DE112008003566B4

DE112008003566B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE112008003566B4
Application number: DE112008003566.0T
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Richter Jens; Dr.rer.nat. Drumm Jan Oliver
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: TW200941037A; KR101214735B1; KR101340163B1; JP5844524B2; WO2009086847A1; CN101911711A; US8690352B2; KR20100103666A; US20100283413A1; DE112008003566A5; KR20120053071A; CN101911711B; JP2011511305A

Abstract

Verfahren zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls – bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird, – bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts und – bei dem mindestens ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls eingesetzt wird, – bei dem der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird, – bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls.
In Projektoren, die auf einem sogenannten ”Flying-Spot”-Funktionsprinzip beruhen, werden mittels eines zweidimensionalen resonanten Mikrospiegels Lichtstrahlen (typischerweise bestehend aus den drei Grundfarben rot, grün und blau) ausgelenkt und auf eine Bildebene projiziert.
1 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der ”Flying-Spot”-Projektion. Dabei werden Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben von Laserquellen 101 (rot R), 102 (blau B) und 103 (grün G) jeweils auf einen halbdurchlässige Spiegel (Transmission und Reflektion der Spiegel erfolgt in Abhängigkeit der Wellenlänge) 104, 105, 106 und dann als ein gemeinsamer Strahl 110 (auch als Projektionsstrahl bezeichnet) auf einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel 107 gerichtet, der den gemeinsamen Strahl 110 zweidimensional ablenkt und auf eine Bildebene 108 projiziert. Dabei wird in der Bildebene 108 das Bild durch den kontinuierlich harmonisch abgelenkten gemeinsamen Strahl 110 aufgebaut (siehe Strahlverlauf 109 in der Bildebene 108).
Eine Bildinformation wird durch eine Intensitätsmodulation der jeweiligen Lichtquelle 101 bis 103 synchron zu der Auslenkung des Mikrospiegels 107 generiert und dargestellt.
Aufgrund der nichtlinearen Auslenkung des Mikrospiegels 107 und des resultierenden nichtlinearen Strahlenverlaufs 109 in der Bildebene 108 wird ein Zeitmultiplexverfahren zur Darstellung einzelner, örtlich diskreter Bildinformationen (”Bildpunkte” oder ”Pixel”) eingesetzt: Somit werden in definierten Zeitabschnitten bestimmte Informationen auf die Bildebene projiziert.
Projizierte Information bedeutet insbesondere eine Überlagerung der Helligkeiten und Farben der Lichtstrahlen erzeugt von den Lichtquellen 101 bis 103, wobei die Helligkeit eines Lichtstrahls anhand einer Amplitude der zugehörigen Lichtquelle einstellbar ist.
Vorzugweise handelt es sich bei den Lichtquellen jeweils um einen Laser, insbesondere um eine Laserdiode. Somit entspricht der Strom durch den Laser der Helligkeit des von ihm ausgestrahlten Lichts.
2 zeigt eine Darstellung von Scanzeitbereichen je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts, und zwar sowohl für eine Spalte (siehe Kurve 201) als auch für eine Zeile (siehe Kurve 202).
Beispielhaft ist ein projiziertes Bild 640 Bildpunkte breit und 480 Bildpunkte hoch. Durch die in 1 gezeigte und beschriebene Auslenkung 109 des gemeinsamen Strahls 110 ergibt sich, dass beispielsweise bei einem zeilenweisen Aufbau des Bildes der gemeinsame Strahl 110 in der Mitte der Zeile deutlich schneller ist als in einem Randbereich.
Beispielhaft weist der Mikrospiegel in dem Beispiel gemäß 2 eine Horizontalfrequenz von 27 kHZ und eine Vertikalfrequenz von 1,2 kHz bei einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten auf.
Damit ergeben sich ein Zeitbereich, eine zeitlich bedingte Länge sowie eine Dauer für jeden Bildpunkt aus einer räumlichen Zuordnung der Bildpunkte in einem XY-Koordinatensystem über die Zeit mittels eines Zeitmultiplexverfahrens.
3 zeigt einen Ausschnitt aus 2 für die Zeitbereiche entlang einer (horizontalen) Zeile im Bereich der Mitte der Bildebene (Bildmitte).
Anhand der vorstehend genannten Parameter wird deutlich, dass die benötigte zeitliche Auflösung der Elektronik für eine Modulation der Intensität bzw. Amplitude der Lichtstrahlen zur örtlich fehlerfreien Darstellung der Bildinformation auf der Projektionsfläche in einem Bereich liegt, der kleiner als eine Pikosekunde ist. Theoretisch ließe sich mit entsprechend zeitlich hochauflösenden und aufwändigen Schaltungen ein Zuordnungsfehler reduzieren. Ein derartiger Aufwand erfordert jedoch teure Bauteile und ist praktisch, z. B. abhängig von der gewählten Auflösung, nicht immer machbar.
Wird jedoch die zeitliche Auflösung vermindert, reduziert sich die Bildqualität und es treten Verzerrung auf Bildpunktebene aufgrund der fehlenden räumlichen Zuordnungen auf.
Ein weiteres Problem besteht in der Transformation zwischen Zeitbereich und Ortsbereich aufgrund der nichtlinearen Auslenkung des Mikrospiegels.
In einem Zeitabschnitt, in dem ein Bildpunkt durch das Zeitmultiplexverfahren selektiert ist, beeinflussen Anstiegs- und Abfallzeiten der Elektronik den Kontrast zwischen den Bildpunkten. Dieser Einfluss wird durch die Dauer eines Anstiegs bzw. Abfalls einer Signalflanke verstärkt: Je länger die Flanke im Verhältnis zu dem für den Bildpunkt zur Verfügung stehenden Zeitraum ist, desto schlechter ist der Kontrast zwischen den Bildpunkten.
