DE102022103302A1 - projection display - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Projektionsdisplay mit mindestens einer Lichtquelle (1), welches mindestens einen Verbund (2) aufweist,welcher aus mindestens zwei optischen Einzelkanälen (K) besteht, welche jeweils gebildet sind aus jeweils einem die Lichtausbreitungsrichtung pixelweise-beeinflussenden Flächenlichtmodulator (D), und einem optischen Element (O), und dass für alle Kanäle des Verbundes gilt, dass die kanalübergreifende Gesamtheit optischer Elemente aller Kanäle bei Lichteintritt in den Verbund (2) den Flächenlichtmodulator (D) derart beleuchtet, dass das optische Element (O) dieses Kanals das am Flächenlichtmodulator (D) reflektierte Licht als Objektstruktur abbildet und sich alle Abbilder der Einzelkanäle zu einem oder mehreren virtuellen oder reellen Gesamtbildern auf einem Schirm (3) überlagern.The invention relates to a projection display with at least one light source (1), which has at least one assembly (2), which consists of at least two individual optical channels (K), which are each formed from a surface light modulator (D) that influences the direction of light propagation pixel by pixel, and an optical element (O), and that applies to all channels of the network that the channel-spanning totality of optical elements of all channels when light enters the network (2) illuminates the surface light modulator (D) in such a way that the optical element (O) of this channel images the light reflected on the surface light modulator (D) as an object structure and all images of the individual channels are superimposed to form one or more virtual or real overall images on a screen (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Projektionsdisplay mit mindestens einer Lichtquelle sowie regelmäßig angeordneten optischen Kanälen. Im Speziellen betrifft die Erfindung digitale Projektionssysteme basierend auf reflektierenden pixelierten Flächenlichtmodulatoren (digital micro-mirror device, DMD)The invention relates to a projection display with at least one light source and regularly arranged optical channels. In particular, the invention relates to digital projection systems based on reflective pixelated surface light modulators (digital micro-mirror device, DMD).
Es ist bekannt, dass die Projektion von statischen und dynamischen Bildinhalten auf einen Schirm mit einem Diaprojektor bzw. einem Projektionsdisplay mit einem abbildenden Kanal bzw. drei abbildenden optischen Kanälen zur Farbmischung bzw. durch Laserscanner realisiert wird. Die für den Einsatz z. B. als mobile bilderzeugende Systeme erforderliche Miniaturisierung führt dabei regelmäßig zu Helligkeitsverlusten des projizierten Bildes.It is known that static and dynamic image content is projected onto a screen using a slide projector or a projection display with one imaging channel or three imaging optical channels for color mixing or by laser scanners. For use z. B. as mobile image-generating systems required miniaturization regularly leads to brightness losses of the projected image.
Denkbare Anwendungsbereiche der Erfindung liegen somit im Bereich der Kommunikations- und Unterhaltungselektronik, der Datenvisualisierung, Spektrometer, 3D-Drucker sowie im Automobilbereich, insbesondere für Interieurbeleuchtung und automobile Exterieurbeleuchtung, wie beispielsweise Scheinwerfer.Conceivable areas of application of the invention are therefore in the field of communication and entertainment electronics, data visualization, spectrometers, 3D printers and in the automotive sector, in particular for interior lighting and automotive exterior lighting, such as headlights.
Bekannt sind aus der
Ein alternatives Konzept zur radikalen Miniaturisierung von Projektionssystemen stellen scannende Laserprojektoren dar. Hier wird, wie in der
Die
Bekannt ist aus der
Ein weiteres Projektionsdisplay mit einem Bildgeber wird in der
Gemäß der Lösung aus der
Nach aktuellem Stand der Technik verwenden digitale Projektionssysteme einen räumlichen Lichtmodulator (spatial light modulator SLM), der es ermöglicht, das auf ihn treffende Licht derart zu modulieren, dass bildhafte Informationen generiert und im Folgenden durch optische Anordnungen abgebildet oder direkt wie im Falle von Laser-scannenden Systemen auf einen Schirm gelenkt werden.According to the current state of the art, digital projection systems use a spatial light modulator (SLM), which makes it possible to modulate the light hitting it in such a way that pictorial information is generated and then imaged by optical arrangements or directly, as in the case of laser scanning systems are directed onto a screen.
