daß eine absolut exakte pixelgenaue Abbildung in der Praxis quasi nicht realisierbar ist. Dies führt z. B. bei einer gewünschten, pixelgenauen Abbildung dazu, daß die Modulatorpixel des zweiten Modulators, die eine vorbestimmte Helligkeit im Bild darstellen sollen und zu Modulatorpixeln benachbart sind, die Schwarz darstellen sollen, mit geringerer Intensität beleuchtet werden als Modulatorpixel, die nur von Modulatorpixeln umgeben sind, die auch helle Bildpunkte darstellen sollen. Dies fuhrt zu unerwünschten Helligkeitsschwankungen in solchen Bereichen.
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Dieser Effekt ist wellenlängenabhängig, so daß bei der Darstellung von mehrfarbiger Bilder, wenn Farbteilbilder zeitlich nacheinander so schnell erzeugt werden, daß für ein Benutzer die Farbteilbilder nicht einzeln erfaßbar sind, sondern nur in zeitliche Überlagerung, die Farbanteile der einzelnen Farbbilder in unerwünschter Weise schwanken, was zu Farbfehlern im projizierenden Bild führt. Die gleiche Schwierigkeit tritt auf, wenn die Farbteilbilder mit mehreren Modulatoren gleichzeitig erzeugt und auf den zweiten Modulator abgebildet werden.
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Erfindungsgemäß soll ein Projektor zum Projizieren eines Bildes bereitgestellt werden, mit dem diese Schwierigkeiten gelöst werden können. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zum Projizieren eines Bildes bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Projektor zum Projizieren eines Bildes gemäß Anspruch 1.
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Da jedes Beleuchtungspixel mehreren Bildpixeln zugeordnet ist und die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel, von dessen zugeordneten Bildpixeln zumindest eines gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, den Ein-Wert und für alle anderen Beleuchtungspixel den Aus-Wert mit der Ausnahme aufweisen, daß die Beleuchtungssteuerdaten für zumindest ein der anderen Beleuchtungspixel, von dessen zugeordneten Bildpixeln zumindest eines von einem Bildpixel, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert darstellen soll, um nicht mehr als eine vorbestimmte Pixelanzahl beabstandet ist, den Ein-Wert aufweisen, werden helle Randbildpixel, mit denen helle Randbildpunkte neben dunklen Bildpunkten im zu projizierenden Bild erzeugt werden sollen, in gleicher Weise beleuchtet wie helle Bildpixel, die ausschließlich von hellen Bildpixeln umgeben sind. Damit wird eine sehr gleichmäßige Beleuchtung auch der Randbildpixel erreicht, wodurch die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten überwunden werden können.
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Insbesondere kann die Steuereinheit die Beleuchtungssteuerdaten so erzeugen, daß sie für jedes der anderen Beleuchtungspixel, von dessen zugeordneten Bildpunkten zumindest eines von einem Bildpixel, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert darstellen soll, um nicht mehr als eine vorbestimmte Pixelanzahl beabstandet ist, den Ein-Wert aufweisen. Damit kann sichergestellt werden, daß alle Randbildpixel in gleicher Weise beleuchtet werden.
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Die vorbestimmte Pixelanzahl kann 0 sein, so daß die Beleuchtungssteuerdaten für jedes andere Beleuchtungspixel, von dessen zugeordneten Bildpixeln zumindest eines direkt zu einem Bildpixel benachbart ist, des gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert darstellen soll, den Ein-Wert aufweisen. Wenn die vorbestimmte Pixelanzahl 0 ist, werden nur die schwarzen Bildpixel beleuchtet, die direkt zu einem Bildpixel benachbart sind, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert darstellen soll.
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Wenn nicht nur direkt benachbarte schwarze Bildpixel sondern weiter beabstandete schwarze Bildpixel auch beleuchtet werden sollen, kann die Pixelanzahl einen entsprechenden höheren Wert als 0 aufweisen.
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So kann die vorbestimmte Pixelanzahl 1, 2, 3 oder einen anderen Wert aufweisen. Ein Wert von größer oder gleich 1 kann gewählt werden, wenn z. B. die Abbildungsoptik unerwünschte Pixelverschiebungen erzeugt. Auch kann dadurch das sogenannte räumliche Dithering berücksichtigt werden, bei dem die Steuereinheit zur Bildverbesserung auch Bildpixel hell schaltet, die gemäß den Bilddaten eigentlich keine über dem vorbestimmten Schwellwert liegende Helligkeit darstellen sollen.