Gemäß den obigen Ausführungen zu 2 und 3 ist bei konstanter Flankensteilheit der Kontrast dann am schlechtesten, wenn für die Bildpunkte insgesamt am wenigsten Zeit zur Verfügung steht, also in der Bildmitte.
4 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt eines zu projizierenden Bildes in einer Bildebene mit dem größtmöglichen Kontrast, d. h. einem Übergang von weiß auf schwarz oder umgekehrt zwischen je zwei Bildpunkten.
5 zeigt entsprechend vereinfacht eine Ansteuerspannung 501 für einen Laser und ein sich daraus ergebender Strom 502 durch den Laser.
Der Stromverlauf 502 durch den Laser ist typischerweise proportional zur einer emittierten Lichtmenge und entspricht somit der von einem Betrachter empfundenen Helligkeit.
In 5 sind die Bildpunkte n – 2, n – 1 und n dargestellt, die beispielhaft eine Zeitdauer T_p aufweisen und die ein hell-dunkel-hell Muster gemäß 4 aufweisen. Die Ansteuerspannung 501 schaltet den Laser an, aus und wieder an.
Aufgrund der endlichen Flankensteilheit ergeben sich beim Einschalten des Lasers Einschaltverzögerungen 503 und 505 sowie beim Ausschalten des Lasers Ausschaltverzögerungen 504 und 506.
Diese Verzögerungen verschlechtern signifikant den Kontrast zwischen den Bildpunkten. Insbesondere werden während der Verzögerungen 504 und 506 die dunklen Bildpunkte teilweise ausgeleuchtet, wodurch ein maximal erreichbarer Kontrast der Projektionseinheit bei der Darstellung von Kanten im Bild (hohe Ortsfrequenz bzw. Raumfrequenz) deutlich abnimmt.
6 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 603.
Ein digitales Signal 605 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 601 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und mittels eines Treibers zur Ansteuerung des Lasers 603 verstärkt. Der Laser 603 ist mit seiner Anode an einer Versorgungsspannung 604 (VDD) angeschlossen und wird über den Digital/Analog-Wandler 601 mittels eines Treibers 602 angesteuert.
Eine Bildquelle, z. B. ein Personalcomputer oder ein Personal Digital Assistant (PDA) liefern digitale Signale 605 mit einer Breite von n Bit, die von dem Digital/Analog-Wandler 601 entsprechend in ein analoges Signal (Stromsignal oder Spannungssignal) zur Ansteuerung des Lasers 603 umgesetzt werden.
Die benötigte hohe zeitliche Auflösung wird durch eine hohe Wandlungsrate (Samplingrate) erreicht. Dies stellt extreme Anforderungen an die Wandlungsrate des Digital/Analog-Wandlers 601.
Wird beispielhaft das oben beschriebene System mit einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten, einer Horizontalfrequenz von 27 KHz und einer Vertikalfrequenz von 1,18 KHz betrachtet, so muss der Digital/Analog-Wandler 601 eine zeitliche Auflösung von weniger als 280 ps bereitstellen, damit der örtliche Auflösungsfehler unterhalb 1% liegt.
Dies bedeutet eine Bandbreitenanforderung von 3 GHz sowohl an die digitalen Schnittstellen als auch an die Wandlungsrate des Digital/Analog-Wandlers 601.
Eine derartige Elektronik ist, sofern überhaupt realisierbar, mithin extrem aufwändig, verlustbehaftet und teuer. Weiterhin ist zu beachten, dass die in 6 dargestellte Schaltung und der sich hieraus ergebende Aufwand separat für jeden Laser notwendig wird und sich die damit verbundenen Kosten vervielfachen.
Die nachveröffentliche DE 10 2007 011 425 A1 offenbart eine Projektionsvorrichtung zum scannenden Projizieren eines Bildes auf ein Bildfeld mittels eines Strahlungsstrahls und umfasst eine Einrichtung zum Modulieren einer Intensität des Strahlungsstrahls derart, dass sich die Intensität des Strahlungsstrahls in einem Zeitintervall Pixel ändert, währenddessen ein Abtastpunkt, auf den der Strahlungsstrahl gerichtet ist, ein Pixel des Bildfeldes überstreicht.
US 2007/0019407 A1 offenbart eine zweidimensionale optische Scanvorrichtung mit einem drehbaren oder einem sich endlos bewegenden Körper. Die Vorrichtung weist mindestens zwei lineare Lichtquelleneinheiten auf. Der drehbare Körper kann in Form einer zylindrischen Trommel vorliegen. Der sich bewegende Körper kann mindestens zwei zylindrische Trommeln und einen damit verbundenen Endlosriemen, der zwischen den Trommeln vorhanden ist, aufweisen. Jede lineare Lichtquelleneinheit wird auf dem rotierenden bzw. sich bewegenden Körper verschoben, um abwechselnd Bilder miteinander zu projizieren. Die Vorrichtung projiziert Licht in mehrere Richtungen, so dass sie als ein Bildanzeigegerät mit einer Vielzahl von Bildschirmen verwendet werden kann.
US 2007/0035723 A1 offenbart eine Bildanzeigevorrichtung, die eine Laserlichtquelle, ein Wellenlängenumwandlungselement zum Umwandeln einer Wellenlänge des von der Laserlichtquelle emittierten Lichtstrahls in eine vorgegebene Wellenlänge und eine Lichtmodulationseinrichtung zum Modulieren der Ausgangsleistung des Laserstrahls von dem Wellenlängenumwandlungselement aufweist, wobei der von der Laserlichtquelle emittierte Laserstrahl eine Frequenz eines ganzzahligen Vielfachen der maximalen Modulationsfrequenz der Lichtmodulationseinrichtung und eine Impulsbreite, die schmaler als eine Zeitperiode, während der die Lichtmodulationseinrichtung sich in einem stabilen Zustand befindet, ist, aufweist.
