DE102010030138A1

DE102010030138A1 - Projektionsdisplay und Verfahren zum Anzeigen eines Gesamtbilds

Info

Publication number: DE102010030138A1
Application number: DE102010030138A
Authority: DE
Inventors: Marcel Sieler; Dr. Schreiber Peter; Erik Förster
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2011-12-15
Also published as: JP2012003232A; US8794770B2; TW201207548A; KR101325174B1; TWI454826B; EP2583465B1; US20110304825A1; WO2011157632A1; JP5719650B2; DK2583465T3; KR20110136688A; EP2583465A1

Abstract

Ein Projektionsdisplay (100) mit mindestens einer Lichtquelle (110), mindestens einem reflektiven Bildgeber (120), der ausgebildet ist, um in einer zweidimensionalen Verteilung (122) von Teilbereichen (124) desselben Einzelbilder darzustellen, einer Projektionsoptikanordnung (130) mit einer zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (134), die konfiguriert ist, um einen zugeordneten Teilbereich (125) des mindestens einen Bildgebers (120) jeweils auf eine Bildebene (150) abzubilden, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene (150) zu einem Gesamtbild (160) überlagern, und mindestens einem Strahlteiler (140), der in einem Strahlengang zwischen dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) und der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (134) einerseits und dem Strahlengang zwischen der mindestens einen Lichtquelle (110) und dem mindestens einem reflektiven Bildgeber (120) andererseits angeordnet ist.

Description

Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf ein Projektionsdisplay und ein Verfahren zum Anzeigen eines Gesamtbilds. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf ein Projektionsgerät auf Basis eines reflektierenden Flüssigkristallbildgebers und einer Verwendung desselben.
Die Projektion von dynamischen Bildinhalten auf einem Schirm bzw. als virtuelles Bild mit einem digitalen, reflektiven Bildgeber auf Flüssigkristall-Basis beruht gemäß dem Stand der Technik auf Projektionsgeräten mit einem abbildenden optischen Kanal bzw. drei Kanälen, deren Strahlengänge sich vor der Projektionsoptik zur Realisierung der Farbmischung vereinen.
Insbesondere zeigt die US 2009 323 028 A1 farbsequenziell LED-beleuchtete Pico-Projektoren. Ferner wird in der US 2009 237 616 A1 ein Projektionsdisplay mit drei vor der Projektionsoptik kombinierten Farbkanälen beschrieben.
Verringert man jedoch die Abmaße der im Stand der Technik bekannten Systeme, um miniaturisierte Pico-Projektoren zu realisieren, kommt es insbesondere zu Helligkeitsverlusten des projizierten Bildes. Die Miniaturisierung bekannter Projektionssysteme ist aufgrund der Begrenzung des übertragbaren Lichtstroms durch die kleine Oberfläche des in diesen Systemen vorhandenen Bildgebers nur eingeschränkt möglich. Dieser Zusammenhang wird durch das optische Grundgesetz der Etendue-Erhaltung bestimmt. Die Etendue bzw. der Lichtleitwert einer Lichtquelle E = 4πn²AsinΘ ergibt sich aus ihrer leuchtenden Fläche A, dem Halbwinkel der Divergenz Θ und der Brechzahl n und bleibt bei einer idealen optischen Abbildung konstant. Reale Optiken vergrößern die Etendue bzw. verringern die Systemtransmission. Somit wird für eine Quelle mit gegebener Leuchtdichte für einen minimal übertragbaren Lichtstrom innerhalb eines projizierenden optischen Systems auch eine Minimalobjektfläche benötigt.
Ein generelles Problem ist, dass bei einkanaligen Projektionssystemen aufgrund von optischen Gesetzmäßigkeiten (z. B. natürliche Vignettierung, Abbildungsfehler) mit dieser abzubildenden Fläche in gleichem Maße auch die Systembaulänge wachst, was eine Miniaturisierung erschwert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Projektionsdisplay zu schaffen, das durch eine kürzere Systembaulänge gekennzeichnet ist und gleichzeitig eine größere Helligkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Projektionsdisplay nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 29 gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Projektionsdisplay mit einer Lichtquelle, einem reflektiven Bildgeber, der ausgebildet ist, um in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen desselben Einzelbilder darzustellen, einer Projektionsoptikanordnung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken, die konfiguriert ist, um einen zugeordneten Teilbereich des Bildgebers jeweils auf eine Bildebene abzubilden, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene zu einem Gesamtbild überlagern, und einem Strahlteiler, der in einem Strahlengang zwischen reflektivem Bildgeber und der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken einerseits und im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem reflektiven Bildgeber andererseits angeordnet ist.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass die oben genannte kürzere Systembaulänge bei gleichzeitig größerer Helligkeit erreicht werden kann, wenn Einzelbilder in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen mit einem reflektiven Bildgeber dargestellt werden und ein Teilbereich des Bildgebers jeweils auf eine Bildebene durch eine Projektionsoptikanordnung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken abgebildet wird, wobei der Teilbereich jeweils den Projektionsoptiken zugeordnet ist, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene zu einem Gesamtbild überlagern, wobei ein Strahlteiler in einem Strahlengang zwischen reflektivem Bildgeber und der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken einerseits und im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem reflektiven Bildgeber andererseits angeordnet ist. Dadurch kann die oben genannte Miniaturisierung erleichtert werden, die eine Realisierung sehr flacher und gleichzeitig sehr heller Projektionssysteme ermöglicht.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Projektionsoptiken des Projektionsdisplays eine Dezentrierung bezüglich der zugeordneten Teilbereiche des Bildgebers aufweisen, so dass das sich in der Bildebene überlagernde Gesamtbild reell oder virtuell ist. Durch die Dezentrierung bzw. zentrale Stauchung oder Streckung zwischen den Projektionsoptiken und den zugeordneten Teilbereichen des Bildgebers kann insbesondere eine Projektionsdistanz des Gesamtbilds in der Bildebene eingestellt werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Projektionsoptikanordnung ferner eine bezüglich der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken nachgeschaltete und mit der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken gemeinsam zusammenwirkende Gesamtlinse aufweisen, die ausgebildet ist, um kollimierte Strahlenbündel von den Projektionsoptiken zu refokussieren, so dass die Bildebene des Gesamtbildes in einer Brennebene der Gesamtlinse liegt.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die nachgeschaltete Gesamtlinse als Optik mit variabler Brennweite ausgebildet sein, so dass eine Projektionsdistanz einstellbar ist.
Insbesondere kann hierbei die Optik mit variabler Brennweite ein Zoomobjektiv oder eine Flüssigkeitslinse sein. Durch Einsatz solch einer Optik können bei gleichzeitig geringerer Vignettierung achsenferner Strahlenbündel unterschiedliche Projektionsdistanzen eingestellt werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Projektionsoptiken bezüglich der zugeordneten Teilbereiche zentriert sein und kollimierend wirken.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann zumindest in einem Strahlengang zwischen dem reflektiven Bildgeber und dem Strahlteiler eine zweidimensionale Anordnung von Feldlinsen, die den Projektionsoptiken zugeordnet sind, angeordnet sein. Dadurch kann insbesondere eine Köhlersche Beleuchtung jeder Projektionsoptik der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken erzielt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zum Anzeigen eines Gesamtbilds, mit Bereitstellen von Licht mit einer Lichtquelle, Darstellen von Einzelbereichen in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen mit einem reflektiven Bildgeber und jeweiligem Abbilden eines Teilbereichs des Bildgebers auf eine Bildebene durch eine Projektionsoptikanordnung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken, wobei der Teilbereich jeweils den Projektionsoptiken zugeordnet ist, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene zu einem Gesamtbild überlagern, wobei ein Strahlteiler in einem Strahlenteiler zwischen reflektivem Bildgeber und der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken einerseits und im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem reflektivem Bildgeber andererseits angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, in denen gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit jeweils zur Apertur einer jeweiligen Projektionsoptik dezentriertem Linsenscheitel;
5 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit einer Rasteranordnung von Lichtquellen;
6 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit einer zweidimensionalen Anordnung von Feld-Linsen;
7 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit zwei Strahlteilern und gegenüberliegenden Lichtquellen zur zweiseitigen Beleuchtung eines reflektiven Bildgebers;
8 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit zwei Strahlteilern und einer im Beleuchtungspfad dazwischenliegenden Halbwellenlängenplatte;
9 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit einem reflektiven Bildgeber und einer dazu farbsequenziell synchronisierten RGB-Lichtquelle;
10 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays mit einer Filteranordnung zum Erzeugen einer Farbmischung;
11 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays, bei dem sich Abbildungen von Einzelbildern in einer Bildebene zu einem Gesamtbild mit einer höheren Auflösung überlagern;
12 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Überlagerung von Pixeln zu einem Gesamtbild;
13 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Überlagerung von binären schwarz-weißen Teilbildern zu einem Gesamtbild;
14 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren erfindungsgemäßen Überlagerung von binären schwarz-weißen Teilbildern zu einem Gesamtbild;
15 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen reflektiven Bildgebers mit zwei unterschiedlichen Modi für unterschiedliche Vergrößerungen und/oder unterschiedliche Projektionsdistanzen einer Abbildung; und
16 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Anzeigen eines Gesamtbilds gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Figuren näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen gleiche Elemente oder funktionell gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine Beschreibung von Elementen mit gleichen Bezugszeichen ist daher gegenseitig austauschbar und/oder in den verschiedenen Ausführungsbeispielen aufeinander anwendbar.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in 1 gezeigte Projektionsdisplay 100 weist eine Lichtquelle 110, einen reflektiven Bildgeber 120, eine zweidimensionale Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 und einen Strahlteiler 140 auf. Hierbei ist der reflektive Bildgeber 120 ausgebildet, um in einer zweidimensionalen Verteilung 122 von Teilbereichen 124 desselben Einzelbilder darzustellen. Ferner ist die zweidimensionale Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 konfiguriert, um einen zugeordneten Teilbereich 125 des Bildgebers 120 jeweils auf eine Bildebene 150 abzubilden, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene 150 zu einem Gesamtbild 160 überlagern. Schließlich ist der Strahlteiler 140 in einem Strahlengang zwischen reflektivem Bildgeber 120 und der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken einerseits und im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 110 und dem reflektiven Bildgeber 120 andererseits angeordnet.