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Als Modulatoren können LCD, LCoS-Modulatoren oder Kippspiegelmatrizen eingesetzt werden. Die Modulatoren können reflektiv oder transmissiv sein. Es können bei dem erfindungsgemäßen Projektor Modulatoren des gleichen Typs oder unterschiedlichen Typs eingesetzt werden. Bevorzugt werden Modulatoren gleichen Typs eingesetzt, wie z. B. zwei Kippspiegelmatrizen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Projektor zum Projizieren eines Bildes gemäß Anspruch 14. Bei diesem Projektor erzeugt die Steuereinheit die Beleuchtungssteuerdaten so, daß sie für jedes Beleuchtungspixel, von dessen zugeordneten Bildpixeln zumindest eines gemäß den Bilddaten einen über einem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, den Ein-Wert und für alle anderen Beleuchtungspixel den Aus-Wert aufweisen, so daß mit diesen Beleuchtungssteuerdaten ebenfalls eine gleichmäßige Beleuchtung auch von Randbildpixeln erreicht wird, da jedes (Rand)Bildpixel durch die mehreren zugeordneten Beleuchtungspixel beleuchtet wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Projektoren sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der vorbestimmte Schwellwert ist bevorzugt so gewählt, daß die geringste noch darstellbare Heiligkeit im Bild bereits über dem Schwellwert liegt. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß nur für Bildpixel, die einen schwarzen Bildpunkt darstellen sollen, die Beleuchtungspixel den Aus-Wert aufweisen können.
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Der erfindungsgemäße Projektor kann insbesondere als Projektor für Anwendungen in einem Planetarium so ausgebildet sein, daß das zu projizierende Bild auf eine gekrümmte Projektionsfläche projiziert wird. Die gekrümmte Projektionsfläche kann Teil einer Planetariumskuppel sein. Bei dieser Ausbildung erfolgt die Projektion in der Regel im Dunklen, so daß die erreichte Schwarzpegelreduzierung eine deutliche Bildverbesserung mit sich bringt.
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Der Projektor kann ferner als Projektor für die Frontprojektion oder als Projektor für die Ruckprojektion ausgebildet sein Die Projektionsfläche kann Bestandteil des Projektors sein.
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Die Abbildungsoptik kann als 1:1-Abbildungsoptik, als vergrößernde oder als verkleinernde Abbildungsoptik ausgebildet sein. Die Ausbildung als vergrößernde oder als verkleinernde Abbildungsoptik wird z. B. gewählt, wenn die beiden Modulatoren unterschiedliche Größe aufweisen. Wesentlich ist dabei insbesondere, daß die gewünschte Zuordnung der Beleuchtungs- und Bildpixel verwirklicht wird
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Ferner wird ein Verfahren gemäß Anspruch 20 und gemäß Anspruch 33 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Projektors;
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2 eine schematische Ansicht des ersten Modulators 3;
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3 eine schematische Ansicht des zweiten Modulators 5,
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4 eine schematische Ansicht der Pixelzuordnung der beiden Modulatoren 3, 5,
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5 eine schematische Ansicht der Steuereinheit 7 des Projektors 1 von 1,
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6 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B;
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7 eine Darstellung zur Erläuterung der pulsweitenmodulierten Mustersteuerdaten MS fur den Wert 255,
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8 eine Darstellung zur Erläuterung der pulsweitenmodulierten Bildsteuerdaten BS fur einen Wert 20,
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9–12 schematische Darstellungen des Bildmodulators 5,
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13 eine schematische Darstellung zu Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B,
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14 eine Darstellung zur Erlauterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 20,
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15 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 20;
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16 eine Darstellung zur Erläuterung zur Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B,
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17 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 52;
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18 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 20;
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19 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B,
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20 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 23;
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21a–21e Darstellungen zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für die Werte 18–22;
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22 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B,
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23 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 63;
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24 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 19,
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25 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B;
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26a und 26b Darstellungen zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für die Werte 63 und 127;
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27a und 27b Darstellungen zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für die Werte 20 und 52,
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28 eine Darstellung zur Erläuterung der Zuordnung der Pixel der beiden Modulatoren 3, 5 gemäß einer Variante,
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29 eine Darstellung zur Erläuterung der Zuordnung der Pixel der beiden Modulatoren 3, 5 gemäß einer weiteren Variante, und
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30 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemaßen Projektors
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Bei der in 1 gezeigten Ausfuhrungsform umfaßt der erfindungsgemäße Projektor 1 zum Projizieren eines Bildes eine Lichtquelle 2, einen Beleuchtungsmodulator 3, eine Abbildungsoptik 4, einen Bildmodulator 5, eine Projektionsoptik 6 sowie eine Steuereinheit 7
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Die beiden Modulatoren 3, 5 sind jeweils als Kippspiegelmatrix ausgebildet, die mehrere Kippspiegel in Spalten und Zeilen aufweisen, wobei die Kippspiegel voneinander unabhängig in eine erste und in eine zweite Kippstellung gebracht werden können.