In DE 10 2004 027 674 A1 wird eine Homogenisierung der Pixelgröße und Pixelhelligkeit bei einem Laserprojektionssystem vorgenommen, in welchem mittels Ablenkung durch einen Mikrospiegel Pixel nacheinander projiziert werden. Dies wird erreicht, indem die Nichtlinearität der Mikrospiegelschwingung durch zeitlich variierende Pixellänge kompensiert wird. Durch die Kompensation werden die Größe und die Helligkeit des projizierten Pixels bei diesem Laserprojektionssystem gleichmäßig und stabil auf eine Projektionsfläche verteilt. Dadurch kann die von Pixel auf einer Projektionsfläche, z. B. ein Bildschirm, dargestellte Bildqualität verbessert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere bei dem ”Flying-Spot” Ansatz eine einfache, effiziente sowie fehlertolerante und kostengünstige Möglichkeit der Projektion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls angegeben, bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird, zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts und mindestens ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls eingesetzt wird, bei dem der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird, bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.
Insbesondere beim Flying-Spot-Verfahren wird ein Projektionsstrahl harmonisch über die Bildebene bewegt. Wie vorstehend erläutert, variiert die Geschwindigkeit des Projektionsstrahls abhängig von der Position des darzustellenden Bildpunkts. Insofern weist ein Bildpunkt in der Mitte einer Zeile der Projektionsfläche eine geringere Zeitdauer auf (d. h. der Projektionsstrahl hat hier eine entsprechend höhere Geschwindigkeit) als ein Bildpunkt am Rand der Projektionsfläche.
Dieser Effekt wird effizient dadurch kompensiert, dass insbesondere eine Haltedauer für alle diejenigen Punkte eingeführt wird, die eine größere Zeitdauer aufweisen als der Bildpunkt, bei dem der Projektionsstrahl die größte Geschwindigkeit hat.
Der hier vorgestellte Ansatz kann für den Projektionsstrahl umfassend mehrere Lichtstrahlen oder aber für jeden einzelnen Lichtstrahl separat eingesetzt werden.
Der Begriff der Haltedauer umfasst insbesondere einen Wert (z. B. einen Modulationsstrom für mindestens einen Laser des mindestens einen Lichtstrahls) oder eine Information für den Bildpunkt.
Es ist ein Basistakt, mit dem die digitalen Komponenten einer Schaltung betrieben werden.
Vorteilhaft kann die Haltedauer mittels mindestens einer Sample-Hold-Stufe verlängert werden.
Insbesondere wird die Haltedauer asynchron zu dem Basistakt eingestellt. Es ist somit nicht notwendig, dass der Basistakt ein ganzzahliges Vielfaches jeder möglichen Haltedauer ist. Damit lässt sich vorteilhaft der Basistakt bzw. die maximale notwendige Betriebsfrequenz der digitalen Komponenten reduzieren.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
Vorteilhaft kann die Haltedauer asynchron zu dem Basistakt als auch zu dem Pixeltakt sein.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Haltedauer mittels einer Verzögerungsstufe einstellbar ist. Insbesondere kann die Verzögerungsstufe mittels eines (digitalen) Ansteuersignals angesteuert werden.
Hierbei ist vorzugsweise ein digitales Signal einer vorgegebenen Breite, z. B. 4 Bit oder 5 Bit, einsetzbar, abhängig von einer notwendigen Quantisierung der Verzögerung.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
Somit kann das digitale Ansteuersignal verwendet werden, um einen Impuls zu generieren, dessen Länge mit dem Ansteuersignal korreliert ist und somit die Haltedauer für die Sample-Hold-Stufe vorgibt.
Es ist auch möglich, dass die Ansteuersignale analog vorgegeben werden und anhand dieser analogen Ansteuersignale die Sample-Hold-Stufe angesteuert wird.
Vorzugsweise entsprechen die digitalen oder analogen Ansteuersignale der abhängig von der jeweiligen Projektion notwendigen Haltedauer zum Erreichen bzw. Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestanforderung (Auflösungsfehler).
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird. Insbesondere kann die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts verändert werden.
Hierdurch kann effektiv das Problem der endlichen Flankensteilheit und die sich daraus ergebende Kontrastabnahme kompensiert werden. So kann die erste Information des Bildpunkts bereits vor Ablauf der Zeitdauer des ersten Bildpunkts an die zweite Information des Bildpunkts angepasst werden. Hierzu werden vorteilhaft zwei Bildpunkte zwischengespeichert und deren Informationen miteinander verglichen bzw. wie beschrieben adaptiert.
Alternativ kann auch lediglich der vorherige Wert zwischengespeichert werden.
Eine Weiterbildung ist es, dass die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst. Entsprechend kann die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfassen.
Insbesondere kann die Helligkeit eines Bildpunkts von der Höhe des Modulatiosstroms eines Lasers abhängen.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die erste Information des Bildpunkts verändert wird derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
Insbesondere kann das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfassen:

– mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts;
– im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Insbesondere kann der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfassen.
Eine Ausgestaltung ist es, dass mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Hierbei übernehmen die Digital/Analog-Wandler die Funktionalität des Speichers, indem abwechselnd die Ausgangssignale der Digital/Analog-Wandler verglichen werden.
Alternativ könnte auch ein Digital/Analog-Wandler vorgesehen sein, der eine um den Faktor zwei höhere Sampling-Rate aufweist. Eine Speicherung kann dann mittels Sample-Hold-Stufen erfolgen.
Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Weiterhin ist es eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisiert wird, dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Beispielsweise können so statische Montageungenauigkeiten der Lichtquellen bzw. der Laser oder der optischen Komponenten kompensiert werden. Durch derartige Ungenauigkeiten ergibt sich beispielsweise auf der Bildebene (Projektionsebene) ein möglicher Versatz zwischen den Lichtstrahlen mehrerer Lichtquellen (z. B. drei verschiedenfarbige Laser). Somit beleuchten die Lichtquellen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt unterschiedliche Punkte der Projektionsfläche. Ein derartiger Fehler nimmt mit abnehmender Beleuchtungszeitdauer und somit mit höherer Auflösung beständig zu.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht die Kompensation derartiger Montagefehler im resultierenden Subpixelbereich (d. h. in einem Bereich kleiner als ein Bildpunkt) ohne aufwändige und kostenintensive Montagetechnik.