Insbesondere kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Strahlteiler 140 polarisierend wirken und der reflektive Bildgeber 120 ausgebildet sein, um die Einzelbilder in Form einer Polarisationsbeeinflussung darzustellen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß 1 besteht das Projektionsdisplay insbesondere aus einer regelmäßigen, zweidimensionalen Anordnung von bildgebenden Bereichen auf dem reflektiven Bildgeber 120, der beispielsweise als Flüssigkristall-Bildgeber 121 ausgebildet ist, einem Strahlteiler 140, der beispielsweise als polarisierender Strahlteiler 142 ausgebildet ist, und der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134. Wie in 1 gezeigt, durchläuft Licht der Lichtquelle 110, die beispielsweise als LED 112 ausgebildet ist, zunächst eine Kondensoroptik 115 und wird dann auf den polarisierenden Strahlteiler 142 gelenkt. Von dort wird es schließlich polarisiert in Richtung des reflektiven Bildgebers 120, der beispielsweise ein LCoS(Liquid Crystal on Silicon, Flüssigkristall auf Silizium)-Bildgeber ist, reflektiert.
Je nach Grauwert des darzustellenden Bildpunktes dreht der beispielsweise digitale Bildgeber die Polarisationsrichtung des an ihm reflektierten Lichts und steuert somit die Transmission beim zweiten Durchgang durch den polarisierenden Strahlteiler. Das schnelle pixelweise Schalten der Spannungen bzw. Kristalldrehungen ermöglicht dabei die Darstellung von dynamischen Bildinhalten.
Die in 1 gezeigten Projektionsoptiken 134 können beispielsweise Mikrolinsen sein, die in einer regelmäßigen, zweidimensionalen Anordnung als Projektionsobjektive ausgebildet sind, die jeweils einen Teilbereich 125 des Bildgebers 120 auf die Bildebene 150 bzw. einen Schirm abbilden. Durch die Verwendung solch einer Projektionsoptikanordnung wird es ermöglicht, die Baulänge des Gesamtsystems gegenüber herkömmlichen Einkanal-Projektoren gleicher Bildgröße drastisch zu reduzieren. Während eine geringe Baulänge des erfindungsgemäßen Projektionsdisplays bzw. Projektionssystems aus Brennweiten der Projektionsoptiken bzw. Linsen von wenigen Millimetern resultiert, wobei deren Brennweiten wiederum von den Abmaßen des Strahlteilers abhängen, sorgt eine Vervielfachung der Objektflächen bzw. lateralen Ausdehnung für eine proportionale Steigerung der Bildhelligkeit. Man erhält somit im Vergleich zu miniaturisierten Einkanal-Projektoren eine Baulänge, die die Dicke des Strahlteilers nur um wenige Millimeter überschreitet, und dies bei vergleichbarer lateraler Ausdehnung und Projektionsdistanzen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Projektionsbild durch Überlagerung, Aneinandersetzen oder Verschachteln der Abbildungen von Einzelkanälen der Anordnung entstehen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen weisen die Projektionsoptiken 134, wie in 1 beispielhaft gezeigt, eine Dezentrierung 135 bezüglich der zugeordneten Teilbereiche 124 auf.
Im allgemeinen kann die Dezentrierung als zentrale Stauchung oder Streckung bezüglich einer zentralen optischen Achse 101 bzw. als lateraler Versatz der Projektionsoptiken 134 bezüglich der zugeordneten Teilbereiche 124 des Bildgebers 120 aufgefasst werden. Die Dezentrierung der Projektionsoptiken bezüglich der zugeordneten Einzelbilder auf den Bildgeber ist entscheidend für die Projektionsdistanz bzw. den Projektionsabstand. Aufgrund einer großen Tiefenschärfe der Teilbilder hängt letztere bzw. letzteres nur eingeschränkt von der Fokussierung der einzelnen Projektionsoptiken ab.
Durch einen leicht verringerten Mittenabstand (Pitch) der Projektionsoptiken bzw. Projektionslinsen gegenüber den bildgebenden Strukturen entsteht ein von der zentralen optischen Achse 101 der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 bzw. vom Array-Zentrum (Rasterzentrum) nach außen wachsender Versatz 135 der jeweiligen bildgebenden Struktur und der entsprechenden Projektionsoptik. Die so entstehende leichte Verkippung der optischen Achsen 103 äußerer Projektionsoptiken 134 bzw. Projektoren gegenüber der zentralen optischen Achse 101 bzw. des Zentralkanals sorgt für eine Überlagerung (Superposition) von Einzelabbildungen in der Bildebene 150 zu dem Gesamtbild 160. Die Bildebene kann hierbei im Unendlichen liegen oder sich in einem endlichen Abstand von der Projektionsoptik vor dem Bildgeber oder hinter dem Bildgeber befinden. Wie in 1 gezeigt, ist der Bereich vor dem Bildgeber durch den Bereich 102 rechts von bzw. im Strahlengang nach der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 definiert, während der Bereich hinter dem Bildgeber durch den Bereich 104 links von dem Bildgeber 120 bzw. auf der dem Strahlteiler 140 abgewandten Seite des Bildgebers 120 definiert ist. Die einzelnen Abbildungen können sich beispielsweise auf einem Schirm zu dem Gesamtbild überlagern.
Hierbei sind keine weiteren makroskopischen, optischen Elemente zur Projektion im Strahlengang erforderlich. Die Projektionsdistanz bzw. Projektionsentfernung L des Array-Projektionsdisplays (d. h. der Abstand L der Bildebene 150 von der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 senkrecht zu ihr) ergibt sich aus der Brennweite der Projektionsoptik f, dem Mittenabstand der Projektionsoptiken p_PL und dem Mittenabstand der Bilder p_OBJ. Die Vergrößerung M der Abbildungen folgt aus dem Verhältnis der Projektionsentfernung L zur Brennweite der Projektionslinse f. Hierbei gelten die folgenden Beziehungen:
Das Verhältnis der Mittenabstände von Objektstrukturen zu Projektionsoptiken bzw. deren Differenz steuert somit die Projektionsentfernung.
Ist der Mittenabstand der Projektionsoptiken kleiner als der der bildgebenden Strukturen, entsteht ein reelles Bild in einem definierten Abstand. In dem in 1 gezeigten Fall ist der Mittenabstand p_PL der Projektionsoptiken 134 kleiner als der Mittenabstand p_OBJ der zugeordneten Teilbereiche 124. Daher ist bei dem Ausführungsbeispiel in 1 ein sich in der Bildebene 150 überlagerndes Gesamtbild 162 reell.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, weisen die Projektionsoptiken 134 des Projektionsdisplays 200 eine Dezentrierung 137 bezüglich der zugeordneten Teilbereiche 124 auf. In dem in 2 gezeigten Fall ist der Mittenabstand p_PL der Projektionsoptiken 134 größer als der Mittenabstand p_OBJ der zugeordneten Teilbereiche 124. Daher ist in 2 ein sich in der Bildebene 150 überlagerndes Gesamtbild 202 virtuell. Der Pitch der Projektionsoptiken wird demnach größer als der der Teilbilder gewählt, wobei die einzelnen Projektionsoptiken so fokussiert sind, dass virtuelle Teilbilder entstehen, wodurch man ein virtuelles Gesamtbild 202, welches vom Beobachter bzw. Auge 210 im Durchlicht betrachtet wird, wie es in 2 beispielhaft dargestellt ist, erhält.