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In dem hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel weist der erste Modulator 3 8 × 7 Kippspiegel K1 (nachfolgend auch Beleuchtungspixel genannt) und weist der zweite Modulator 5 7 × 6 Kippspiegel K2 (nachfolgend auch Bildpixel genannt) auf, wie schematisch in 2 und 3 dargestellt ist Die Kippspiegel K1 und K2 weisen hier die gleichen Abmessungen auf Diese geringe Anzahl der Kippspiegel K1 und K2 ist zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen Natürlich konnen die Modulatoren 3, 5 sehr viel mehr Kippspiegel K1, K2 enthalten Insbesondere können sie jeweils die gleiche Anzahl von Kippspiegeln enthalten
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Die Abbildungsoptik 4 ist als 1:1-Abbildungsoptik mit einer Linse 8 und einem Spiegel 9 ausgebildet und bildet jeden Kippspiegel des Beleuchtungsmodulators 3 genau um die halbe Abmessung eines Kippspiegels K2 des zweiten Modulators 5 in der Spalten- und in der Zeilenrichtung versetzt auf den zweiten Modulator 5 ab, so daß jedem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genau vier Kippspiegel K1 des zweiten Modulators 3 zugeordnet sind Wenn die beiden Modulatoren 3, 5 die gleiche Anzahl von Kippspiegeln K1, K2 aufweisen, kann diese Zuordnung z. B dadurch erreicht werden, daß nicht alle Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genutzt werden
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Wie in der Darstellung von 4 ersichtlich ist, deckt jeder einem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 zugeordneten Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 genau ein Viertel der Pixelfläche des Kippspiegels K2 ab.
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Die beiden Modulatoren 3 und 5 werden von der Steuereinheit 7 basierend auf zugeführten Bilddaten BD so angesteuert, daß der Beleuchtungsmodulator 3, der mit dem Licht (z. B. weißem Licht) der Lichtquelle 2 beaufschlagt wird, eine flächig modulierte Lichtquelle für den Bildmodulator 5 ist, mit dem das zu projizierende Bild erzeugt bzw moduliert wird, das dann mittels der Projektionsoptik 6 auf eine Projektionsfläche 10 projiziert wird.
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Um die flachig modulierte Lichtquelle bereitzustellen, ist der Projektor 1 so ausgebildet, daß nur das Licht, das von den sich in der ersten Kippstellung befindenden Kippspiegeln des Beleuchtungsmodulators 3 reflektiert wird, auf die zugeordneten Kippspiegel des Bildmodulators 5 abgebildet wird Das von den in der zweiten Kippstellung stehenden Kippspiegeln des Beleuchtungsmodulators 3 kommende Licht wird von einer (nicht gezeigten) Strahlfalle aufgenommen und wird somit nicht auf den Bildmodulator 5 abgebildet. Die Bilderzeugung bzw. -modulation erfolgt dann mittels der Kippstellung der Bildpixel (= Kippspiegel des Bildmodulators 5), da nur das von den in der ersten Kippstellung stehenden Bildpixeln kommende Licht uber die Projektionsoptik 6 auf die Projektionsfläche 10 projiziert wird Das von den sich in der zweiten Kippstellung befindenden Bildpixeln reflektierte Licht wird nicht auf die Projektionsfläche 10 projiziert, sondern z B in einer (nicht gezeigten) Strahlfalle aufgenommen Durch die Kippstellungen der Bildpixel wird somit das zu projizierende Bild moduliert bzw erzeugt, das mittels der Projektionsoptik 6 projiziert wird.