Insofern ist es eine Weiterbildung, dass die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl so eingestellt wird, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Lichtstrahl mittels einer umlenkenden Projektionseinrichtung örtlich abgelenkt wird. Vorzugsweise ist die umlenkende Projektionseinrichtung ein Mikrospiegel, insbesondere ein zweidimensionaler resonanter Mikrospiegel.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt ist.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
Entsprechend kann der Lichtstrahl aus Vielfachen der obigen Kombinationen zusammengesetzt sein.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung wird der mindestens eine Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot-Verfahrens projiziert.
Weiterhin wird zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe eine Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls umfassend eine Prozessoreinheit und/oder eine festverdrahtete Schaltungsanordnung und/oder eine freiprogrammierbare Logik angegeben, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hier beschrieben durchführbar ist.
Besagte Prozessoreinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen. Bei der festverdrahteten Schaltungseinheit oder freiprogrammierbaren Logik kann es sich um einen FPGA, CPLD, ASIC oder um eine sonstige integrierte Schaltung handeln.
Auch wird zur Lösung der obigen Aufgabe eine Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls angegeben umfassend eine Verzögerungsstufe, anhand derer zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängerbar ist.
Dies Weiterbildungen, Ausgestaltungen und sonstigen Ausführungen zu den unterschiedlichen Verfahren gelten entsprechend sinngemäß ebenso für die Vorrichtungen.
Es ist eine Weiterbildung, dass zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt anhand der Verzögerungsstufe verlängerbar ist abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls vorgesehen ist,

– wobei der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betreibbar ist,
– wobei zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt bestimmbar ist, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist.

Eine Ausgestaltung ist es, dass der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die Verzögerungsstufe mittels eines Ansteuersignals, insbesondere eines digitalen Ansteuersignals, ansteuerbar ist.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung eine Einheit zur Kontrastverbesserung aufweist, wobei eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts veränderbar ist.
Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst. Entsprechend kann die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfassen.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass die erste Information des Bildpunkts veränderbar ist derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
Auch ist es eine Möglichkeit, dass das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfasst:

Auch ist es eine weitere Ausgestaltung, dass ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisierbar ist, so dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl anhand der Verzögerungsstufe derart eingestellt ist, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass eine umlenkende Projektionseinrichtung vorgesehen ist, die den mindestens einen Lichtstrahl örtlich abgelenkt. Insbesondere kann die umlenkende Projektionseinrichtung einen Mikrospiegel, insbesondere einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel, umfassen.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung kann der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt sein. Vorzugsweise kann die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist.
Es ist eine andere Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Vorrichtung den mindestens einen Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot-Verfahrens projiziert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
7 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Verzögerungsstufe.
8 eine Darstellung quantisierter Zeitbereiche je Bildpunkt in einem Bereich um die Bildmitte;
9 eine Zuordnung der Zeitbereiche zu bestimmten Bildpunkten;
10 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer (programmierbaren) Verzögerungsstufe umfassend eine Zeitsteuerung sowie einen Schalter mit einer Sample-Hold-Stufe;
11 ein Blockschaltbild einer Schaltung, anhand derer Pulse flankenselektiv mit einer vorgegebenen Breite erzeugt werden können;
12 ein zu 11 gehöriges Zeitdiagramm;
13 ein Blockschaltbild für eine flankenselektive Erzeugung von Pulsen vorgegebener Breite;
14 ein zu 13 gehöriges Zeitdiagramm insbesondere in Abhängigkeit von Bildpunkten n, n + 1, etc. sowie in Abhängigkeit von einem Basistakt;
15 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Ansteuersignalen für einen Laser, wobei eine Änderung der Ansteuerdauer in Abhängigkeit von Bildpunktinhalten sowie von Anstiegs- bzw. Abfallzeiten des für den Laser erforderlichen Modulationsstroms erfolgen kann;
16 eine Tabelle, die Größen wie Kontrast, Kontrastverhältnis, maximale Intensität und minimale Intensität für die Fälle mit und ohne Kompensation gegenüberstellt;
17A einen Vergleich des Kontrastes mit Kompensation und ohne Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke;
17B einen Vergleich des Kontrastsverhältnisses mit Kompensation und ohne Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke;
17C einen Energie- und somit einen Helligkeitsverlust durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke;
18 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Einheit zur Kontrastverbesserung;
19 ein zu 18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion eines Schachbrettmusters gemäß 4;
20 ein zu 18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion unterschiedlicher heller Bildpunkte, wobei ein Bildpunkt n – 1 eine gegenüber einem Bildpunkt n – 2 nur geringfügig reduzierte Helligkeit aufweist;
21 eine alternative Ausgestaltung eines Blockschaltbilds zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Einheit zur Kontrastverbesserung, wobei anstelle der beiden Sample-Hold-Stufen gemäß 18 zwei Digital/Analog-Wandler eingesetzt werden;
22 ein zu 21 gehöriges Zeitdiagramm.
Der hierin beschriebene Ansatz ermöglicht insbesondere eine effiziente Verminderung eines räumlichen Zuordnungsfehlers mittels einer programmierbaren oder einer analog geregelten Verzögerungsstufe in einem Signalpfad zwischen einem Digital/Analog-Wandler und einer Ausgangsstufe bzw. Treiberschaltung.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers für eine vorgegebene Zeitdauer gehalten wird, so dass eine Verweildauer der korrekten Darstellung des Bildpunkts abhängig von der jeweiligen Geometrie bzw. Position des Bildpunkts innerhalb des projizierten Bildes entspricht.