3 zeigt eine Seitenansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Projektionsoptikanordnung 130 ferner eine bezüglich der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 nachgeschaltete und mit der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 gemeinsam zusammenwirkende Gesamtlinse 310 auf. Nachgeschaltet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Gesamtlinse 310 im Strahlengang nach der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 angeordnet ist. In 3 ist die Gesamtlinse 310 insbesondere ausgebildet, um kollimierte Strahlenbündel 315 von den Projektionsoptiken 134 zu refokussieren, so dass die Bildebene 150 eines Gesamtbildes 302 in einer Brennebene der Gesamtlinse 310 liegt. Dieser Sachverhalt ist in 3 so dargestellt, dass die Bildebene 150, wo sich die einzelnen Abbildungen zum Gesamtbild 302 überlagern, einen Abstand f_L von der Gesamtlinse 310 hat. Ferner kann der Abstand d_PL der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 von dem reflektiven Bildgeber 120 beispielsweise so eingestellt sein, dass er in etwa der Brennweite der Projektionsoptiken 134 entspricht.
In 3 ist zu erkennen, dass die Projektionsoptiken 134 bezüglich der zugeordneten Teilbereiche 124 zentriert sind und kollimierend wirken. Das bedeutet, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Mittenabstand p_PL der Projektionsoptiken 134 gleich dem Mittenabstand p_OBJ der zugeordneten Teilbereiche 124 ist.
Modifiziert man demnach den Aufbau so, wie es in 3 beispielhaft gezeigt ist, indem der Abstand d_PL der Projektionsoptiken zum Bildgeber so eingestellt ist, dass die einzelnen Bilder im Unendlichen entstehen, der Pitch der Teilbilder dem Pitch der Projektionsoptiken entspricht, und ordnet man die Gesamtlinse 310 beispielsweise in Form einer Sammellinse 312 im Strahlengang nach der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken bzw. der Array-Optik an, so entsteht das Gesamtbild 302 in der Brennebene der Linse 310. Bei Nutzung einer Sammellinse wird ein reelles Bild auf einen Schirm projiziert, während eine Zerstreuungslinse ein virtuelles Bild ähnlich dem in 2 dargestellten Aufbau erzeugt. Vorteilhaft bei der in 3 gezeigten Ausführung ist eine beispielsweise verglichen mit dem in 1 dargestellten Aufbau geringere Vignettierung achsenferner Projektionskanäle 103 und die Möglichkeit, durch Einsatz einer variablen Sammel- oder Zerstreuungslinse z. B. in Form eines Zoom-Objektivs oder einer Flüssigkeitslinse, unterschiedliche Projektionsabstände einzustellen.
Insbesondere kann somit die in 3 gezeigte nachgeschaltete Gesamtlinse 310 als Optik mit variabler Brennweite ausgebildet sein, so dass eine Projektionsdistanz einstellbar ist. In 3 ist zu erkennen, dass die Projektionsdistanz L abgesehen von einer länglichen Ausdehnung der Projektionsoptikanordnung 130 im Wesentlichen durch die Brennweite f_L der Gesamtlinse 310 gegeben ist.
Die optische Wirkung einer nachgeschalteten Sammel- oder Zerstreuungslinse kann auch durch eine spezielle Auslegung des Projektions-Arrays erzielt werden, wie es in 4 beispielhaft gezeigt ist. Insbesondere zeigt 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays 400. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweidimensionale Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 als Projektions-Array 410 bzw. zweidimensionale Anordnung ausgebildet, wobei jede Projektionsoptik 414 des Projektions-Arrays 410 einen zur Apertur der jeweiligen Projektionsoptik dezentrierten Linsenscheitel 415 aufweist.
Die in 4 gezeigten Projektionsoptiken 414 der zweidimensionalen Anordnung 410 entsprechen im Wesentlichen den in 1 bis 3 gezeigten Projektionsoptiken 134 der zweidimensionalen Anordnung 132. In einer vergrößerten Darstellung (Kreis Z) sind die einzelnen Linsenscheitel 415 der Projektionsoptiken 414 deutlicher zu erkennen. Die Dezentrierung der Linsenscheitel 415 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass die Projektionsoptiken 414 der zweidimensionalen Anordnung 410 zusammengenommen eine gleiche Wirkung wie die in 3 gezeigte Projektionsoptikanordnung 130 mit der nachgeschalteten Gesamtlinse 310 erzielen. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, ist hierbei ein Mittenabstand p_LS der Linsenscheitel 415 kleiner als der Mittenabstand p_OBJ der zugeordneten Teilbereiche 124. Somit kann jede Linse eine Projektion des Einzelbilds des jeweiligen Teilbereichs 125 auf die Bildebene 150 bewirken. Dort überlagern sich die Abbildungen der Einzelbilder zum Gesamtbild 160.
Nutzt man demnach Projektionslinsen mit einem mit dem Abstand zur zentralen optische Achse 101 bzw. Systemachse gegenüber ihrer Apertur zunehmend verschobenen Linsenscheitel, so kann die optische Funktion der Gesamtlinse, wie beispielsweise einer Sammellinse, in das Projektions- bzw. Linsenarray verlagert werden. Vorteilhaft bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Einsparung einer optischen Komponente und zwar bei Aufrechterhaltung der geringeren Vignettierung achsenferner Kanäle.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der in 5 gezeigte problemlose Einsatz von Arraylichtquellen. In 5 ist ein erfindungsgemäßes Projektionsdisplay 500 mit einer Rasteranordnung 510 von Lichtquellen dargestellt. Hierbei entspricht die in 5 gezeigte Rasteranordnung 510 im Wesentlichen der Lichtquelle 110 in 1 bis 4. Ferner ist in 5 eine Kondensoroptikanordnung 515 gezeigt. Die Kondensoroptikanordnung 515 der 5 entspricht im Wesentlichen der Kondensoroptik 115 in 1 bis 4. Wie in 5 gezeigt, weist die Rasteranordnung 510 eine Mehrzahl von Lichtquellen 510-1, 510-2, ... 510-5 auf, wobei jeder Lichtquelle eine Kondensoroptik der Kondensoroptikanordnung 515 zugeordnet ist. Insbesondere können die Rasteranordnung 510 von Lichtquellen und die Kondensoroptikanordnung 515 derart ausgebildet sein, dass Licht von den einzelnen Lichtquellen 510-1, 510-2, ... 510-5 jeweils auf zugeordnete Teilbereiche 124 des Bildgebers 120 gelenkt werden, wie es in 5 durch Beleuchtungspfade 501 dargestellt ist. Ein Vorteil des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist, dass durch die Überlagerung vieler Einzelbilder, wie es auch bei den im Vorhergehenden beschriebenen Anordnungen der Fall ist, üblicherweise keine besonderen Maßnahmen zur Homogenisierung der Beleuchtung erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil bei Einsatz von Arraylichtquellen, wie z. B. kollimierten LED-Arrays, ist die daraus resultierende geringere Vergrößerung der lateralen Ausdehnung der Gesamtanordnung.
6 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays 600 mit einer zweidimensionalen Anordnung 610 von Feldlinsen 612. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweidimensionale Anordnung 610 von Feldlinsen 612 zumindest in einem Strahlengang zwischen dem reflektiven Bildgeber 120 und dem Strahlteiler 140 angeordnet. Hierbei ist jede Feldlinse 612 in der zweidimensionalen Anordnung 610 einer Projektionsoptik 134 in der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken 134 zugeordnet. Durch diese Verwendung der zweidimensionalen Anordnung 610 von Feldlinsen 612 kann eine Köhlersche Beleuchtung jeder Projektionsoptik 134 in der zweidimensionalen Anordnung 132 erzielt werden.
Insbesondere kann bei dem Projektionsdisplay 600 eine Brennweite f_FL der Feldlinsen 612 zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,5-fachen einer Brennweite f_PL der Projektionsoptiken 134 liegen.
Anders ausgedrückt ermöglicht der in 6 dargestellte Einsatz der zweidimensionalen Anordnung von Feldlinsen bzw. eines Feldlinsenarrays zwischen Strahlteiler und Bildgeber die Köhlersche Beleuchtung der Projektionsoptik, wodurch die Bildhelligkeit bei gleichzeitig verbesserter Streulichtunterdrückung vergrößert werden kann.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Streulichtunterdrückung noch mehr verbessert werden, indem absorbierende Blenden (nicht gezeigt in 6) in der Ebene des Feldlinsenarrays, die die Bereiche zwischen den Linsen abdecken, verwendet werden. Generell ist der Einsatz eines solchen Blendenarrays zwischen Bildgeber und polarisierendem Strahlteiler auch ohne Feldlinsenarray zur Streulichtunterdrückung sinnvoll.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Beleuchtung auch von mehreren Seiten durch entsprechende beispielsweise kollimierte Lichtquellen erfolgen. 7 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays 700 mit zwei Strahlteilern 730, 740 und gegenüberliegenden Lichtquellen 710, 720 zur zweiseitigen Beleuchtung eines reflektiven Bildgebers. In 7 weist das Projektionsdisplay 700 insbesondere eine erste und eine zweite Lichtquelle 710, 720 und einen ersten und einen zweiten Strahlteiler 730, 740, die zwischen dem reflektiven Bildgeber 120 und der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken angeordnet sind, auf. Hierbei sind der erste Strahlteiler 730 im Strahlengang zwischen der ersten Lichtquelle 710 und einem Satz 750 von Teilbereichen des reflektiven Bildgebers 120 und der zweite Strahlteiler 740 im Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle 720 und einem zweiten Satz 760 von Teilbereichen des reflektiven Bildgebers 120 angeordnet.