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Um im projizierten Bild den Schwarzlichtpegel (also die unerwunschte Resthelligkeit, die ein schwarzer Bildpunkt noch aufweist) zu reduzieren, erzeugt die Steuereinheit 7 aus den zugefuhrten Bilddaten BD Beleuchtungssteuerdaten MS fur den Beleuchtungsmodulator 3 und Bildsteuerdaten BS fur den Bildmodulator 5 in der nachfolgend in Verbindung mit 5–10 beschriebenen Art und Weise Bei dieser Beschreibung wird davon ausgegangen, daß bei beiden Modulatoren 3, 5 jeweils eine Pulsweitenmodulation bezüglich der ersten und zweiten Kippstellung der Kippspiegel zur Intensitätsmodulation des auf sie fallenden Lichtes durchgefuhrt wird
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Die Bilddaten BD liegen bereits in digitaler Form mit der geeigneten Pixelauflösung für den Bildmodulator 5 mit 7 × 6 Kippspiegeln K2 vor (jedes Bild weist somit 7 × 6 Bildpunkte auf) und werden in der Steuereinheit 7, wie in 5 schematisch gezeigt ist, gleichzeitig an einen Mustergenerator 11 sowie an ein Verzögerungselement 12 angelegt Der Mustergenerator 11 erzeugt anhand der zugefuhrten Bilddaten BD Musterdaten M, die an eine erste Ansteuerelektronik 13 angelegt werden Die erste Ansteuerelektronik 13 erzeugt basierend auf den Musterdaten M die pulsweitenmodulierten Beleuchtungssteuerdaten MS und legt diese an den Beleuchtungsmodulator 3 an
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Das Verzögerungselement 12 verzögert die zugeführten Bilddaten BD so, daß sie gleichzeitig mit dem Anlegen der Musterdaten M an die erste Ansteuerelektronik 13 als Bilddaten B an eine zweite Ansteuerelektronik 14 für den Bildmodulator 4 angelegt werden Die zweite Ansteuerelektronik 14 erzeugt die pulsweitenmodulierten Bildsteuerdaten BS und legt diese an den Bildmodulator 5 an
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Gemäß den Beleuchtungs- und Bildsteuerdaten MS, BS werden während der Einzelbilddauer T zur Erzeugung des Bildes die Beleuchtungs- und Bildpixel K1, K2 so in die erste und zweite Kippstellung gebracht, daß das gewunschte Bild erzeugt und projiziert wird Die Einzelbilddauer T ist die Dauer, während der ein einzelnes Bild dargestellt wird Bei Filmen beträgt sie z. B 1/24 Sekunden, wenn 24 Bilder pro Sekunde dargestellt werden Dies gilt fur den hier beschriebenen Fall der Darstellung von einfarbigen Bildern Bei mehrfarbigen Bildern werden häufig für jedes Bild ein rotes, ein grunes und ein blaues Teilbild nacheinander erzeugt. Dann beträgt die Einzelbilddauer z. B 1/3 1/24 Sekunden Um diese Teilbilder zu erzeugen, erzeugt die Lichtquelle 2 z. B zeitlich nacheinander rotes, grünes und blaues Licht, mit dem der Beleuchtungsmodulator 3 beleuchtet wird Für nachfolgende Beschreibung wird zunächst angenommen, daß einfarbige Bilder erzeugt und projiziert werden.
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Die erste und zweite Ansteuerelektronik 13 und 14 kann z B die vom Hersteller der Modulatoren 3 und 5 mitgelieferte Ansteuerelektronik sein In dem hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich um Modulatoren 3, 5 und Ansteuerelektroniken 13, 14 von Texas Instruments
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Sowohl das Anlegen der Daten M, B an die beiden Steuerelektroniken 13, 14 sowie die Steuerelektroniken 13 und 14 selbst sind bevorzugt synchronisiert, wie durch die Pfeile F1 und F2 angedeutet ist
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Nachfolgend wird ein Beispiel der Erzeugung der Steuerdaten MS, BS aus den zugeführten Bilddaten BD angegeben, wobei angenommen wird, daß jeder Bildpunkt mit einer Bittiefe von 8 (und somit mit einem Helligkeitswert von 0–255) dargestellt werden kann, wobei 0 die geringste Helligkeit (also schwarz) und 255 die höchste Helligkeit sein soll.
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Bei den zugeführten Bilddaten BD in 6 sind alle Bildpunkte BD(n, m) (n = Spaltennummer, m = Zeilennummer) bis auf einen schwarze Bildpunkte (Wert 0) Der Bildpunkt BD(5, 3) in der funften Spalte (m = 5) und dritten Zeile (n = 3) ist nicht schwarz, sondern ist mit einer Helligkeit von 20 darzustellen. Die Steuereinheit 7 generiert aus den zugeführten Bilddaten BD wie folgt die Musterdaten M für die erste Ansteuerelektronik 13 und die Bilddaten B für die zweite Ansteuerelektronik 14
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Die Musterdaten M weisen 8 × 7 Musterpunkte M(n, m) auf, von denen jeder einem Beleuchtungspixel K1 zugeordnet ist Die Bilddaten weisen 7 × 6 Bildpunkte B(n, m) auf, von denen jeder einem Bildpixel K2 zugeordnet ist Die Werte der Musterpunkte M(n, m) und die Werte der Bildpunkte B(n, m) werden jeweils mit einer Bittiefe von 8 angegeben Wenn der Wert = 0 ist, wird er auch als Aus-Wert bezeichnet und wenn der Wert > 0 ist, wird er auch als Ein-Wert bezeichnet.