Jedes optische Projektionssystem ist gekennzeichnet durch den Lichtstrom, den es emittieren kann. Der Lichtstrom eines einkanaligen Projektionssystems FEKP ist dabei direkt proportional zum Quadrat der Brennweite seines Projektionsobjektivs (bei gegebener Diafläche A, Helligkeit der Lichtquelle B, Systemtransmission T, Blendenzahl der Projektionsoptik F und der paraxialen Brennweite fEKP der Projektionsoptik):
Mehrkanalige Projektionssystem nach dem Vorbild von
So benötigt ein Multikanal-Projektor mit beispielsweise 100 bzw. 10*10 Projektionskanälen nur ein Zehntel der Brennweite eines Einkanalprojektors um den gleichen Lichtstrom übertragen zu können. Dies schafft enorme Bauraumeinsparungspotenziale, da die Baulänge eines Projektors direkt mit dessen Brennweite korreliert.A multi-channel projector with, for example, 100 or 10*10 projection channels only needs a tenth of the focal length of a single-channel projector in order to be able to transmit the same luminous flux. This creates enormous space-saving potential, since the overall length of a projector correlates directly with its focal length.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein digitales Projektionsdisplay vorzuschlagen, welches eine bisher nicht zu realisierende Verbindung von Lichtstärke, Kompaktheit und Effizienz bei minimaler Anzahl der notwendigen Bauteile umsetzt.The object of the invention is to propose a digital projection display which combines light intensity, compactness and efficiency with a minimum number of necessary components in a way that was previously impossible to achieve.
Diese Aufgabe wird durch das Projektionsdisplay mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen auf.This problem is solved by the projection display with the features of
Die vorliegende Erfindung beschreibt die technische Lösung zur Übertragung des Array-Projektionsprinzips auf DMD (digital micro-mirror device) zur Modulation des abzubildenden Lichts.
Oftmals wird diese Technologie auch als DLP (Markenname der Fa. Texas Instruments) bezeichnet. DMDs modulieren das eintreffende Licht durch kontrollierte Ablenkung mittels einer zweidimensionalen Matrix-Anordnung von spiegelnden Pixeloberflächen, die individuell durch elektrische Ansteuerung, bistabil ihren Kippwinkel zwischen zwei Zuständen hochfrequent wechseln können. Diese beiden definierten Zustände werden in der Folge als ON und OFF bezeichnet.The present invention describes the technical solution for transferring the array projection principle to DMD (digital micro-mirror device) for modulating the light to be imaged.
This technology is often also referred to as DLP (brand name of Texas Instruments). DMDs modulate the incoming light by controlled deflection using a two-dimensional matrix array of reflective pixel surfaces, which are individually bi-stable by electrical control Flip angle can switch between two states at high frequency. These two defined states are referred to below as ON and OFF.
Passiert das auf den DMD treffende und im Folgenden an den Mikrospiegeln reflektierte Licht das dem DMD zugeordnete Projektionsobjektiv in Richtung Schirm und wird durch die optische Brechkraft des Projektionsobjektivs optisch abgebildet, so wird dies als ON-Zustand jener pixelierten Kippspiegeloberflächen bezeichnet.If the light hitting the DMD and then reflected at the micromirrors passes the projection lens assigned to the DMD in the direction of the screen and is optically imaged by the optical refractive power of the projection lens, this is referred to as the ON state of those pixelated tilting mirror surfaces.