Wie in 7 gezeigt, wird ein erster lateraler Bereich 750 des Bildgebers 120 im Wesentlichen von der ersten Lichtquelle 710 und einer zugeordneten ersten Kondensoroptik 715 beleuchtet, während ein zweiter lateraler Bereich 760 des Bildgebers 120 im Wesentlichen von der zweiten Lichtquelle 720 und einer zugeordneten zweiten Kondensoroptik 725 beleuchtet wird. Hierbei entsprechen die erste und die zweite Lichtquelle 710, 720 und die zugeordnete erste und zweite Kondensoroptik 715 und 725 im Wesentlichen der Lichtquelle 110 bzw. der Kondensoroptik 115 der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im Gegensatz zur Verwendung eines einzigen Strahlteilers erlaubt die in 7 gezeigte zweiseitige Beleuchtung mit zwei Lichtquellen 710, 720 und zwei polarisierenden Strahlteilern 730, 740 eine annähernde Halbierung der Baulänge des Projektors.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können sich die Projektionsoptiken auch dadurch voneinander unterscheiden, dass sie für das jeweilige Farbspektrum, mit dem der durch die jeweilige Projektionsoptik abgebildete Teilbereich ausgeleuchtet werden kann, gegen Verzeichnung mehr korrigiert sind als für eines der anderen Farbspektren der unterschiedlichen Farbspektren.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können in der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken die Projektionsoptiken 134 gegen eine mit anwachsender Entfernung von der optischen Achse 101 des Bildgebers 120 und der Projektionsoptikanordnung 130 wachsende Defokussierung und/oder Astigmatismus und/oder Koma korrigiert sein.
Schließlich kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Bildgeber 120 so ausgebildet sein, dass sich eine Größe der Teilbereiche 124 mit anwachsender Entfernung von der optischen Achse 101 des Bildgebers 120 und der Projektionsoptikanordnung 130 kontinuierlich verändert, so dass die Einzelbilder in der Bildebene 150 gleichgroß sind.
Durch solch eine kontinuierliche Veränderung der Größe der Teilbereiche können mit anwachsender Entfernung von der zentralen optischen Achse 101 bzw. dem Zentralkanal wachsender Objektabstand und damit geringere Vergrößerung äußerer Projektionsoptiken 103 gegenüber dem Zentralkanal im Falle einer Dezentrierung, wie es in 1 beispielhaft gezeigt ist, bei der Projektion der Einzelbilder auf die Bildebene 150 ausgeglichen werden.
8 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays 800 mit zwei Strahlteilern 810, 820 und einer im Beleuchtungspfad dazwischenliegenden Halbwellenlängenplatte 830. Das Projektionsdisplay 800 aus 8 weist außer einem ersten Stahlteiler 810 insbesondere einen zweiten Strahlteiler 820, der im Strahlengang zwischen reflektivem Bildgeber 120 und der zweidimensionalen Anordnung 132 von Projektionsoptiken einerseits und dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 110 und dem reflektivem Bildgeber 120 andererseits angeordnet ist, und eine Halbwellenlängeplatte 830, die zwischen dem ersten Strahlteiler 810 und dem zweiten Strahlteiler 820 angeordnet ist, auf. Dadurch kann eine Polarisationsrichtung einer durch den ersten Strahlteiler 810 transmittierten Polarisationskomponente (z. B. p) eines von der Lichtquelle 110 emittierten Lichts (Polarisationskomponenten p, s) beim Passieren der Halbwellenlängenplatte 830 um 90° gedreht werden. Hierbei sind der erste Strahlteiler 810 und der zweite Strahlteiler 820 ausgebildet, um Licht aus einer Richtung der Lichtquelle 110 mit der um 90° gedrehten Polarisationsrichtung (z. B. s) in Richtung des Bildgebers 120 zu reflektieren. Ein beispielhafter Beleuchtungspfad mit den jeweiligen Polarisationskomponenten ist in 8 durch die Pfeile mit den Bezeichnungen s, p dargestellt.
In anderen Worten, nutzt man zwei polarisierende Strahlteiler, wie es in 8 beispielhaft dargestellt ist, welche über die Halbwellenlängenplatte 830 bzw. λ/2-Platte im Beleuchtungslichtpfad hintereinander geschaltet sind, so können beide Polarisationskomponenten (p, s) einer unpolarisierten Lichtquelle, wie z. B. einer LED, genutzt werden. Hierbei dreht die Halbwellenlängenplatte die ungenutzt durch den ersten Strahlteiler transmittierte Polarisationskomponente (p) um 90°, so dass sie im folgenden Strahlteiler auf die zugeordneten Hälfte des Bildgebers mit der richtigen Polarisationsrichtung (s) reflektiert wird.
Die volle Ausnutzung einer unpolarisierten Lichtquelle durch die beschriebene Anordnung mit zwei polarisierenden Strahlteiler bzw. Polarisationsteilern und einer Halbwellenplatte (λ/2-Platte) kann durch die oben beschriebene Beleuchtung von zwei Seiten ergänzt werden, was eine weitere Halbierung der Baulänge ermöglicht.
Bezugnehmend auf die vorherigen Ausführungsbeispiele kann eine Projektion von Außenkanten des ersten 730, 810 und zweiten Strahlteilers 740, 820 auf dem reflektiven Bildgeber 120 so entstehen, dass sie nicht durch die Teilbereiche 124 des Bildgebers 120 verläuft. Dadurch kann vermieden werden, dass die Außenkanten bei ihrer Projektion im Gesamtbild störend in Erscheinung treten.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Projektion eines vollfarbigen RGB-Bildes, wie es in 9 beispielhaft dargestellt, durch eine RGB-Lichtquelle 905 realisiert werden. Dies ist z. B. durch drei LEDs 910, 920, 930 mit zugehörigen Kollimationsoptiken 915, 925, 935 und einem Farbcombiner 940 (Farbkombinierer) möglich. Hierbei entspricht die RGB-Lichtquelle 905 bei dem Ausführungsbeispiel in 9 im Wesentlichen der Lichtquelle 110 aus den vorherigen Ausführungsbeispielen. Insbesondere arbeiten bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispielen die RGB-Lichtquelle 905 und der Bildgeber 950 synchronisiert farbsequentiell, um eine Vollfarbenprojektion zu erhalten.
In 9 kann der reflektive Bildgeber 950, der im Wesentlichen dem Bildgeber 120 aus den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht, ausgebildet sein, um identische Einzelbilder 904 von den Teilbereichen 124 des Bildgebers 950 mit einer hinreichend hohen Framerate darzustellen. Ferner kann hierbei die Lichtquelle 905 ausgebildet sein, um pro Frame sequentiell unterschiedliche Farbkomponenten (z. B. Rot, Grün, Blau) zu durchlaufen. Über die farbsequentielle Arbeitsweise des Bildgebers 950 und der einzelnen Lichtquellen 910, 920, 930 kann die Vollfarbprojektion realisiert werden, wobei der Bildinhalt des beispielsweise digitalen Bildgebers für alle Projektionskanäle identisch ist.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Lichtquelle 110, der Strahlteiler 140, die Projektionsoptikanordnung 130 und der reflektive Bildgeber 120 so ausgebildet sein, dass reflektiertes Licht von zumindest zwei Teilbereichen des Bildgebers 120 ein gleiches Farbspektrum aufweisen.
Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen die Lichtquelle 110 so angeordnet sein, dass unterschiedliche Teilbereiche des Bildgebers 120 mit unterschiedlichen Farbkomponenten angestrahlt werden. Bezugnehmend auf 7 kann beispielsweise die erste Lichtquelle 710 Licht mit einer ersten Farbkomponente emittieren, das nach Durchlaufen der Kondensoroptik 715 von dem ersten Strahlteiler 730 auf den ersten Teilbereich 750 des Bildgebers 120 reflektiert wird, während die zweite Lichtquelle 720 Licht mit einer zweiten Farbkomponente emittieren kann, das nach Durchlaufen der Kondensoroptik 725 von dem zweiten Strahlteiler 740 auf den zweiten Teilbereich 760 des Bildgebers 120 reflektiert wird. Somit können unterschiedliche Teilbereiche 750, 760 des Bildgebers 120 mit der ersten und der zweiten Farbkomponente, die voneinander verschieden sein können, angestrahlt werden.