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Die Bilddaten B für die zweite Ansteuerelektronik 14 werden von der Steuereinheit 7 im Vergleich zu den ursprünglich zugefuhrten Bilddaten BD nicht verändert, sonder nur zeitlich verzögert synchron mit den Musterdaten M ausgegeben. Wie in 6 gezeigt ist, ist nur der Wert des Bildpunktes B(5, 3) der Bilddaten B 20, die Werte der restlichen Bildpunkte sind 0
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In den Musterdaten M werden zunächst alle Musterpunkte M(n, m) auf 0 gesetzt Dann werden die Musterpunkte M(n, m) für die Beleuchtungspixel, die einem Bildpixel zugeordnet sind, das einen Intensitätswert von ungleich 0 darstellen soll, auf 255 gesetzt Somit werden in diesem Schritt die Musterpunkt M(5, 3), M(5, 4), M(6, 3), M(6, 4) auf 255 gesetzt. Mit diesen Schritten werden die Musterdaten gemäß 6 erzeugt
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In 7 sind schematisch die Pulsweitenansteuerdaten MS der ersten Ansteuerelektronik 13 fur die Einzelbilddauer T (Zeit von t = 0 bis t = t1) für den Wert 255 des Musterpunktes M(5, 3) dargestellt. In 8 sind die Pulsweitenmodulationsdaten BS der zweiten Ansteuerelektronik 14 fur den Bildpunkt B(5, 3) mit der Intensität 20 schematisch dargestellt Dabei entspricht ein BS- bzw. MS-Wert von 1 einem in der ersten Kippstellung stehenden Kippspiegel K1, K2 und ein BS- bzw MS-Wert von 0 einem in der zweiten Kippstellung stehenden Kippspiegel K1, K2
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Wie 7 und 8 entnommen werden kann, wird der Kippspiegel des Bildmodulators 5 für den Bildpunkt B(5, 3) während der gesamten Einzelbilddauer und somit auch während den Bitschaltzeiten P3 und P5, zu denen der Kippspiegel für den Bildpunkt B(5, 3) in seine erste Stellung gebracht ist, beleucht. Da dazu die Musterpunkte M(5, 3), M(5, 4), M(6, 3), M(6, 4) auf 255 gesetzt sind, werden nicht zu vermeidende Abbildungsfehler der Optik 4 kompensiert. Dieser Effekt wird in Verbindung mit den schematischen Darstellungen in 9 und 10 beschrieben.
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9 zeigt die Anordnung der n × m (= 7 × 6) Kippspiegeln K2(n, m) des Bildmodulators 5 sowie die vorliegende Beleuchtung (schraffierte Ellipse) des Kippspiegels K(5, 3), wenn nur, wie bisher üblich, die Abbildungsoptik 4 eine 1:1-Zuordnung von Beleuchtungs- und Bildpixel bewirkt und somit ein Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 genau auf einen Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 abgebildet wird (also ohne Versatz in Spalten- und Zeilenrichtung) Wie 9 zu entnehmen ist, wird der Kippspiegel K(5, 3) nicht vollständig beleuchtet.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtung liegt jedoch der Pixelversatz in Spalten- und Zeilenrichtung vor, wie in Verbindung mit 4 beschrieben wurde, und sind die vier dem Bildpixel K2(5, 3) zugeordneten Beleuchtungspixel K1 eingeschaltet, so daß, wie in 10 dargestellt ist, der Kippspiegel K2(5, 3) über alle vier zugeordneten Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 beleuchtet wird. Im Ergebnis wird der Kippspiegel K2(5, 3), der der einzige Kippspiegel K2 des Bildmodulators 5 ist, der in der ersten Stellung steht, flächig äußerst gleichmäßig beleuchtet Damit kann der gewünschte Intensitätswert mit hoher Genauigkeit dargestellt werden Da ferner Bereiche des Bildmodulators 5, in denen mehrere benachbarte Bildpixel die Helligkeit 0 darstellen sollen, aufgrund der räumlich modulierten Beleuchtung uber den Beleuchtungsmodulator 3 nicht beleuchtet werden, kann auch wirksam der Schwarzlichtpegel in diesen Bereichen verringert werden. Bei dem beschriebenen Beispiel trifft dies auf die Bereiche zu, in denen die Kippspiegel K2(n, m) mit n = 1 bis 3 und 7 sowie m = 1 bis 6 und mit n = 4 bis 6 und m = 1, 5 und 6 sind Auch die unmittelbar zum Kippspiegel K2(5, 3) benachbarten Kippspiegel K2(4, 2), K2(4, 3), K2(4, 4), K(5, 2), K(5, 4), K(6, 2), K(6, 3) und K(6, 4) werden flächig nur teilweise beleuchtet (10)
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Bei der Projektion mehrfarbiger Bilder kann die Schwierigkeit auftreten, daß die tatsächliche Beleuchtung von der Wellenlange (also des Farb-Teilbildes) abhängt. In 11 (Beleuchtung durch nur ein Beleuchtungspixel in gleicher Weise wie in 9) und 12 (Beleuchtung durch vier Beleuchtungspixel gemäß 10) ist schematisch die Beleuchtung (schraffierte Ellipse(n)) des Kippspiegels K2(5, 3) für eine andere Wellenlänge im Vergleich zu 9 und 10 dargestellt Wie ein Vergleich mit 9 und 11 zeigt, werden in Abhängigkeit der Wellenlänge unterschiedlich große Anteile der Kippspiegelfläche des Kippspiegels K2(5, 3) beleuchtet Dies führt zu Farbartefakten bei der Bilddarstellung, da dann die Farbanteile nicht wie gewünscht im projizierten Bild vorliegen.