Weiterhin erlaubt der hierin vorgestellte Ansatz eine Lösung des Problems der endlichen Flankensteilheit derart, dass eine Information (z. B. eine Amplitude oder eine Helligkeit) pro Bildpunkt in Abhängigkeit von einer Information (z. B. einer Amplitude oder einer Helligkeit) mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts verändert wird, insbesondere indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von der nominellen Zeit für einen Bildpunkt am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Hierdurch wird wirksam verhindert, dass aufgrund der endlichen Flankensteilheit die eindeutige räumliche Zuordnung der Bildpunkte auf der Projektionsfläche verloren geht.
Ein weiterer vorteilhafter Ansatz besteht in der Kombination der Lösungen. Sowohl die Lösung zur Reduzierung des räumlichen Zuordnungsfehlers als auch die Optimierung des Kontrastes durch Kompensation der endlichen Flankensteilheit beeinflussen die Zeit je Bildpunkt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, durch Manipulation der Zeit je Bildpunkt eine Montageungenauigkeit in einem vertikalen Subpixelbereich zu kompensieren.
VERBESSERUNG DER RÄUMLICHEN ZUORDNUNG
7 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 703 mittels einer Verzögerungsstufe 706.
Ein digitales Signal 705 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 701 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt, mittels der einstellbaren Verzögerungsstufe 706 zeitlich verzögert und anhand eines Treibers zur Ansteuerung des Lasers 703 verstärkt. Der Laser 703 ist mit seiner Anode an einer Versorgungsspannung 704 (VDD) angeschlossen.
Hieraus folgt eine beabsichtigte Asynchronität zwischen einem Basistakt zum Betrieb des Digital/Analog-Wandlers 701 und einem Pixeltakt in dem die jeweiligen Bildpunkte dargestellt werden.
Wird beispielhaft ein System mit einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten angenommen, bei dem ein Mikrospiegel zur Ablenkung des Projektionsstrahls eine Horizontalfrequenz von 27 KHz und eine Vertikalfrequenz von 1,18 KHz aufweist, so benötigt der Digital/Analog-Wandler 701 eine zeitliche Auflösung von weniger als 280 ps, damit der örtliche Auflösungsfehler (oder Zuordnungsfehler) unterhalb 1% liegt.
Der Auflösungsfehler entspricht einer fehlerhafte räumlichen Ausdehnung eines Pixels auf der Projektionsebene.
Hieraus resultiert eine zeitliche Quantisierung je Bildpunkt in der Bildmitte gemäß 8.
In 9 ist eine Zuordnung der Zeitbereiche zu bestimmten Bildpunkten dargestellt.
Für einen mittleren Bildpunkt n (z. B. einen Bildpunkt mit den Koordinaten (Breite, Höhe) 320, 240) einer Projektionszeile entspricht der für diesen Bildpunkt n benötigte Zeitbereich dem Basistakt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass für den Bildpunkt n der kürzeste vorkommende Zeitbereich aller projizierten Bildpunkte benötigt, weil der Projektionsstrahl diesen Bildpunkt n mit der größten Geschwindigkeit überstreicht.
Somit bestimmt der Zeitbereich T_p für den Bildpunkt n die Dauer des Basistakts, mit der der Digital/Analog-Wandler zu betreiben ist.
Im Beispiel ergibt sich bei einer Spiegelfrequenz von vertikal 1,18 kHz und horizontal 27 kHz sowie einer Auflösung von 640×480 ein Basistakt von 56 MHz, da der beschriebene Zeitbereich für den Bildpunkt n 18 ns beträgt.
Um eine vorgegebene Genauigkeit bei der Zuordnung von Zeit und Position jedes einzelnen Bildpunkts zu erreichen, ist gemäß 9 ein Zeitbereich für einen Bildpunkt n + 1 um einen zusätzlichen Zeitbereich Δt_p größer als der Zeitbereich für den Bildpunkt n.
Gemäß des vorliegenden Beispiels wird der zusätzliche Zeitbereich Δt_p auf 280 ps gesetzt um einen Zuordnungsfehler unter 1% zu ermöglichen.
Weiterhin ist ein Zeitbereich für einen Bildpunkt n + 2 um einen zusätzlichen Zeitbereich 2Δt_p größer als der Zeitbereich für den Bildpunkt n + 1. Somit wird der für die Bildpunkte von der Bildmitte zum Rand benötigte zusätzliche Zeitbereich pro Bildpunkt größer. Ab einem bestimmten Bildpunkt m beträgt der zusätzlichen Zeitbereich m·Δt_p = T_p
Das bedeutet, dass der Pixeltakt ab dem Bildpunkt m halbiert werden kann, da gilt: m·Δt_p + T_p = 2·ΔT_p
Vorteilhaft wird die Zeitbasis (Bezugstakt) des gesamten Systems so gewählt, dass dieser ein ganzzahliger Teiler des Zeitbereichs des zeitlich kürzesten Bildpunkts (Pixeltakt) ist.
Beispielsweise kann eine 4 Bit-Schnittstelle mit einem Basistakt von 112 MHz zur Ansteuerung der Verzögerungsstufe dienen.
Das in 6 gezeigte Modell ist für den zweidimensionalen Mikrospiegel ebenso wie für andere Ansätze von Spiegelsystemen anwendbar.
10 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 1008 mittels einer (programmierbaren) Verzögerungsstufe 1001 umfassend eine Zeitsteuerung 1005 sowie einen Schalter 1004.
Ein digitales Signal 1010 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 1002 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und an den Schalter 1004 angelegt. Ein digitales Ansteuersignal 1011 der Zeitsteuerung 1005 steuert den Schalter 1004 derart, dass das analoge Signal des Digital/Analog-Wandlers 1002 auf die entsprechenden Zeitbereiche der Bildpunkte abgebildet wird.