10 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Projektionsdisplays 1000 mit einer Farbfilteranordnung 1020 zum Erzeugen einer Farbmischung in der Bildebene 150. In 10 ist der reflektive Bildgeber 1030, der im Wesentlichen dem reflektiven Bildgeber 120 aus den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht, ausgebildet, um Gruppen 1032-1, 1032-2, 1032-3 von Einzelbildern, die jeweils einen Grauwert einer Farbkomponente eines Bildinhalts repräsentieren, darzustellen. Hierbei kann jeder Gruppe 1032-1, 1032-2, 1032-3 von Einzelbildern ein jeweiliges Farbfilter 1022-1, 1022-2, 1022-3 der Filteranordnung 1020 zugeordnet werden. Auf diese Weise können die Gruppen 1032-1, 1032-2, 1032-3 von Einzelbildern entsprechend der jeweiligen Farbkomponente gefiltert werden, so dass das sich in der Bildebene 150 überlagernde Gesamtbild 160 eine Farbmischung darstellt.
Anders ausgedrückt stellt 10 eine andere Möglichkeit zur Erzeugung von RGB-Bildern dar. Durch Beleuchtung mit einer weißen Lichtquelle 1010 und Einfügen von RGB-Farbfiltern 1022-1, 1022-2, 1022-3 in den Abbildungslichtpfad wird in einer Anzahl von Projektionskanälen jeweils ein Grundfarbbild erzeugt. Ein Projektionskanal entspricht im Üblichen der Abbildung eines Teilbereichs des Bildgebers durch eine zugeordnete Projektionsoptik auf die Bildebene. Durch Zuordnung der entsprechenden Grundfarb-Bildinhalte zu den jeweiligen Projektionskanälen gelingt somit eine RGB-Projektion. Ein Vorteil bei dieser Art der Farberzeugung ist die Möglichkeit des Weißabgleichs durch eine der spektralen Charakteristik der Lichtquelle und der Farbfilter angepassten Anzahl von Projektionskanälen für die jeweilige Grundfarbe.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann jedem projizierenden Kanal bzw. einer Gruppe von Projektionsoptiken eine separate Lichtquelle einer Grundfarbe zugewiesen werden. Die Farbmischung erfolgt bei der Überlagerung zum Gesamtbild auf dem Schirm bzw. im virtuellen Bild.
Bezugnehmend auf 7 ist bei dem Projektionssystem 700 die Lichtquelle 110 beispielsweise in Form der Lichtquellen 710, 720 ausgebildet, um über die Strahlteiler 730, 740 die unterschiedlichen Gruppen 750, 760 von Teilbereichen des Bildgebers 120 mit einem unterschiedlichen Farbspektrum auszuleuchten. Hierbei unterscheiden sich innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken Projektionsoptiken 755, 765, die Teilbereiche 750, 760, abbilden, die durch die Lichtquellen 710, 720 mit unterschiedlichen Farbspektren (z. B. Rot, Blau) ausgeleuchtet werden, voneinander.
Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung der Bildgeber 120 so ausgebildet sein, dass sich eine Größe von Teilbereichen 750, die mit einem ersten der unterschiedlichen Farbspektren (z. B. Rot) ausleuchtbar sind, von einer Größe von Teilbereichen 760, die mit einem zweiten, zu dem ersten unterschiedlichen der unterschiedlichen Farbspektren (z. B. Blau) ausleuchtbar sind, unterscheidet. Dadurch kann eine Größe der Einzelbilder in der Bildebene aufeinander abgestimmt werden.
Hierbei ist anzumerken, dass die Darstellung der Farbe außer durch die gerade genannte direkte farbige Beleuchtung der Teilbereiche auch durch die in 10 beispielhaft gezeigte Farbfilteranordnung realisiert werden kann, so dass unterschiedliche Gruppen von Teilbereichen zum Gesamtbild mit unterschiedlichen Farbspektren beitragen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann für alle Projektionsoptiken innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken für alle unterschiedlichen Farbkanäle, d. h. für optische Kanäle, die unterschiedlichen Farbspektren zugeordnet sind, eine gleiche Brennweite gewählt werden, so dass sich für alle unterschiedlichen Farbkanäle eine gleiche Vergrößerung ergibt. Stellt man ferner unterschiedliche geometrische Abstände der Projektionsoptiken zu dem reflektiven Bildgeber ein, so können unterschiedliche optische Weglängen aufgrund einer Dispersion des Strahlteilers (z. B. des ersten oder zweiten Strahlteilers 730, 740) für die unterschiedlichen Farbkanäle ausgeglichen werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann es jedoch unerwünscht sein, die Projektionsoptiken innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken in unterschiedlichen Bauhöhen anzuordnen, Daher kann es vorteilhaft sein, die Projektionsoptiken in einem gleichen geometrischen Abstand zu dem reflektiven Bildgeber zu halten. In diesem Fall können die unterschiedlichen optischen Weglängen aufgrund der Dispersion des Strahlteilers dadurch ausgeglichen werden, dass unterschiedliche Brennweiten der Projektionsoptiken entsprechend der unterschiedlichen optischen Weglängen für die unterschiedlichen Farbkanäle gewählt werden. Hierbei haben die unterschiedlichen Brennweiten zur Folge, dass sich in der Bildebene unterschiedliche Vergrößerungen für die unterschiedlichen Farbkanäle ergeben. Die jeweilige Vergrößerung bzw. der jeweilige Abbildungsmaßstab kann jedoch durch unterschiedliche Größen der den unterschiedlichen Farbkanälen zugeordneten Teilbereiche mit einer Software (d. h. rechnergesteuert) wieder angepasst werden.
Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung der Strahlteiler nicht würfelförmig, sondern als Plättchen ausgebildet sein, so dass ein Unterschied zwischen den unterschiedlichen optischen Weglängen wegen einer kleineren Dispersion vernachlässigbar ist.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann somit durch eine farbgruppenweise Anpassung der Brennweiten der Projektionsoptiken der Grundfarbarrays eine Korrektur der Farblängsfehler der Abbildung vorgenommen werden. Ferner kann durch eine farbgruppenweise Anpassung der Teilbildgrößen der Grundfarbteilbilder eine Korrektur des Farbquerfehlers der Abbildung vorgenommen werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist somit die Möglichkeit einer Abberationskorrektur in Form einer kanalweisen Korrektur von Farbfehlern, wie z. B. der Farblängsfehler, der Projektionsoptiken. Sollten unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe für die Grundfarben vorliegen, ist beispielsweise auch eine Korrektur des resultierenden Farbquerfehlers im Gesamtbild durch unterschiedliche Bildgrößen der Grundfarben-Teilbilder möglich.
Bei weitern Ausführungsbeispielen der Erfindung kann durch eine Vorverzerrung der Teilbilder eine Korrektur der Verzeichnung vorgenommen werden. Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen mit einer kanalweise angepassten Brennweite der Projektionsoptiken eine Korrektur der Defokussierung achsenferner Projektionskanäle erfolgen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein erfindungsgemäßes Projektionsdisplay auch dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Korrektur der aus einer Brennweitenanpassung resultierenden unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe zentraler bzw. achsenferner Kanäle durch eine kanalweise veränderte Größe und Vorverzerrung achsenferner Teilbilder erfolgt. Ferner kann bei weiteren Ausführungsbeispielen mit kanalweise angepassten, unterschiedlichen sagittalen und tangentialen Brennweiten achsenferner Projektionsoptiken eine Korrektur von Astigmatismus und Koma erfolgen.
Ähnlich einer Achromatisierung ermöglicht die kanalweise Korrektur monochromer Aberrationen, wie z. B. der Einfluss der Bildfeldwölbung für größere Objektabstände achsenferner Projektionskanäle oder die Verzeichnung, zusammen mit einer vom Achsenabstand der Projektionsoptik abhängigen Vorverzerrungen der Teilbilder einfache Lösungen zur Verbesserung der Bildqualität. Während bei der Farbkorrektur primär zwischen den drei Farbgruppen unterschieden wird und somit drei unterschiedliche korrigierte Projektionsoptiken resultieren, bedarf die Korrektur der monochromen Abberationen im Allgemeinen einer von der Lage des jeweiligen Projektionskanals relativ zur Arraymitte abhängigen Anpassung der jeweiligen Projektionsoptik. Hierbei bieten sich z. B. Linsenarrays mit kontinuierlich über das Array variierender Brennweite, bei elliptischen Mikrolinsen auch getrennt in sagittale und meridionale Brennweite, zur Korrektur von Astigmatismus und Koma an.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Farbbildern ist der Einsatz einer Arraylichtquelle, wie es z. B. in 5 in Form der Lichtquelle 510 mit der entsprechenden Kondensoroptikanordnung 515 gezeigt ist, mit beispielsweise LEDs unterschiedlicher Lichtfarbe.