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Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung kann dies vermieden werden, da aufgrund der zugeordneten Musterpunkte die tatsächliche Beleuchtung auf dem Bildmodulator 5 schematisch der Darstellung von 10 und 12 entspricht Ein Vergleich der Darstellungen in 10 und 12 zeigt, daß jeweils in etwa die gleiche Beleuchtungsintensität des Kippspiegels K2(5, 3) unabhängig von der Beleuchtungswellenlänge vorliegt Damit werden die unerwünschten Farbartefakte vermieden.
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Wie in 8 gezeigt ist, weisen die Bildsteuerdaten BS Bitschaltzeiten P3 und P5 auf Die Bildschaltzeit P3 entspricht dem dritt-niedrigsten Bit und die Bitschaltzeit P5 dem funf-niedrigsten Bit für die vorliegende Acht-Bit-Kodierung, da 20 als Binärzahl als 00010100 zu schreiben ist.
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Die Bitschaltzeiten P1–P8 für alle acht möglichen Bits sind innerhalb der Einzelbilddauer immer gleich und in
7 schematisch mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Wie bei der Pulsweitenmodulation üblich, ist die Bitschaltzeit P2 doppelt so lang wie die Bitschaltzeit P1, ist P3 doppelt so lang wie P2 und so weiter, wobei die Summe aller Bitschaltzeiten P1 bis P8 der Einzelbilddauer T entspricht. Die kürzeste Bitschaltzeit P1 beträgt
wobei T die Einzelbilddauer und q die Bittiefe (hier 8) ist.
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Die einzelnen Bitschaltzeiten P1–P8 können, wie es in 7 gezeigt ist, jeweils ein zusammenhängender Zeitabschnitt innerhalb der Einzelbilddauer T sein Es ist jedoch auch möglich, daß die eine oder andere Bitschaltzeit (z B P8) in kleinere Zeitscheiben aufgeteilt ist, die über die Einzelbilddauer T verteilt sind Wesentlich ist hier nur, daß die Bitschaltzeiten immer die gleiche zeitliche Verteilung bezogen auf die Einzelbilddauer aufweisen. Daher ist es moglich, in den Musterdaten die Musterpunkte M(5, 3), M(5, 4), M(6, 3) und M(6, 4) nicht auf den Intensitätswert 255 zu setzen, sondern auf 20, wie in 13 dargestellt ist
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Die Pulsweitenmodulationsdaten MS fur den Intensitätswert 20 der Musterdaten M sind in 14 gezeigt Die Pulsweitenmodulationsdaten BS fur den Intensitätswert 20 der Bilddaten B sind in 15 gezeigt Diesen Darstellungen kann entnommen werden, daß die dem Bildpixel K2(5, 3) zugeordneten Beleuchtungspixel immer nur dann eingeschaltet (erste Kippstellung) sind, wenn das zugeordnete Bildpixel K2(5, 3) eingeschaltet (erste Kippstellung) ist. Wenn das zugeordnete Bildpixel K2(5, 3) ausgeschaltet (zweite Kippstellung) ist, sind auch die zugeordneten bzw. verknüpften Beleuchtungspixel ausgeschaltet (zweite Kippstellung). Damit kann eine optimal an die Bitschaltzeiten angepaßte Beleuchtung der Bildpixel (mit maximaler Intensität) durchgeführt werden. Störende Hintergrundhelligkeit von den Bildpixeln, die zu dem Bildpixel des Bildpunktes B(5, 3) unmittelbar benachbart sind und aufgrund der Musterdaten der Musterpunkte M(5, 3), M(5, 4), M(6, 3) und M(6, 4) beleuchtet werden, wird stark unterdruckt, da auch diese Bildpixel nur während der Bitschaltzeit P3 und P5 beleuchtet werden
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In 16 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem zwei Bildpunkte in den Bilddaten BD einen Intensitätswert von ungleich 0 aufweisen, nämlich den Intensitätswert 20 (Bildpunkt BD(5, 3)) und 52 (Bildpunkt BD(4, 3)).