Der Ausgang des Schalters 1004 ist mit einer Ausgangsstufe 1006 umfassend einen Treiber 1007, den Laser 1008 sowie eine Versorgungsspannung 1009 für den Laser verbunden.
Der Schalter 1004 umfasst eine sog. Sample-Hold-Stufe. Diese hält einen analogen Eingangswert bzw. speichert diesen für einen vorgegebenen Zeitraum selbst wenn der Eingangswert nicht mehr an der Sample-Hold-Stufe anliegt.
Die Zeitsteuerung 1005 wird durch das Ansteuersignal 1011 parametrisiert, steuert entsprechend dem Wert des Ansteuersignals 1011 den Schalter 1004 an und erreicht somit dem Ansteuersignal 1011 entsprechende Verzögerung der Sample-Hold-Stufe.
Nachfolgend werden die Zeitsteuerung 1005 sowie mögliche Umsetzungen und Ausgestaltungen derselben beschrieben.
Zunächst zeigt 11 ein Blockschaltbild einer Schaltung, anhand derer Pulse flankenselektiv mit einer vorgegebenen Breite erzeugt werden können. 12 zeigt ein zu 11 gehöriges Zeitdiagramm.
11 zeigt ein Eingangssignal U_i, das an einem Eingang eines NAND-Gatters 1103 sowie an einem Eingang eines NOR-Gatters 1106 anliegt. Weiterhin wird das Eingangssignal U_i über eine Verzögerungsstufe 1101 und einen nachfolgenden Inverter 1102 mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters 1103 verbunden. Auch wird das Eingangssignal U_i über eine Verzögerungsstufe 1104 und einen nachfolgenden Inverter 1105 mit dem anderen Eingang des NOR-Gatters 1106 verbunden. Das NAND-Gatter 1103 liefert als ein Ausgangssignal eine Spannung U_a, das NOR-Gatter 1106 liefert als ein Ausgangssignal eine Spannung U_a.
Die Verzögerungsstufen 1101 und 1104 verzögern das Signal jeweils um eine Zeitdauer Δt.
Die Spannungsverläufe U_i, U_a und U_b sind in dem Zeitdiagramm von 12 dargestellt.
In dem idealisierten Zeitdiagramm von 12 ist gezeigt, dass eine steigende Flanke des Eingangssignals U_i dazu führt, dass die Spannung U_b für die Zeitdauer Δt von ”1” auf ”0” wechselt. Entsprechend bedingt eine fallende Flanke des Eingangssignals U_i, dass die Spannung U_a für die Zeitdauer Δt von ”0” auf ”1” wechselt.
13 zeigt ein Blockschaltbild für eine flankenselektive Erzeugung von Pulsen vorgegebener Breite.
13 umfasst einen Block 1303, der im wesentlichen der Blockschaltung gemäß 11 entspricht. Im Unterschied zu 11 ist in den Block 1303 anstatt des Eingangssignals U_i ein (vorverarbeiteter) Pixeltakt 1301 angelegt. Weiterhin sind die jeweiligen Verzögerungsstufen anhand eines Steuersignals (Steuerparameter) 1302 einstellbar. Am Ausgang des Blocks 1303 stehen ein Signal 1304 (anstelle der Spannung U_b von 11) sowie ein Signal 1305 (anstelle der Spannung U_a von 11) zur Verfügung.
Dem Block 1303 nachgeschaltet ist eine Einheit 1306 zur Pulserzeugung (Pulsgenerator) umfassend zwei Inverter 1307 und 1309 sowie ein NAND-Gatter 1308 und ein NOR-Gatter 1310. Das Signal 1304 wird einmal direkt und einmal über den Inverter 1307 mit den NAND-Gatter 1308 verbunden. Das Signal 1305 wird einmal direkt und einmal über den Inverter 1309 mit den NOR-Gatter 1310 verbunden.
Der Ausgang des NAND-Gatters 1308 wird über einen Inverter 1311 mit einem SET-Eingang eines Flipflops 1314 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gatters 1310 wird mit einem RESET-Eingang des Flipflops 1314 verbunden. Das Flipflop 1314 ist insbesondere als ein RS-Flipflop ausgeführt.
Das an dem Ausgang des NAND-Gatters 1308 abgegriffene Signal wird als Signal 1312 und das an dem Ausgang des NOR-Gatters 1310 abgegriffene Signal wird als Signal 1313 bezeichnet. An einem Q-Ausgang des Flipflops 1314 wird ein Ansteuersignal 1315 abgegriffen.
14 zeigt ein zu 13 gehöriges Zeitdiagramm insbesondere in Abhängigkeit von Bildpunkten n, n + 1, etc. sowie in Abhängigkeit von einem Basistakt.
Für den Bildpunkt n ist der Basistakt mit dem Pixeltakt 1301 synchron, da beispielhaft der Bildpunkt n derjenige Bildpunkt ist, bei dem der Projektionsstrahl die größte Geschwindigkeit aufweist und daher unter allen Bildpunkten für diesen Bildpunkt n der geringste Zeitraum verfügbar ist.
Das Signal 1304 beschreibt das Ausgangssignal einer ersten Verzögerungsstufe. Mit jedem Übergang des Pixeltakts 1301 von logisch ”0” auf logisch ”1” (steigende Flanke) wird für das Signal 1304 ein logischer ”0”-Puls erzeugt unter der Bedingung, dass das Signal 1305 zu diesem Zeitpunkt logisch ”0” ist. Dies ist für den Bildpunkt n + 4 nicht der Fall (Signal 1305 ist logisch ”1” bei steigender Flanke des Pixeltakts 1301), insofern gibt es in dem Signal 1304 hier keine fallende Flanke.
Das Signal 1305 weist mit jeder fallenden Flanke des Pixeltakts 1301 einen Übergang nach logisch ”1” auf.