Die eindeutige Zuordnung der Einzellichtquellen zu Gruppen von Teilbildern und Projektionsoptiken gelingt dann vorteilhaft durch Einsatz eines Feldlinsenarrays, wie in 6 beispielhaft gezeigt ist. Der Verzicht auf Farbfilter erlaubt hierbei eine höhere Systemtransmission als bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Lösungsvorschlag.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der reflektive Bildgeber 120 und die Projektionsoptikanordnung 130 derart ausgebildet sein, dass identische Einzelbilder aus unterschiedlichen Teilbereichen pixelgenau überlagert werden.
Ferner kann der Bildgeber 120 bzw. das Bildgeberarray ausgebildet sein, um unterschiedliche Einzelbilder anzuzeigen. Deren Abbildung durch die zugeordneten Projektionsoptiken ergibt das Gesamtbild bzw. Projektionsbild.
11 zeigt ein erfindungsgemäßes Projektionsdisplay 1100, bei dem sich Abbildungen von Einzelbildern in einer Bildebene 150 zu einem Gesamtbild 1130 mit einer höheren Auflösung bzw. dargestellte Pixelzahl überlagern. Insbesondere kann bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel der reflektive Bildgeber 1110 und die Projektionsoptikanordnung 1120 derart ausgebildet sein, dass sich die Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene 150 mit einem Subpixelversatz zueinander überlagern. Hierbei weisen die Projektionsoptiken 1122 in der zweidimensionalen Anordnung 1120 eine in 11 beispielhaft dargestellte Dezentrierung bezüglich der zugeordneten Teilbereiche 124 auf. Dadurch ergibt sich, wie es in 11 beispielhaft gezeigt ist, ein in der Bildebene 150 überlagerndes Gesamtbild 1130, welches eine höhere Auflösung bzw. dargestellte Pixelzahl als die Einzelbilder hat.
Die Nutzung unterschiedlicher Teilbilder ermöglicht neben einer Vollfarbprojektion noch weitere Realisierungsvarianten. Insbesondere wird durch ein Aneinanderfügen von Teilbildern beispielsweise gemäß 11 eine Vergrößerung des resultierenden Gesamtbilds 1130, eine Erhöhung der Pixelzahl im resultierenden Gesamtbild oder beides gemeinsam ermöglicht. In dem in 11 beispielhaft dargestellten Fall setzt sich das Gesamtbild 1130 aus drei aneinander angefügten projizierten Teilbildern 1132-1, 1132-2, 1132-3 zusammen, die jeweils über zwei Projektionskanäle 1101 abgebildet werden.
12 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Überlagerung 1200 von Pixeln zu einem Gesamtbild 19. Die in 12 dargestellte Realisierung ist insbesondere für Bildgeber mit geringem Pixelfüllfaktor vorteilhaft. Ein Pixel 16a, 16b, 16c oder 16d des Bildgebers setzt sich im Allgemeinen aus einer inaktiven Fläche 17a, 17b, 17c oder 17d und einem aktiven Bereich 18a, 18b, 18c oder 18d zusammen. Für die folgende Beschreibung sei angenommen, dass Pixel 16a Weiß, 16b Hellgrau, Pixel 16c Dunkelgrau und Pixel 16d Schwarz angesteuert sind. Bildet man vier Gruppen (a, b, c, d) von Projektorkanälen, die in ihren Teilbildern an jeweils derselben Position Pixel 16a, 16b, 16c bzw. 16d enthalten, den Pixelteilbereich bzw. aktiven Bereich 18a, 18b, 18c und 18d deutlich aufgelöst projizieren und eine Dezentrierung der Projektionsoptiken aufweisen, die eine um einen halben Pixelpitch versetzte Projektion zum Gesamtbild ermöglichen (Subpixelversatz), so erhält man an der zugeordneten Pixelposition im Gesamtbild 19 ein Pixelmuster 11, welches die Überlagerung der vier Teilbilder darstellt. Die beschriebene Anordnung ermöglicht somit eine gegenüber den Teilbildern um den Faktor 4 höhere Pixelzahl im Gesamtbild.
13 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Überlagerung 1300 von binären schwarz-weißen Teilbildern zu einem Gesamtbild 21. Weist der Bildgeber einen hohen Füllfaktor auf, so resultiert die Überlagerung mit Subpixelversatz im Gesamtbild 21 in einer Kombination aus erhöhter Anzahl von Grauwerten und einer Erhöhung der Zahl darstellbarer Pixel. In 13 ist dieser Sachverhalt am Beispiel einer Streifenstruktur dargestellt. Die rein binären schwarz-weißen Teilbilder 20a, 20b überlagern sich zu einem Gesamtbild 21 mit einer erhöhten Anzahl von Graustufen und einer erhöhten darstellbaren Pixelzahl.
Neben der Erhöhung der Pixelzahl ist auch eine Erhöhung der Zahl der dargestellten Graustufen ohne Bildversatz möglich. 14 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren erfindungsgemäßen Überlagerung 1400 von binären schwarzweißen Teilbildern zu einem Gesamtbild 23. In 14 sind beispielhaft rein binäre schwarz-weiße Teilbilder 22a, 22b dargestellt, deren Überlagerung zum Gesamtbild 23 bereits drei Graustufen liefert. Eine weitere Erhöhung der unterschiedlichen binären Bilder steigert die Anzahl der darstellbaren Graustufen weiter. Dieser Ansatz zur Erhöhung der Zahl der Graustufen ist auch für nicht rein binäre, sondern allgemein für Teilbilder mit wenigen Graustufen einsetzbar. Die Kombination dieses Ansatzes mit der oben beschriebenen Vorgehensweise zur Darstellung von Vollfarbbildern ermöglicht entsprechend eine Vergrößerung der Farbtiefe.
Bezugnehmend auf 13; 14 kann das erfindungsgemäße Projektionsdisplay somit ausgebildet sein, um ein zu projizierendes Bild mit einer ersten Grau/Farbstufenauflösung zu empfangen, wobei der reflektive Bildgeber 120 ausgebildet ist, um die Einzelbilder (d. h. die binären schwarz-weißen Teilbilder 20a, 20b; 22a, 22b) mit einer zweiten Grau/Farbstufenauflösung darzustellen, die kleiner ist als die erste Grau/Farbstufenauflösung. Insbesondere kann hierbei das Projektionsdisplay ausgebildet sein, um abhängig von einem Grau/Farbstufenwert des zu projizierenden Bildes an einem Bildpunkt bzw. Pixel des zu projizierenden Bildes die Teilbereiche so anzusteuern, dass sich im Gesamtbild 21; 23 die Einzelbilder an einer dem Bildpunkt entsprechenden Stelle zu einer dem Grau/Farbstufenwert entsprechenden Grau/Farbstufe aufsummieren.
15 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen reflektiven Bildgebers 1500 mit zwei unterschiedlichen Modi für unterschiedliche Vergrößerungen und/oder unterschiedliche Projektionsdistanzen einer Abbildung. Bei dem in 15 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der reflektive Bildgeber 1500, der im Wesentlichen dem Bildgeber 120 aus den vorherigen Ausführungsbeispielen entspricht, unterschiedliche Modi, um die Verteilung von Teilbereichen einzustellen, so das sich von einem ersten Modus (durchgezogene Linie) zu einem zweiten Modus (gestrichelte Linie) des Bildgebers 1500 ein Ausmaß einer Dezentrierung 1510 zwischen den Projektionsoptiken 1520 und den zugeordneten Teilbereichen 1530-1 im ersten Modus bzw. 1530-2 im zweiten Modus verändert, um in dem ersten Modus und in dem zweiten Modus des Bildgebers 1500 unterschiedliche Vergrößerungen und/oder unterschiedliche Projektionsdistanzen zu erzielen. In 15 ist die Dezentrierung 1510 beispielhaft durch Vektoren dargestellt. Die Vektoren entsprechen dem lateralen Versatz bzw. den zentralen Verschiebungen bei der Dezentrierung zwischen den Teilbereichen 1530-1, 1530-2 im ersten bzw. im zweiten Modus und den Projektionsoptiken 1520. Wie in 15 gezeigt, ist die Dezentrierung 1510 beispielsweise so eingestellt, dass die Projektionsoptiken 1520 gegenüber den Teilbereichen 1530-1 im ersten Modus zentriert sind, während die Projektionsoptiken 1520 gegenüber den Teilbereichen 1530-2 im zweiten Modus bezüglich der zentralen optischen Achse 101 zentral gestaucht sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Dezentrierung 1510 jedoch auch so eingestellt sein, dass die Projektionsoptiken 1520 gegenüber den Teilbereichen 1530-2 im zweiten Modus bezüglich der zentralen optischen Achse 101 eine zentrale Streckung aufweisen. Insbesondere kann durch eine elektronische Einstellung der Zentrierung eine vorgegebene Projektionsdistanz variabel eingestellt werden.