Im Kippspiegelzustand OFF werden Lichtbündel nicht in Richtung des zugeordneten Projektionsobjektiv gelenkt, sondern üblicherweise einer Strahlfalle zugeführt. D.h., sie dienen nicht dem Projektionsbild und erreichen den Schirm nicht. Pixel eines DMD im stromlosen Zustand (FLAT State) lenken das Licht unkontrolliert in einen Zwischenwinkelbereich zwischen ON- und OFF-Ablenkrichtung, typischerweise ebenfalls in eine Strahlfalle, ab. [https://www.ti.com]In the tilting mirror state OFF, light bundles are not directed in the direction of the associated projection lens, but are usually fed to a beam trap. That is, they do not serve the projected image and do not reach the screen. Pixels of a DMD in the de-energized state (FLAT state) deflect the light in an uncontrolled manner into an intermediate angular range between the ON and OFF deflection direction, typically also into a beam trap. [https://www.ti.com]
Die Vorteile eines DMD gegenüber anderen Flächenlichtmodulator-Technologien wie z.B. LCD oder LCoS liegen in der inhärent hohen Transmission aufgrund von Reflektion statt Absorption, seiner Modulationsfähigkeit auch bei der Verwendung von unpolarisiertem Licht und der Möglichkeit, Licht eines großen Spektralbereichs von UV über VIS bis IR modulieren zu können. Nach aktuellem Stand der Technik sind DMDs mit Pixeln von nur 5.4*10-6m Abstand zueinander und einer Gesamtpixelanzahl von 1920x1080 Pixeln kommerziell erhältlich.The advantages of a DMD compared to other surface light modulator technologies such as LCD or LCoS are the inherently high transmission due to reflection instead of absorption, its modulation capability even when using unpolarized light and the possibility of modulating light in a large spectral range from UV to VIS to IR to be able to According to the current state of the art, DMDs with pixels that are only 5.4*10 -6 m apart and a total number of pixels of 1920x1080 pixels are commercially available.
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der
Dabei zeigt
Das von einer Lichtquelle 1 emittierte Licht trifft auf einen Verbund 2, bestehend aus optischen Kanälen K,
ausgebildet in einer, in der x-y-Ebene liegenden, zweidimensionalen i × j Matrix mit i E {1,2,3,4,5,6} und j ∈ {1,2,3}, bestehend aus optischen Einzelkanälen mit Mittenabständen pOi in x-Richtung und pOj; in y-Richtung zueinander als deren Matrixelemente Ki,j,
- jeweils definiert durch:
dass bei Lichteintritt in den
sodass nach Reflexion wird am Flächenlichtmodulator Di,j der i-ten Zeile und j-ten Spalte jeder der Flächenlichtmodulatoren Di,j von der Menge, der durch die Projektions-Zuordnungsfunktion p(i,j) gemäß
formed in a two-dimensional i × j matrix lying in the xy plane with i E {1,2,3,4,5,6} and j ∈ {1,2,3}, consisting of individual optical channels with center distances p Oi in x-direction and p Oj; in the y-direction to each other as their matrix elements K i,j ,
- each defined by:
that when light enters the
so that after reflection at the surface light modulator D i,j of the i-th row and j-th column each of the surface light modulators D i,j of the set determined by the projection allocation function p(i,j) according to
Ein Flächenlichtgeber des Kanals der i-ten Zeile und j-ten Spalte wird demnach von einer, gemäß der obigen Teilmengenbeschreibung b(i,j) zulässigen Kombination von sich selbst und seiner, in Richtung der Lichtquelle liegenden Kanalzeilen-Nachbarn beleuchtet und nach Reflexion am Flächenlichtmodulator von seinem im gleichen Kanal zugeordneten optischen Element abgebildet bzw. projiziert.A surface light source of the channel of the i-th row and j-th column is therefore illuminated by a combination of itself and its channel row neighbors lying in the direction of the light source, which is permissible according to the above subset description b(i,j), and after reflection am Flat light modulator imaged or projected by its associated optical element in the same channel.
Die optischen Elemente O6,j besitzen in der exemplarischen Anordnung keine projizierende Funktion, sondern dienen nur der Beleuchtung der letzten Zeile von Flächenlichtmodulatoren D5,j des Arrays. Die Kanäle K6,j sind dementsprechend ein Spezialfall und haben im Gegensatz zu allen anderen Kanälen, keine Doppelfunktion als Beleuchtungs- und Projektionskanal, sondern sind folglich lediglich Beleuchtungskanäle.In the exemplary arrangement, the optical elements O 6,j do not have a projecting function, but only serve to illuminate the last row of surface light modulators D 5,j of the array. The channels K 6,j are accordingly a special case and, in contrast to all other channels, do not have a double function as an illumination and projection channel, but are consequently only illumination channels.