Die Pulsbreiten der Signale 1304 und 1305 sind von dem Steuersignal 1302 (siehe 13) abhängig.
Die steigende Flanke (Übergang von logisch ”0” auf logisch ”1”) des Signals 1304 und die fallende Flanke (Übergang von logisch ”1” auf logisch ”0”) des Signals 1305 erzeugen jeweils die kurzen Pulse gemäß Signal 1312 sowie gemäß Signal 1313. Dies Pulse dienen dem Setzen (anhand des Signals 1312) sowie dem Rücksetzen (anhand des Signals 1313) des Flipflops 1314.
Das Signal 1315 am Q-Ausgang des Flipflops 1314 dient dem Ansteuern der Sample-Hold-Stufe.
Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass das Ansteuersignal 1315 der Sample-Hold-Stufe asynchron zu dem Basistakt ist und somit eine hohe Ortsauflösung des Projektionssystems erreicht werden kann. Somit kann die Pulsbreite des Ansteuersignals 1315 der Sample-Hold-Stufe verändert werden und berücksichtigen, dass ein Bildpunkt in der Bildmitte (”Bildpunkt n”) eine kürzere Zeitdauer aufweist als ein Bildpunkt am Rand des projizierten Bildes, insbesondere, dass die Zeitdauer von dem Bildpunkt n in Richtung der Ränder zunimmt.
Dabei ist die Pulsbreite des logisch ”1”-Pulses für den Bildpunkt n geringer als die Pulsbreite des logisch ”0”-Pulses für den Bildpunkt n + 1. Das bedeutet, dass die Pulsbreiten des logisch ”1”-Pulses als auch des logisch ”0”-Pulses von Bildmitte bis zum Bildrand des projizierten Bildes beständig zunimmt.
Benötigt diese Pulsbreite des Ansteuersignals 1315 ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer des Basistakts (wie beispielsweise in 14 für Bildpunkt n + 4), wird der Pixeltakt 1301 halbiert (ab Bildpunkt n + 5 ist der Pixeltakt 1301 gegenüber dem Bildpunkt n + 4 halbiert), wobei die Flanken des Pixeltakts 1301 den zeitlichen Bezug für die Schaltung gemäß 13 darstellen und somit die Signale 1304 und 1305 ab dem Bildpunkt n + 5 entsprechend aus dem veränderten Pixeltakt 1301 generiert werden.
Die Flanken des Ansteuersignals 1315 bestimmen ein Steuersignal 1401 der Sample-Hold-Stufe gemäß 10. Mit jedem Puls des Steuersignals 1401 wird der Schalter 1004 in 10 für die Zeitdauer des Pulses geschlossen. Damit wird der Ausgangswert des Digital/Analog-Wandlers von der Sample-Hold-Stufe für diese Zeitdauer gespeichert und an die Ausgangsstufe 1006 weitergeleitet. Dieses Signal für die Ausgangsstufe 1006 ist in 14 als Signal 1402 dargestellt.
Die Breite der Pulse wird durch das Steuersignal 1302 (siehe 13) der digitalen Schnittstelle bestimmt. Dies ermöglicht die genaue zeitliche Zuordnung des für jeden Bildpunkt benötigten Zeitbereichs zu der jeweiligen Position des Bildpunkts auf der Projektionsfläche.
Da die Zeitdauer pro Bildpunkt von der Bildmitte in Richtung der Randbereiche kontinuierlich zunimmt, ist es möglich, anstelle einer digitalen Schnittstelle (mit beispielsweise einer Breite von 4 Bit) einen gesteuerten Zähler vorzusehen, der autark die jeweils benötigte Verzögerung der Bildpunkte vorgibt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Breite eines Datenbusses reduzieren lässt.
VERBESSERUNG DES KONTRASTS
In 15 ist ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Ansteuersignalen für einen Laser gezeigt, wobei eine Änderung der Ansteuerdauer in Abhängigkeit von Bildpunktinhalten sowie von Anstiegs- bzw. Abfallzeiten des für den Laser erforderlichen Modulationsstroms erfolgen kann.
In 5 ist die Ansteuerung des Lasers ohne den hier vorgestellten Ansatz zur Kompensation gezeigt. Ohne Kompensation ist eine eindeutige Trennung benachbarter Bildpunkte nicht möglich.
Hingegen erlaubt die Kompensation gemäß 15 eine eindeutige Trennung benachbarter Bereiche: Jeder Bildpunkt benötigt eine Zeitdauer T_p. Durch die endlichen Schaltzeiten des Lasers ergeben sich ansteigende bzw. abfallende Flanken, die jeweils eine bestimmte Zeitdauer t_c benötigen. Diese Zeitdauer t_c ist insbesondere abhängig von einer Bildpunktinformation, z. B. einer Amplitude oder Helligkeit eines nachfolgenden bzw. vorhergehenden Bildpunkts.
Die hier vorgestellte Kompensation ermöglicht es, dass im wesentlichen mit Ablauf der Zeitdauer für einen Bildpunkt dieser bereits auf die Information (Amplitude oder Helligkeit) des nachfolgenden Bildpunkts eingestellt ist. Dies gilt insbesondere falls die Amplitude des nachfolgenden Bildpunkts geringer ist als die Amplitude des aktuellen Bildpunkts.
Somit wird erreicht, dass ein Abklingen der Amplitude eines Bildpunkts auf den Wert der Amplitude des benachbarten bzw. des räumlich nächsten Bildpunkts abgeschlossen ist, bevor der Zeitbereich T_p des benachbarten bzw. räumlich nächsten Bildpunkts beginnt.
Dieses Verhalten kann durch folgende Ausdrücke abhängig von Intensitäten I beschrieben werden. Kontrastdefinition:
Kontrastverhältnis:
16 zeigt eine Tabelle, die Größen wie Kontrast, Kontrastverhältnis, maximale Intensität und minimale Intensität für die Fälle mit und ohne Kompensation gegenüberstellt.