Insbesondere kann der Bildgeber 1500 auch eine Vielzahl solcher Modi haben, die eine rein elektronische Fokussierung der Darstellung über einen großen Bereich von Projektionsdistanzen ermöglichen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der erste Modus und der zweite Modus des Bildgebers 1500 auch abhängig von einer gemessenen Projektionsdistanz eingestellt werden. Die Projektionsdistanz kann somit auf effektive Weise elektronisch nachgeregelt werden. Eine Messung der Projektionsdistanz kann dabei mit einem Abstandsensor zum Messen des Abstands zum Schirm durchgeführt werden, was eine automatische Fokussierung des Projektors ermöglicht.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1600 zum Anzeigen eines Gesamtbildes gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1600 weist beispielsweise die folgenden Schritte auf. Zunächst wird Licht mit einer Lichtquelle bereitgestellt (Schritt 1610). Dann werden Einzelbilder in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen mit einem reflektiven Bildgeber dargestellt (Schritt 1620). Schließlich wird ein Teilbereich des Bildgebers jeweils auf eine Bildebene durch eine Projektionsoptikanordnung mit einer zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken, wobei der Teilbereich jeweils den Projektionsoptiken zugeordnet ist, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene zu einem Gesamtbild überlagern, wobei ein Strahlteiler in einem Strahlengang zwischen dem reflektiven Bildgeber und der zweidimensionalen Anordnung von Projektionsoptiken einerseits und dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem reflektiven Bildgeber andererseits angeordnet ist, abgebildet (Schritt 1630).
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen somit ein Projektionsdisplay, bestehend aus mindestens einer Lichtquelle, mindestens einem reflektiven, digitalen Bildgeber, beispielsweise aus Flüssigkristall-Basis (LCoS), zumindest einem, beispielsweise polarisierendem Strahlteiler und einer regelmäßigen Anordnung optischer Projektionskanäle, beispielsweise in Form von ein- oder mehrlagigen Optiken. Die Einzelprojektoren überlagern sich oder setzen ihre Projektionsbilder auf dem Schirm zu einem reellen Bild oder in Durchlicht zu einem virtuellen Bild zusammen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine technisch aufwändige Korrektur der Abbildungsfehler und zwar insbesondere eine aufwändige Achromatisierung der Projektionsoptik, nicht erforderlich ist. Ferner weist ein erfindungsgemäßer Bildgeber eine hohe Pixelfehlertoleranz auf, was zu geringeren Fertigungskosten von Bildgebern führen kann.
Die vorliegende Erfindung ist auch dahingehend vorteilhaft, dass für eine Nachfokussierung bei wechselnden Projektionsabständen keine mechanisch bewegten Linsen benötigt werden.
Schließlich kann im Gegensatz zu bekannten Projektionssystemen eine aufwändige Homogenisierung der Lichtquelle zur Beleuchtung des Bildgebers vermieden werden.
Zusammenfassend schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein optisches Konzept zur Realisierung sehr flacher und gleichzeitig sehr heller Projektionssysteme, beispielsweise auf Basis eines reflektiven Flüssigkristall-Bildgebers. Im Gegensatz zu bisher üblichen einkanaligen Projektionssystemen auf Basis von reflektiven Flüssigkristall-Bildgebern, wie beispielsweise LCoS, D-ILA („Digital Direct Drive Image Light Amplifier”) oder SXRD („Silicon X-tal Reflective Display”), überwindet die vorliegende Anordnung die direkte Abhängigkeit von Systembaulänge und übertragbarem Lichtstrom durch einen optischen Mehrkanalansatz.
Denkbare Anwendungen liegen im Bereich der persönlichen Kommunikations- und Unterhaltungselektronik und der Datenvisualisierung im Heim und mobilen Bereich. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt im Automobil- und Flugzeugbereich in Form eines „Head-up-Displays” zur projizierenden Darstellung von Farbzustandsinformationen, Navigation, Umgebungsinformationen als Fahrerassistenzsysteme bzw. zur Unterhaltung von Mitfahrern. Ebenso denkbar sind Anwendungen in der Mess- und Medizintechnik sowie bei Displayanwendungen in Industrie- und Fertigungsanlagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009323028 A1 [0003]
US 2009237616 A1 [0003]

Claims

Projektionsdisplay (100) mit mindestens einer Lichtquelle (110), mindestens einem reflektiven Bildgeber (120), der ausgebildet ist, um in einer zweidimensionalen Verteilung (122) von Teilbereichen (124) desselben Einzelbilder darzustellen, einer Projektionsoptikanordnung (130) mit einer zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (134), die konfiguriert ist, um einen zugeordneten Teilbereich (125) des mindestens einen Bildgebers (120) jeweils auf eine Bildebene (150) abzubilden, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene (150) zu einem Gesamtbild (160) überlagern, und mindestens einem Strahlteiler (140), der in einem Strahlengang zwischen dem mindestens einem reflektiven Bildgeber (120) und der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (134) einerseits und im Strahlengang zwischen der mindestens einen Lichtquelle (110) und dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) andererseits angeordnet ist.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Strahlteiler (142) polarisierend wirkt, und der mindestens eine reflektive Bildgeber (121) ausgebildet ist, die Einzelbilder in Form einer Polarisationsbeeinflussung darzustellen.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Projektionsoptiken (134) eine Dezentrierung (135) bezüglich der zugeordneten Teilbereiche (124) aufweisen, bei der ein Mittenabstand (p_PL) der Projektionsoptiken (134) kleiner als ein Mittenabstand (p_OBJ) der zugeordneten Teilbereiche (124) ist, so dass das sich in der Bildebene (150) überlagernde Gesamtbild (162) reell ist.
Das Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Projektionsoptiken (134) eine Dezentrierung (137) bezüglich der zugeordneten Teilbereiche (124) aufweisen, bei der der Mittenabstand (p_PL) der Projektionsoptiken (134) größer oder gleich dem Mittenabstand (p_OBJ) der zugeordneten Teilbereiche (124) ist, so dass das sich in der Bildebene (150) überlagernde Gesamtbild (202) virtuell ist.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, wobei die Projektionsoptiken (134) bezüglich der zugeordneten Teilbereiche (124) zentriert sind und kollimierend wirken.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Projektionsoptikanordnung (130) ferner eine bezüglich der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken nachgeschaltete und mit der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (134) gemeinsam zusammenwirkende Gesamtlinse (310, 312) aufweist, die ausgebildet ist, um kollimierte Strahlenbündel (315) von den Projektionsoptiken (134) zu refokussieren, so dass die Bildebene (150) des Gesamtbilds (302) in einer Brennebene der Gesamtlinse (310, 312) liegt, wobei die Projektionsoptiken (134) bezüglich der zugeordneten Teilbereiche (124) zentriert sind und kollimierend wirken.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 6, bei dem die Gesamtlinse (310, 312) als Optik mit variabler Brennweite ausgebildet ist, so dass eine Projektionsdistanz einstellbar ist.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 7, bei dem die Optik mit variabler Brennweite ein Zoomobjektiv oder eine Flüssigkeitslinse ist.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Projektionsoptik (414) einen zur Apertur der jeweiligen Projektionsoptik dezentrierten Linsenscheitel (415) aufweist, wobei ein Mittenabstand der Linsenscheitel (415) größer oder kleiner als der Mittenabstand der zugeordneten Teilbereiche (124) ist, so dass die Linsen eine Projektion des Einzelbilds des jeweiligen Teilbereichs auf die Bildebene (150) bewirken, wo sich die Abbildungen der Einzelbilder zum Gesamtbild (160) überlagern.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest in einem Strahlengang zwischen dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) und dem mindestens einen Strahlteiler (140) eine zweidimensionale Anordnung (610) von Feldlinsen (612), die den Projektionsoptiken (134) zugeordnet sind, angeordnet ist, so dass eine Köhlersche Beleuchtung jeder Projektionsoptik (134) der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken erzielt wird.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 10, bei dem eine Brennweite (f_FL) der Feldlinsen (612) zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,5-fachen einer Brennweite (f_PL) der Projektionsoptiken (134) liegt.