DE10307570B4 - Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes, in einem Flachbildschirm oder Projektor - Google Patents

Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes, in einem Flachbildschirm oder Projektor Download PDF

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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Abstract

Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes in einem Flachbildschirm oder Projektor, wobei die verwendete Lichtquelle ein Laser ist und wobei nach der Ablenkung des Laserstrahls durch ein Ablenkelement eine Vergrößerung des Ablenkwinkels durch einen konkav gekrümmten Spiegel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennpunkt des Laserstrahls zwischen dem Ablenkelement und dem konkav gekrümmten Spiegel vorhanden ist und das Ablenkelement zur Strahlschwenkung dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes, in einem Flachbildschirm oder Projektor.
  • Die zur Zeit vorhandenen Möglichkeiten den Ablenkwinkel zur Projektion eines Videobildes mit Laser, die durch Polygonspiegel oder mit Akusto-Optische-Modulatoren/Deflektoren (AOM's) abgelenkt werden, zu vergrößern und scharf auf eine Projektionsfläche abzubilden, bestehen in der Verwendung von aufwendigen linsenoptischen Systemen (sogenannte Transformationsoptiken), mit in der Praxis hohen Anzahl von mehr als 20 Linsenflächen. Dieses ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
  • Aus der Druckschrift DE 68919055 T2 ist eine Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes bekannt (vergl. insbesondere Seiten 1 und 2) dabei ist die Lichtquelle ein Laser (vergl. insbesondere Seite 8 unten) und nach der Ablenkung des Laserstrahls durch ein Ablenkelement (vergl. insbesondere 2, Bezugsziffer 23) erfolgt eine Vergrößerung des Ablenkwinkels durch einen Konkav gekrümmten Spiegel (vergl. insbesondere 2, Bezugsziffer 24 und zugehörige Beschreibungsteile). Ferner ist ein Brennpunkt des Laserstrahls zwischen dem Ablenkelement und dem konkav gekrümmten Spiegel vorhanden.
  • Aus der Druckschrift CA 1205791 A1 ist eine Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes in einem Flachbildschirm bekannt. Dabei erfolgt eine Vergrößerung des Ablenkwinkels mittels Spiegeln.
  • Weitere Vorrichtungen zur Projektion von Videobildern unter Vergrößerung des Strahlablenkwinkels mittels Spiegeln und Optiken sind aus den Druckschriften US 5835252 A , JP 61090122 A (abstract) und US 5694180 A bekannt.
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist eine Vereinfachung der bekannten linsenoptischen Systeme unter Verwendung eines konkaven Spiegels in Kombination mit einer Strahlschwenkvorrichtung.
  • Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der verwendete gekrümmte Spiegel fokussiert die abgelenkten Laserstrahlen und vergrößert den Ablenkwinkel auf 90°, 120° oder bei Rundum-Projektion auf nahezu 180°.
  • Die Unabhängigkeit der Reflexion von der Wellenlänge des Lichtes bei Spiegeln begünstigt die Konstruktion der Projektionsvorrichtung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Bringt man einen parallel verlaufenden Laserstrahl auf eine zylindrische (kreisförmige) konvex gekrümmte Fläche wie in 1.1.1 so defokussiert der reflektierte Strahl mit:
    Θges = Θ1 + Θ2 = 2·(α2 – α1). Hierbei ist die Krümmung des Spiegels konstant und Δα = αn – α(n – 1) = const.
  • Kehrt man das Prinzip um und fokussiert den Strahl so, dass Θges = Θ1 + Θ2 = 2·(α2 – α1) erhält man einen parallel austretenden reflektierten Strahl nach 1.1.2.
  • In 1.2.1. und 1.2.2 erfolgt die Darstellung anhand einer konkav gekrümmtem Zylinderfläche wobei gilt Δα = α(n – 1) – αn = const.
  • Koppelt man einen parallelen Strahl nach 1.2.1 ein, so erhält man einen fokussierten Strahl hinter dem Spiegel mit: Θges = Θ1 + Θ2 der hinter dem Brennpunkt wieder divergiert.
  • Dieses Prinzip lässt sich nach 1.2.2 umkehren und man erhält ausgehend von der konkaven Fläche einen parallel verlaufenden Ausgangsstrahl.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der eingekoppelte Laserstrahl vor dem Spiegel einen Brennpunkt aufweist und der Strahl so fokussiert wird, dass der Öffnungswinkel gleich ist mit der zweifachen – wie vorstehend beschrieben bestehenden – Winkeldifferenz im vom Strahl erfassten Bereich des Spiegels.
  • Dieses Prinzip wird im weiteren auch im Zusammenhang mit einer vorher stattfindenden zeitlichen Ablenkunkung φ(t) beibehalten, wie in 2.1. dargestellt. Hierbei wird der Strahl mit φ(t) durch einen Polygonspiegel oder einen AOM zeitlich abgelenkt und auf einen konkaven Spiegel eingekoppelt.
  • Die optimale Krümmung ist hierbei computergestützt numerisch ermittelt worden. Damit der Rechenalgorithmus nachvollziehbar ist, werden folgende Kriterien aufgeführt.
  • Der in der 1.2.2 dargestellte vom Strahl erfasste Winkelbereich ändert sich bei Strahlschwenkung, also zeitlicher Ablenkung wie in 2.1 gezeigt, so dass die Krümmung sich mit K~Δα(n)/ΔX(n) ändern muss. Die 2.1. lässt erkennen wie sich der durch den Strahl erfasste Spiegelbereich ΔX(n) mit der Ablenkung verändert. Hierbei ist ΔX2 < ΔX1. Jedoch muss, um einen parallelen Ausgangsstrahl zu erhalten Δα1 = Δα2 sein. Das bedeutet, dass sich die Krümmung K~Δα(n)/ΔX(n) zur sich verändernden Strahlbreite ΔX(n) reziprok verhält und es sich schon nicht mehr um eine rein zylindrische sondern um eine Fläche höherer Ordnung handelt deren Verlauf teilweise abflacht.