Im Flat-Zustand eines Spiegelpixels des Flächenlichtmodulators sind die Spiegelflächen in einer zur x-y-Ebene parallelen Ebene orientiert. Zur Erreichung des ON-Zustands (on state) aller Pixel der Einzelflächenlichtmodulatoren Di,j, sind diese um eine Achse rotiert, gebildet aus ihrem Flächenmittelpunkt und dem y- Einheitsvektor des Systems um den Winkel αDMD und zwar derart, dass der Normalenvektor der spiegelnden Pixelflächen, welcher im FLAT Zustand in Richtung der z-Achse zeigte, nun in Richtung der Lichtquelle gekippt wird.In the flat state of a mirror pixel of the planar light modulator, the mirror surfaces are oriented in a plane parallel to the xy plane. To achieve the ON state (on state) of all pixels of the single surface light modulators D i,j , these are rotated about an axis formed from their surface center and the y unit vector of the system by the angle α DMD in such a way that the normal vector of reflecting pixel surfaces, which pointed in the direction of the z-axis in the FLAT state, is now tilted in the direction of the light source.
Alle optischen Elemente Oi,j sind in der gezeigten beispielhaften Anordnung zueinander identisch ausgeführt. In x-Richtung benachbarte Kanäle werden mit Oi,j und O(i+1),j bezeichnet.All optical elements O i,j are identical to one another in the exemplary arrangement shown. Channels that are adjacent in the x-direction are denoted by O i,j and O( i+1 ), j .
Das (i+1)j-te optische Element O(i+1)j ist hierbei so ausgeführt, dass das Lichtbündel, welches es von der Lichtquelle 1 erreicht, den i,j-ten Flächenlichtmodulator Di,j beleuchtet und das optische Element Oi,j, welches identisch zum optischen Element seines Nachbarkanals Oi+1,j ausgeführt ist, den Flächenlichtmodulator Di,j zu einem reellen Einzelbild auf einem Schirm abbildet, und sich die Gesamtheit der Einzelabbildungen aller Einzelkanäle Ki,j zu einem Gesamtbild auf einem Schirm 3 in einer Entfernung L1 vollständig überlagern.The (i+1)j-th optical element O( i+1 ) j is designed in such a way that the light bundle which it reaches from the
Für große Projektionsentfernungen entspricht der Abstand des optischen Elements Oi,j in z-Richtung zu seinem korrespondierenden Flächenlichtmodulator Di,j gemäß der Abbildungsgleichung der geometrischen Optik näherungsweise der paraxialen Brennweite fMKP des optischen Elements des Einzel-Projektionskanals. Dargestellt sind die Hauptstrahlen, der für die Abbildung jeweils wirksamen Lichtbündel.
Das System ist dabei so ausgeführt, dass nur Lichtbündel des zum i-ten Kanal Ki,j jeweiligen (i+1)-ten Nachbarkanals Ki+1,j den Flächenlichtmodulator Di,j, d.h. in der i-ten Kanalzeile, derart treffen, dass das reflektierte Licht das zu diesem Flächenlichtmodulator mit Zeilenindex i korrespondierende optische Element Oi,j wirksam als Projektionsobjektiv passieren kann und von diesem fokussiert auf einen Schirm abgebildet wird. Für eine optimale, telezentrische Beleuchtung des i-ten optischen Elements sollte der Einfallswinkel des Hauptstrahles des Lichtbündels, welches auf den Mittelpunkt des Flächenlichtmodulators Di,j, trifft, kommend vom (i+1)-ten optischen Element, vorzugsweise dem doppelten maximalen Ablenkwinkel des Kippspiegels αdmd .(s.
The system is designed in such a way that only light bundles of the (i+1)th adjacent channel K i+1, j to the i-th channel K i,j pass through the surface light modulator D i,j , ie in the i-th channel line, hit in such a way that the reflected light can effectively pass through the optical element O i,j corresponding to this surface light modulator with line index i as a projection lens and is imaged focused by this onto a screen. For optimal, telecentric illumination of the i-th optical element, the angle of incidence of the main ray of the light bundle, which strikes the center of the surface light modulator D i,j , coming from the (i+1)-th optical element, should preferably be twice the maximum deflection angle of the tilting mirror α dmd .(s.