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das einen ersten (810) und einen zweiten Strahlteiler (820), die zwischen dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) und der mindestens einen zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken einerseits und im Strahlengang zwischen der mindestens einen Lichtquelle (110) und dem mindesten einen reflektiven Bildgeber (120) andererseits angeordnet sind, und eine Halbwellenlängeplatte (830), die zwischen dem ersten Strahlteiler (810) und dem zweiten Strahlteiler (820) angeordnet ist, aufweist, so dass eine Polarisationsrichtung einer durch den ersten Strahlteiler (810) transmittierten Polarisationskomponente eines von der mindestens einen Lichtquelle (110) emittierten Lichts beim Passieren der Halbwellenlängenplatte (830) um 90° gedreht wird, wobei der erste Strahlteiler (810) und der zweite Strahlteiler (820) ausgebildet sind, Licht aus einer Richtung der Lichtquelle (110) mit der um 90° gedrehten Polarisationsrichtung in Richtung des Bildgebers (120) zu reflektieren.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das eine erste (710) und eine zweite Lichtquelle (720) und einen ersten (730) und einen zweiten Strahlteiler (740), die zwischen dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) und der mindestens einen zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken angeordnet sind, aufweist, wobei der erste Strahlteiler (730) im Strahlengang zwischen der ersten Lichtquelle (710) und einem ersten Satz (750) von Teilbereichen des mindesten einen reflektiven Bildgebers (120) und der zweite Strahlteiler (740) im Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle (720) und einem zweiten Satz (760) von Teilbereichen des mindesten einen reflektiven Bildgebers (120) angeordnet sind.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 13 oder 14, bei dem eine Projektion von Außenkanten des ersten (730, 810) und zweiten Strahlteilers (740, 820) auf dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) so entsteht, dass sie nicht durch die Teilbereiche (124) des mindestens einen Bildgebers (120) verläuft.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der mindestens eine reflektive Bildgeber (950) ausgebildet ist, um die Einzelbilder mit einer hinreichend hohen Frame-Rate darzustellen, und wobei die Lichtquelle (905) ausgebildet ist, um pro Frame sequenziell unterschiedliche Farbkomponenten zu durchlaufen.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Lichtquelle (110), der mindestens eine Strahlteiler (140), die Projektionsoptikanordnung (130) und der mindestens eine reflektive Bildgeber (120) so ausgebildet sind, dass reflektiertes Licht von zumindest zwei Teilbereichen des Bildgebers (120) ein gleiches Farbspektrum aufweisen.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Lichtquelle (710, 720) so angeordnet ist, dass unterschiedliche Teilbereiche (750, 760) des Bildgebers (120) mit unterschiedlichen Farbkomponenten angestrahlt werden.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine reflektive Bildgeber (120) ausgebildet ist, um Gruppen von Einzelbildern (1032-1, 1032-2, 1032-3), die jeweils einen Grauwert einer Farbkomponente eines Bildinhalts repräsentieren, darzustellen, wobei jeder Gruppe von Einzelbildern (1032-1, 1032-2, 1032-3) Farbfilter (1022-1, 1022-2, 1022-3) zugeordnet sind, so dass die Gruppen von Einzelbildern (1032-1, 1032-2, 1032-3) entsprechend der jeweiligen Farbkomponente gefiltert werden, so dass das sich in der Bildebene (150) überlagernde Gesamtbild (160) eine Farbmischung darstellt.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine reflektive Bildgeber (120) und die Projektionsoptikanordnung (130) derart ausgebildet sind, dass identische Einzelbilder aus unterschiedlichen Teilbereichen pixelgenau überlagert werden.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ausgebildet ist, ein zu projizierendes Bild mit einer ersten Grau/Farbstufenauflösung zu empfangen, wobei der mindestens eine reflektive Bildgeber (120) ausgebildet ist, die Einzelbilder (20a, 20b; 22a, 22b) mit einer zweiten Grau/Farbstufenauflösung darzustellen, die kleiner ist als die erste Grau/Farbstufenauflösung, wobei das Projektionsdisplay ausgebildet ist, um abhängig von einem Grau/Farbstufenwert des zu projizierendes Bild an einem Bildpunkt des zu projizierenden Bilds die Teilbereiche so anzusteuern, das sich im Gesamtbild (21, 23) die Einzelbilder an einer dem Bildpunkt entsprechenden Stelle zu einer dem Grau/Farbstufenwert entsprechenden Grau/Farbstufe aufsummieren.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der reflektive Bildgeber (120) und die Projektionsoptikanordnung (130) derart ausgebildet sind, dass sich die Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene (150) mit einem Subpixelversatz zueinander überlagern, wobei die Projektionsoptiken (134) eine Dezentrierung bezüglich der zugeordneten Teilbereiche (124) aufweisen, so dass das sich in der Bildebene (150) überlagernde Gesamtbild (19) eine höhere Auflösung als die Einzelbilder hat.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem der reflektive Bildgeber (1500) unterschiedliche Modi hat, um die Verteilung von Teilbereichen (1530-1, 1530-2) einzustellen, so dass sich von einem ersten Modus zu einem zweiten Modus des Bildgebers ein Ausmaß einer Dezentrierung zwischen den Projektionsoptiken (1520) und den zugeordneten Teilbereichen verändert, um in dem ersten Modus und in dem zweiten Modus des Bildgebers (1500) unterschiedliche Projektionsdistanzen und/oder unterschiedliche Vergrößerungen zu erzielen.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 22, bei dem der erste Modus und der zweite Modus des Bildgebers (1500) abhängig von einer gemessenen Projektionsdistanz einstellbar ist.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Strahlteiler aus dispersivem Material ist und unterschiedliche Gruppen (750, 760) von Teilbereichen zum Gesamtbild mit unterschiedlichem Farbspektrum beitragen, wobei innerhalb der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (755, 765) Projektionsoptiken, die Teilbereiche (750, 760) abbilden, die mit zueinander unterschiedlichen Farbspektren zum Gesamtbild beitragen, in einem gleichen geometrischen Abstand zu dem mindestens einen Bildgeber angeordnet sind, aber sich zum Ausgleich unterschiedlicher optischer Weglängen zwischen dem mindestens einen Bildgeber und den Projektionsoptiken für das jeweilige Farbspektrum voneinander in ihren Brennweiten unterscheiden.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Strahlteiler aus dispersivem Material ist und unterschiedliche Gruppen (750, 760) von Teilbereichen zum Gesamtbild mit unterschiedlichem Farbspektrum beitragen, wobei innerhalb der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken (755, 765) Projektionsoptiken, die Teilbereiche (750, 760) abbilden, die mit zueinander unterschiedlichen Farbspektren zum Gesamtbild beitragen, eine gleiche Brennweite haben, aber zur Anpassung optischer Weglängen zwischen dem mindestens einen Bildgeber und den Projektionsoptiken für das jeweilige Farbspektrum in zueinander unterschiedlichen geometrischen Abständen zu dem mindestens einen reflektiven Bildgeber angeordnet sind.
Das Projektionsdisplay nach einem der Ansprüche 1–25, bei dem unterschiedliche Gruppen (750, 760) von Teilbereichen zum Gesamtbild mit unterschiedlichem Farbspektrum beitragen, wobei der mindestens eine Bildgeber (120) so ausgebildet ist, dass sich eine Größe von Teilbereichen (750), die mit einem ersten der unterschiedlichen Farbspektrenzum Gesamtbild beitragen, von einer Größe von Teilbereichen (760), die mit einem zweiten, zu dem ersten unterschiedlichen der unterschiedlichen Farbspektrenzum Gesamtbild beitragen, unterscheidet, so dass eine Größe der Einzelbilder in der Bildebene (150) aufeinander abgestimmt ist.
Das Projektionsdisplay nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken die Projektionsoptiken (134) gegen eine mit anwachsender Entfernung von einer optischen Achse (101) des mindestens einen Bildgebers (120) und der Projektionsoptikanordnung (130) wachsende Defokussierung und/oder Astigmatismus und/oder Koma korrigiert sind.
Das Projektionsdisplay nach Anspruch 27, bei dem der mindestens eine Bildgeber (120) so ausgebildet ist, dass sich eine Größe der Teilbereiche (124) mit anwachsender Entfernung von der optischen Achse (101) des mindestens einen Bildgebers (120) und der Projektionsoptikanordnung (130) kontinuierlich verändert, so dass die Einzelbilder in der Bildebene (150) zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren (1600) zum Anzeigen eines Gesamtbilds (160), mit: Bereitstellen (1610) von Licht mit mindestens einer Lichtquelle (110); Darstellen (1620) von Einzelbildern in einer zweidimensionalen Verteilung (122) von Teilbereichen (124) mit mindestens einem reflektiven Bildgeber (120); jeweiligem Abbilden (1630) eines Teilbereichs des Bildgebers (120) auf eine Bildebene (150) durch eine Projektionsoptikanordnung (130) mit einer zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken, wobei der Teilbereich jeweils den Projektionsoptiken zugeordnet ist, so dass sich Abbildungen der Einzelbilder in der Bildebene (150) zu einem Gesamtbild (160) überlagern, wobei ein Strahlteiler (140) in einem Strahlengang zwischen dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) und der zweidimensionalen Anordnung (132) von Projektionsoptiken einerseits und dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle (110) und dem mindestens einen reflektiven Bildgeber (120) andererseits angeordnet ist.