  • In dem Rechenalgorithmus muss also berücksichtigt werden, dass sich bei der Ablenkung die Krümmung K in Abhängigkeit zur Strahlbreite ΔX(n) ändert und jeder Stützpunkt mit seiner Tangentensteigung danach berechnet wird.
  • 3.1.1 zeigt den Strahlenverlauf, wie er sich bei der herkömmlichen Projektion verhält (ohne entsprechende Fokussierung mit Brennpunkt). Die Bildpunkte PB1 und PB2 defokussieren stark, überlappen sich und führen zu einem unscharfen Bild. In 3.1.2. ist hingegen die Projektion mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, so dass, wenn nur der Laserstrahl im einzelnen betrachtet wird, dieser in geeigneter Weise so fokussiert wird, dass er einen Brennpunkt zwischen erster Ablenkung φ(t) und dem Ablenkspiegel aufweist. PB1 und PB2 werden hierbei scharf abgebildet.
  • Dieses setzt auch voraus, dass zunächst die Krümmung über den ganzen Spiegel leicht erhöht wird, damit aus dem parallelen Strahlenverlauf hinter dem Spiegel ein fokussierender Verlauf wird. Dies ist in 3.2.1 dargestellt mit 2·Δα = Θges + γ0, wobei γ der Konvergenzwinkel oder Aperturwinkel des Laserstrahls auf der Projektionsfläche ist. Hierbei Ist P0 der Brennpunkt in der Mitte der Projektionslinie einer Zeile.
  • Durch den längeren Abstand zu der Zeile außen rechts und links, liegen die Brennpunkte P1 und P2 vor der Projektionslinie.
  • Es ergibt sich eine Brennpunktfläche 7), auf der die Brennpunkte bei der Projektion liegen. Hierbei sind zunächst die Aperturwinkel der reflektierten Strahlen γ0 = γ1 = γ2 Um jedoch auch in den Ecken das Bild scharf abzubilden und die Bildpunkte möglichst klein zu halten, müssen γ1 und γ2 verringert werden. Was bedeutet, dass die Krümmung am Beginn und am Ende des Spiegels zusätzlich verringert werden muss.
  • Dazu wird ein quadratischer Korrekturwert, der empirisch ermittelt wurde, in den Algorithmus mit eingebracht. Insgesamt hat sich aus den ermittelten Stützpunkten ergeben, dass eine Parabel bzw. ein Polynom niedrigen Grades als analytische Funktion die geforderten Bedingungen ausreichend gut verwirklicht. In 3.2.2 sind die dementsprechenden Verhältnisse dargestellt.
  • In 4 wird gezeigt, wie zusätzlich zur Zeilenablenkung H(t) eine Vertikalablenkung V(t) mit einem Galvanometerspiegel erreicht wird.
  • Dieser wird im Kreuzungspunkt der vom Spiegel austretenden Strahlen angebracht. Die Bezugsziffer 8 markiert hierbei das projizierte Bild.
  • Es sei noch erwähnt, dass sich durch den längeren Strahlenweg im Zuge der Vertikalablenkung eine Defokussierung innerhalb von ΔT ergibt, welche die Bildpunkte im unteren Bildbereich vergrößert.
  • Eine Computersimulation ergab jedoch, dass die Bildpunkte immer noch ausreichend klein sind, um in der untersten Zeile 1000 Bildpunkte scharf abzubilden.
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Nummerierungen bedeuten dabei folgendes,
  • 1
    Laserstrahl
    2
    konvexer Spiegel
    3
    konkaver Spiegel
    4
    fokussierter abgelenkter Laserstrahl
    5
    nicht fokussierter Laserstrahl
    6
    Projektionslinie einer Zeile
    7
    Brennpunktfläche
    8
    Projektionsfläche mit horizontalem und vertikalem Bildaufbau
    9
    Galvanometerspiegel.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes in einem Flachbildschirm oder Projektor, wobei die verwendete Lichtquelle ein Laser ist und wobei nach der Ablenkung des Laserstrahls durch ein Ablenkelement eine Vergrößerung des Ablenkwinkels durch einen konkav gekrümmten Spiegel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennpunkt des Laserstrahls zwischen dem Ablenkelement und dem konkav gekrümmten Spiegel vorhanden ist und das Ablenkelement zur Strahlschwenkung dient.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Ablenkwinkel bis 90°, 120° oder bei Rundum-Projektion auf nahezu 180° vergrößern lässt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Laserstrahl vor dem Einfall auf den gekrümmten Spiegel durch einen Polygonspiegel oder Akusto-Optischen-Modulator/Deflektor (AOM) unter kleinerem Winkel abgelenkt wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Fokussierung des Strahls hinter dem AOM stattfindet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vertikalablenkung hinter dem konkav gekrümmten Spiegel mit Hilfe eines Galvanometerspiegels stattfindet, der im Kreuzungspunkt der vom Spiegel reflektierten Strahlen liegt.
DE10307570A 2002-02-25 2003-02-22 Vorrichtung zur Projektion eines Videobildes, in einem Flachbildschirm oder Projektor Expired - Lifetime DE10307570B4 (de)

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Citations (4)

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CA1205791A (en) * 1983-05-06 1986-06-10 Edward T. Greck Wire meat support
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