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In diesem Fall werden die Musterdaten M Musterpunkte M(n, m) aufweisen, die mit zwei Bildpunkten B(n, m) verknüpft sind, die einen Intensitätswert von größer als Null aufweisen (so ist z. B. der Musterpunkt M(5, 3) den Bildpunkten B(4, 3) und B(5, 3) durch die Abbildungsoptik 4 zugeordnet). Die Musterdaten M werden dann so erzeugt, daß stets der höhere der beiden Intensitätswerte, die sich aus der Zuordnung zu zwei Bildpunkten mit Helligkeitswerten ungleich 0 ergeben, als Musterpunktwert erzeugt wird, wie in 16 schematisch dargestellt ist In 17 und 18 sind die Pulsweitenmodulationsdaten MS, BS für die Intensitätswerte 52 und 20 gezeigt
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Natürlich ist es auch möglich, alle den Bildpunkten mit Werten größer als 0 zugeordnete Musterpunkte auf 255 zu setzen (nicht gezeigt) Dies läßt sich leicht in der Steuereinheit implementieren und benötigt nur geringen Rechenaufwand
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In 19 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem bei der Erzeugung der Musterdaten M das sogenannte zeitliche Dithering der zweiten Ansteuerelektronik 14 berücksichtigt wird Bei dem zeitlichen Dithering erzeugt die Ansteuerelektronik 14 zufällig Pulsweitenmodulationsdaten, die einen etwas abgewandelten Intensitätswert darstellen Beispielsweise kann die zweite Ansteuerelektronik 14 so ausgelegt sein, daß sie einen Intensitätswert im Bereich von ±2 zu dem gewunschten Intensitätswert erzeugt Bei dem hier beschriebenen Beispiel kann somit ein Intensitätswert von 18–22 erzeugt werden. Die Pulsweitenmodulationsdaten BS fur die Werte 18 bis 22 sind in 21a bis 21e dargestellt Die Figuren zeigen, daß bei diesem Pulsweitenmodulationswerten die Bitschaltzeiten P1, P2, P3 und P5 auftreten
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Daher erzeugt die Steuereinheit 7 als Wert fur die zugeordneten Musterpunkte den Wert 23 (= 10111). Damit ist sichergestellt, daß bei jedem moglichen Pulsweitenmodulationswert BS das entsprechende Bildpixel zu allen Bitschaltzeiten beleuchtet wird, wie z. B. ein Vergleich der pulsweitenmodulierten Beleuchtungssteuerdaten MS für den Wert 23 in 20 mit den Pulsweitenmodulationsdaten in 21a–21e zeigt.
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Diese Art der Erzeugung der Musterdaten M liefert die kürzest mögliche Beleuchtungsdauer, bei der für jeden aufgrund des zeitlichen Dithering möglichen Pulsweitenbildsteuerwert BS sichergestellt ist, daß das Bildpixel beleuchtet wird, wenn es eingeschaltet ist. Damit wird die unerwünschte Hintergrundhelligkeit der umgebenden Bildpixel, die während der gesamten Einzelbilddauer T ausgeschaltet sind, minimiert
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Um den Rechenaufwand für die Erzeugung der Musterdaten zu verringern, können sie auch wie folgt erzeugt werden.
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Die Steuereinheit 7 ermittelt den Musterpunktwert dadurch, daß sie mit dem Wert des Bildpunktes auf eine Tabelle zugreift, in der für jeden möglichen Bildpunktwert ein Musterdatenwert hinterlegt ist, der das zeitliche Dithering in der beschriebenen Art und Weise berücksichtigt. Dieser Musterdatenwert wird dann in den Musterdaten verwendet.
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Alternativ kann das zeitliche Dithering auch wie folgt bei der Erzeugung der Musterdaten M berücksichtigt werden Die Steuereinheit 7 ermittelt das höchstwertige Bit des Bildpunktes B(5, 3), das in der Binärdarstellung des Intensitätswertes 20 auf 1 gesetzt ist, und setzt dann alle niedrigwertigeren Bits sowie das nächsthöherwertige Bit auf 1 Bei dem hier beschriebenen Beispiel (22) von 20 (= 00010100) führt dies zu der Binärzahl 00111111, was dezimal dem Wert 63 entspricht. Daher weisen die Musterdaten in den Musterpunkten M(5, 3), M(5, 4), M(6, 3) und M(6, 4) jeweils den Wert 63 auf und sind alle restlichen Musterpunkte auf 0 gesetzt. In 23 sind die pulsweitenmodulierten Steuerdaten MS für 63 und in 24 für 19 als Beispiel gezeigt
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Damit wird zwar auch die Bitschaltzeiten P6 und P4 auf 1 gesetzt, so daß etwas länger als unbedingt notwendig beleuchtet wird Im Vergleich mit den Musterdaten von 6, in der der Wert 255 gewählt wurde, jedoch immer noch deutlich kurzer.