Die optischen Achsen der Einzelprojektionen aller Einzelkanäle Ki,j weisen aufgrund einer definierten Mittenabstandsdifferenz zwischen benachbarten optischen Elementen pOi, und poj und benachbarten Flächenlichtmodulatoren pdi und pdj eine Konvergenz zueinander auf, welche dafür sorgt, dass sich alle Einzelabbildungen auf einem Schirm 3 zu einem Gesamtbild in einer Entfernung L1 vollständig überlagern. Es gilt:
Die Beleuchtung des einzelnen Flächenlichtmodulators Di,j erfolgt hierbei im Unterschied zu
The illumination of the individual surface light modulator D i,j takes place in contrast to
- O41 beleuchtet D31 und wird von O31 in Schirmrichtung projiziert.
- O42 beleuchtet D32 und wird von O32 in Schirmrichtung projiziert.
- O43 beleuchtet D33 und wird von O33 in Schirmrichtung projiziert.
- O 41 illuminates D 31 and is projected from O 31 in the screen direction.
- O 42 illuminates D 32 and is projected from O 32 in the screen direction.
- O 43 illuminates D 33 and is projected from O 33 in the screen direction.
Die Lichtquelle 1a ist derart gestaltet, dass nur die der Lichtquelle jeweils in x-Orientierung weiter entfernte Hälfte jedes Flächenlichtmodulators Dai,j (beispielhaft gezeigt für den Flächenlichtmodulatoren Da1,j mit der unteren Bildhälfte 18a1,j) beleuchtet wird. Das Projektionsdisplay PDb entspricht dem Projektionsdisplay PDa, gespiegelt an der in den Mittelpunkt der Flächenlichtmodulatoren Dai,j verschobenen y-z-Ebene. Alle Pixel aller Flächenlichtmodulatoren sind zunächst im FLAT-Zustand ausgebildet. Alle Flächenlichtmodulatoren des Projektionsdisplays PDa werden von dem Projektionsdisplay PDb, ebenso wie die optischen Elemente der Zeilen Oai,j mit i E {1,2,3,4,5} mitgenutzt. Es gilt demnach für die Bezeichnung der optischen Elemente Oa1,j = ob5,j und Oa2,j ≡ Ob4,j und Oa3,j = Ob3,j und Oa4,j ≡ Ob2,j und Oa5,j ≡ Ob1,j und für die Flächenlichtmodulatoren Da1,j ≡ Db5,j und Da2,j ≡ Db4,j und Da3,j ≡ Db3,j und Da4,j ≡ Db2,j und Da5,j ≡ Db1,j.The
Invertiert man nun den Bildinhalt der kanalspezifischen oberen Bildhälfte 17ai,j (beispielhaft gezeigt mit 17ai,j für den Kanal (Ka1,j)) aller Flächenlichtmodulatoren, so wirken diese Bildinhalte auf die Projektionsdisplays PDb bzw. bei Einstrahlen der Lichtquelle 1b auf 2b so, als wären die Pixel der oberen Hälften der Flächenlichtmodulatoren nicht invertiert und werden dementsprechend durch die optischen Elemente Oai,j mit i ∈ {1, ... ,5} in Richtung Schirm 3 abgebildet. Der Verbund aller Kanäle kann somit durch das Zusammenspiel aller optischen Elemente und beider Lichtquellen bei korrekter Modulation der Kippspiegelzustände ein Gesamtbild mit korrekter Verteilung von beleuchteten und unbeleuchteten Flächen projizieren.If you now invert the image content of the channel-specific upper image half 17 ai,j (shown as an example with 17 ai,j for the channel (K a1,j )) of all surface light modulators, this image content acts on the projection displays PD b or when the
Vorteilhaft an dieser Anordnung von zwei miteinander kombinierten Projektionsdisplays PDa und PDb sind die geringeren technischen Anforderungen an die optischen Elemente eines jeden Kanals, da diese nun einen deutlich kleineren Flächenbereich jedes Nachbarkanals beleuchten bzw. selbst kanal-intern abbilden können müssen. Für die Vermeidung von Falschlicht im Projektionsbild ist es vorteilhaft, eine möglichst scharfe Trennung und einen sauberen Anschluss der Beleuchtungsbereiche auf den Flächenlichtmodulatoren zwischen den Beleuchtungsbereichen kommend von 1a und 1b sicherzustellen.The advantage of this arrangement of two projection displays PD a and PD b combined with one another is the lower technical requirements for the optical elements of each channel, since these now have to illuminate a significantly smaller surface area of each adjacent channel or be able to image the channel itself. In order to avoid stray light in the projection image, it is advantageous to ensure the sharpest possible separation and clean connection of the illumination areas on the surface light modulators between the illumination areas coming from 1a and 1b.
Gezeigt werden jeweils 2x2 Projektionspixel aus der Gesamtmenge aller Projektionspixel eines einzelnen Projektionsbilds von üblicherweise mehreren hundert Pixeln in x- und y-Orientierung. Diese Form der Halbpixelüberlagerung kann durch angepassten räumlichen Versatz einer Teilmenge der Einzelprojektoren generiert werden. Dies kann beispielsweise durch Dezentrierung einer Teilmenge aller optischen Elemente relativ zu einer zweiten Teilmenge aller optischen Elemente erzeugt werden. Dieser üblicherweise Lensshift genannte Effekt, um eine bildseitig halbe-Pixelausdehnung in x- und y-Orientierung, kann sowohl durch Dezentrierung einer Teilmenge von optischen Elementen als auch durch Dezentrierung einer Teilmenge von Flächenlichtmodulatoren bzgl. eines regelmäßig angeordneten Arrays aus optischen Elementen mit gleichem Mittenabstand zueinander realisiert werden. Im Unterschied zu konventionellen einkanaligen Projektionssystemen, welche üblicherweise eine hochfrequente Mechanik nutzen, um diese Halbpixelüberlagerung zeit-sequenziell zu realisieren, kann ein derart ausgeführtes Mehrkanalprojektionssystem die Erhöhung der darstellbaren Bildinformation (Superresolution) ohne bewegliche Teile (solid-state) erzeugen.
In each case 2x2 projection pixels from the total quantity of all projection pixels of a single projection image of usually several hundred pixels in x- and y-orientation are shown. This form of half-pixel overlay can be generated by an adapted spatial offset of a subset of the individual projectors. This can be produced, for example, by decentering a subset of all optical elements relative to a second subset of all optical elements. This effect, usually called lens shift, about a half-pixel expansion on the image side in x and y orientation, can be achieved both by decentering a subset of optical elements and by decentering a subset of surface light modulators or a regularly arranged array of optical elements with the same center distance to one another will be realized. In contrast to conventional single-channel projection systems, which usually use high-frequency mechanics to realize this half-pixel superimposition time-sequentially, a multi-channel projection system designed in this way can increase the displayable image information (superresolution) without moving parts (solid-state).
In besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt die paraxiale Brennweite der optisch wirksamen Elemente vorzugsweise 0,5 mm - 30 mm.In a special embodiment of the solution according to the invention, the paraxial focal length of the optically active elements is preferably 0.5 mm-30 mm.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist anzuerkennen, dass aufgrund der Überlagerung von einer Vielzahl von, mit einer kanalindividuellen räumlichen Beleuchtungsverteilung versehenen, Flächenlichtmodulatoren auf dem Schirm 3 nicht nur eine Überlagerung der Bildinformation auf dem Schirm erfolgt, sondern auch mit einer Überlagerung aller kanalindividuellen räumlichen Beleuchtungsverteilung auf der Di,j auf dem Schirm 3 einhergeht. Diese inhärente anordnungsbedingte Mischung der Lichtverteilungen sorgt gegenüber konventionellen einkanaligen Projektionssystemen für eine bessere Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung über das Gesamtbild.The advantage of the solution according to the invention is to recognize that due to the superimposition of a large number of surface light modulators provided with a channel-specific spatial illumination distribution on the
Ein konventionelles einkanaliges Projektionssystem, das eine vergleichbare Homogenität der Ausleuchtung des Gesamtbildes benötigt, erfordert daher stets einen höheren Aufwand z.B. durch eine höhere Anzahl an optischen Elementen im Aufbau innerhalb des Beleuchtungsstrahlenganges.A conventional single-channel projection system, which requires comparable homogeneity of the illumination of the overall image, therefore always requires more effort, e.g. due to a larger number of optical elements in the structure within the illumination beam path.