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Die Bestimmung der Musterdaten kann wie folgt vereinfacht werden Die Steuereinheit ermittelt das höchstwertige Bit und verwendet dann den Wert, der in einer Tabelle für diese Bit hinterlegt ist Die Tabelle kann z B. wie folgt vorliegen
| höchstwertiges Bit n | Wert |
| 1 | 00000011 |
| 2 | 00000111 |
| 3 | 00001111 |
| 4 | 00011111 |
| 5 | 00111111 |
| 6 | 01111111 |
| 7 | 11111111 |
| 8 | 11111111 |
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Alternativ kann die Bestimmung in der Steuereinheit 7 so erfolgen, daß der Binärwert 00010100 des Bildpunktes B(5, 3) um eine Stelle nach links verschoben wird, was zu 00101000 führt, und dann von rechts mit 1 aufgefüllt wird, wodurch man wiederum zu dem Wert 00111111 (= 63) kommt
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In 25 ist das Beispiel von 16 mit zwei Werten ungleich 0 in den Bilddaten BD dargestellt Wenn bei diesem Beispiel auch das zeitliche Dithering berücksichtigt wird, wird bei Musterpunkten M(n, m) der Musterdaten M, die mit beiden Bildpunkten mit Intensitätswerten ungleich 0 in den Bilddaten B verknüpft sind, zuerst eine ODER-Verknüpfung der Intensitätswerte der Bilddaten durchgeführt.
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Hier wird also eine ODER-Verknüpfung von 00010100 (= 20) mit 00110100 (= 52) durchgeführt, die zu dem Wert 00111111 fuhrt Dieser ODER-Wert ist dann die Basis für eine der beschriebenen Varianten zur Berücksichtigung des zeitlichen Ditherings So kann z. B das höchstwertige Bit, das auf 1 gesetzt ist, ermittelt, alle Bits rechts daneben auf 1 gesetzt (hier schon der Fall) sowie das nächsthöhere Bit auf 1 gesetzt werden, so daß man zu dem Wert 01111111 (= 127) gelangt.
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Die entsprechenden Pulsweitenmodulationsdaten der Musterdatenwerte 63 und 127 sind in 26a und 26b dargestellt Die Pulsweitenmodulationsdaten der Bilddatenwerte B(4, 3) = 52 und B(5, 3) = 20 sind in 27a und 27b dargestellt
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Aus diesen Darstellungen läßt sich entnehmen, daß sichergestellt ist, daß die Bildpixel immer dann beleuchtet werden, wenn sie in die erste Kippstellung gebracht werden
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Die beschriebenen Möglichkeiten der Erzeugung der Muster- und Bilddaten kann auch bei der Erzeugung und Projektion von mehrfarbigen Bildern eingesetzt werden. Wenn die mehrfarbigen Bilder zeitsequentiell dadurch erzeugt werden, daß z B ein rotes, ein grünes und ein blaues Farbteilbild nacheinander erzeugt werden, kann für die Erzeugung jedes Farbteilbildes eine der oben beschriebenen Möglichkeiten eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, für alle Farbteilbilder eines Bildes die gleichen Musterdaten zu erzeugen und zu verwenden Die gleichen Musterdaten werden insbesondere auch dann verwendet, wenn die Farbteilbilder gleichzeitig mittels mehrerer Bildmodulatoren erzeugt werden.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wurden die Musterdaten so erzeugt, daß neben den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert größer als 0 darstellen sollen, keine weiteren Bildpixel beleuchtet werden. Die Musterdaten können jedoch auch so erzeugt werden, daß neben den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert größer als 0 darstellen sollen, die Bildpixel, die einen Helligkeitswert von 0 darstellen sollen, zusätzlich beleuchtet werden, die dazu unmittelbar benachbart angeordnet sind. Natürlich ist es möglich, nicht nur unmittelbar benachbarte Bildpixel, die den Helligkeitswert 0 darstellen sollen, zusätzlich zu beleuchten, sondern auch weiter entfernte Bildpixel. Man kann z B. von den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert 0 darstellen sollen, die beleuchten, die zu einem Bildpixel, das einen Helligkeitswert von ungleich 0 darstellen soll, um nicht mehr als ein, zwei oder z. B. drei Bildpixel (also eine vorbestimmte Pixelanzahl) beabstandet ist Dadurch kann ein sogenanntes räumliches Dithering der zweiten Steuerelektronik 14 berücksichtigt werden, bei dem die Steuerelektronik 14 zufällig einem zu einem Ein-Bildpixel benachbarten Aus-Bildpixel einen Ein-Wert zuweist
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Die Abbildungsoptik 4 kann die beiden Modulatoren 3, 5 auch so aufeinander abbilden, daß jeder Kippspiegel K1 des Beleuchtungsmodulators 3 genau um die halbe Abmessung eines Kippspiegels K2 des zweiten Modulators in Zeilenrichtung (28) oder in Spaltenrichtung (29) versetzt abgebildet wird In diesem Fall sind jedem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genau zwei Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 zugeordnet
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In 30 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektors 1 gezeigt, bei der die Modulatoren als transmissive Modulatoren (beispielsweise LCD-Module) ausgebildet sind Die Ansteuerung der transmissiven Modulatoren erfolgt in gleicher Weise wie in Verbindung mit 1 bis 29 beschrieben wurde