Aufgrund der gegenüber eines konventionellen Projektionssystems mit gleichem Lichtstrom (in Abhängigkeit von der Kanalanzahl N) näherungsweise auf
Durch die Doppelfunktion der optischen Elemente jeden Kanals, d.h. deren Nutzung sowohl für die Beleuchtungs- als auch die Projektionsfunktion, ergibt sich ein enormes Bauteileinsparpotenzial gegenüber konventionellen Projektionssystemen. Dies kann aufgrund der daraus resultierenden geringeren Komplexität und reduzierten Toleranzkette zu deutlich leistungsstärkeren, störunanfälligeren und kostengünstigeren Projektionssystemen führen.Due to the double function of the optical elements of each channel, i.e. their use for both the lighting and the projection function, there is an enormous potential for saving components compared to conventional projection systems. Due to the resulting lower complexity and reduced tolerance chain, this can lead to significantly more powerful, less susceptible to interference and more cost-effective projection systems.
Die Anwendung des in
Die Anwendung der in
Unter Nutzung von Flächenlichtmodulatoren Di,j mit einer bspw. durch 8bit Pulsweitenmodulationansteuerbaren Pixelhelligkeitstiefe (Anzahl der Grauwerte) ergibt sich bei einer Kanalanzahl von i · j = N Kanälen im Gesamtbild 3 eine darstellbare Bittiefe (Anzahl der darstellbaren Graustufen) eines Bildpixels von 256 × N . Dies entspricht einer Erhöhung der darstellbaren Grauwerte bzw. Bildtiefe aufgrund des mehrkanaligen Superpostions-Projektionsprinzips.Using surface light modulators D i,j with a pixel brightness depth (number of gray values) that can be controlled, for example, by 8-bit pulse width modulation, with a channel number of i j = N channels in the
Die beispielhafte Ausführung, dargestellt in
In weiterer besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Verbundes 2 einer Teilmenge von Projektionskanälen Ki,j mit gleichem Spaltenindex j kanalspezifisch Farbfilter mit gleichem Transmissionsspektrum, beispielsweise rot, grün oder blau, zugeordnet sind und die korrespondierenden Flächenlichtmodulatoren Di,j den entsprechenden Farbanteil als ON-Pixel darstellen und sich somit ein vollfarbiges Gesamtbild auf dem Schirm 3 durch Überlagerung aller in den Grundfarben eingefärbter Kanäle Ki,j ergibt.In a further special embodiment of the solution according to the invention, it is proposed that within the
Die Anwendung der in
Das Seitenformat kommerziell verfügbarer DMD Flächenlichtmodulatoren beträgt oftmals 16:9, vorteilhaft für die Realisierung eines effizienten Projektionssystems ist die Verwendung von optischen Elementen mit Aperturen deren Format ebenfalls 16:9 oder 1:1 entspricht aufgrund der dadurch optimalen Flächenausnutzung der Flächenlichtmodulatoren in Kombination mit den üblicher Ortsverteilungen verfügbarer Lichtquellen (Hochleistungs-LEDs, Laserdioden).The side format of commercially available DMD panel light modulators is often 16:9. The use of optical elements with apertures whose format also corresponds to 16:9 or 1:1 is advantageous for the realization of an efficient projection system, due to the optimal use of area of the panel light modulators in combination with the usual Local distributions of available light sources (high-performance LEDs, laser diodes).
Eine Möglichkeit die Systemeffizienz der gemäß in Anspruch 1 genannten Anordnung weiter zu steigern, ist es, Licht, welches Kippspiegelpixel der Flächenlichtmodulatoren im OFF Zustand trifft und den Verbund der optischen Elemente nach Reflektion am Flächenlichtmodulator unabgebildet wieder verlässt, ohne den Schirm treffen zu können, ein zweites oder weitere Male mithilfe weiterer optischer Bauteile erneut in den Beleuchtungsstrahlengang einzuspeisen, sodass diese den Beleuchtungsstrahlengang weitere Male passieren können und somit möglichweise bei einem weiteren Durchlauf auf ON Pixel trifft und in Richtung Schirm abgebildet werden kann.One way to further increase the system efficiency of the arrangement mentioned in
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