Die in 16 ausgewiesene Zeit t_rf wird benötigt, um von 0% der maximalen Intensität zu 100% zu gelangen. In der Praxis wird vorzugsweise für t_rf eine Zeitdauer angenommen, die die maximale Intensität benötigt, um von 10% auf 90% ihres Werts zu gelangen. Weiterhin kann vereinfachend hierfür ein linearer Anstieg (auch für einen Bereich von 0% bis 100%) angenommen werden.
17A zeigt einen Vergleich des Kontrastes mit Kompensation (Graph 1701) und ohne Kompensation (Graph 1702) in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke.
17B zeigt einen Vergleich des Kontrastsverhältnisses mit Kompensation (Graph 1703) und ohne Kompensation (Graph 1704) in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke.
17C zeigt einen Energie- und somit einen Helligkeitsverlust 1705 durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke.
Beispielhaft liegen den in den 17A, 17B und 17C gezeigten Graphen die folgenden Parameter zugrunde:
Der Parameter A_Offset/A_max entsteht durch Einfluss von Fremdlicht und durch eine räumliche Ausdehnungen des Projektionsstrahls.
Durch Vergleich der Graphen von 17A und 17B ergibt sich durch die hier beschriebene Kompensation eine deutliche Verbesserung des Kontrasts bzw. des Kontrastverhältnisses bei gleicher Flankensteilheit. So ergibt sich zum Beispiel ein Kontrast von 85% beziehungsweise ein Kontrastverhältnis von 15:1 ohne Kompensation im Gegensatz zu 98% als Kontrast bzw. 90:1 als Kontrastverhältnis mit Kompensation bei Berücksichtigung einer Flankensteilheit von 2 ns.
Soll beispielsweise ein Kontrastverhältnis von 90:1 erreicht werden, resultiert hieraus eine Anstiegs- bzw. Abfallzeit von 2 ns bei 5% Helligkeitsverlust mit dem beschriebenen Kompensationsverfahren oder weniger als 200 ps bei 0% Energieverlust ohne das Kompensationsverfahren.
Damit ist ersichtlich, dass sich eine Kontrastverhältnis von 90:1 nicht ohne das hier vorgestellte Kompensationsverfahren realisieren lässt. Ein durch das Kompensationsverfahren bedingter Helligkeitsverlust kann durch eine Anpassung des Modulationsstromes der Laser kompensiert werden.
18 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 1808 mittels einer Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung.
Ein digitales Signal 1810 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 1802 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und an einem Schalter 1801 sowie an einem Schalter 1804 angelegt. Der Schalter 1801 umfasst eine Sample-Hold-Stufe, die von einem Signal 1814 getriggert wird, und der Schalter 1804 umfasst eine Sample-Hold-Stufe, die von einem Signal 1815 getriggert wird.
Der Ausgang des Schalters 1801 ist mit einem Schalter 1812 verbunden. Der Ausgang des Schalters 1804 ist ebenfalls an dem Schalter 1812 angeschlossen, wobei der Schalter 1812 mittels eines Schaltsignals 1816 seinen Ausgang entweder mit dem Ausgang des Schalters 1801 oder mit dem Ausgang des Schalters 1804 verbindet.
Der Ausgang des Schalters 1801 sowie der Ausgang des Schalters 1804 sind jeweils mit Eingängen der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung verbunden, der Ausgang der Einheit 1813 liefert das Schaltsignal 1816 für den Schalter 1812.
Eine Zeitsteuerung 1805 wird von einem digitalen Ansteuersignal 1811 parametrisiert, wobei je ein Ausgang der Zeitsteuerung 1805 das Signal 1814, das Signal 1815 und ein Signal 1817 zur Ansteuerung der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung bereit stellt.
Der Ausgang des Schalters 1812 ist mit einer Ausgangsstufe 1806 umfassend einen Treiber 1807, den Laser 1808 sowie einer Versorgungsspannung 1809 für den Laser verbunden.
Die Schalter 1801 und 1804 in 18 umfassen oder beschreiben je eine Sample-Hold-Stufe, als ein analoges Speicherglied, das eine Ausgangsspannung des Digital/Analog-Wandlers 1802 für eine vorgegebene Zeitdauer (die insbesondere in Relation zu einer für die Darstellung eines einzelnen Bildpunkts benötigte Zeitdauer groß ist) zu speichern.
In 18 sind zwei solche Sample-Hold-Stufen in Form der Schalter 1801 und 1804 vorgesehen. Entsprechend können mehrere Schalter bzw. Speicherstufen vorhanden sein.
Die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung vergleicht einen Amplitudenwert eines aktuellen Bildpunkts mit einem Amplitudenwert eines nachfolgenden Bildpunkts. In Abhängigkeit der Amplitudendifferenz zwischen den in den Schaltern 1801 und 1804 gespeicherten Amplitudenwerten wird ein Umschaltzeitpunkt für den Schalter 1812 ermittelt.
Der Schalter 1812 schaltet zwischen den an den Schaltern 1801 und 1804 anliegenden Signalen um und leitet das durchgeschaltete Signal an die Ausgangsstufe 1806 weiter.
Die Schalter 1801 und 1804 werden von der Zeitsteuerung 1805 (die insbesondere als eine digitale Verarbeitungsstufe ausgeführt ist) über die Signale 1814 und 1815 angesteuert. Die Zeitsteuerung 1805 wird insbesondere mittels der digitalen Schnittstelle des bildgebenden Systems parametrisiert.
Hierbei umfasst die Parametrisierung insbesondere eine Vorgabe bestimmter Systemeigenschaften, z. B. eine ermittelte Flankensteilheit.
Die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung schaltet mittels des Signals 1816 den Schalter 1812 entsprechend den in den Schaltern 1801 und 1804 gespeicherten Spannungswerten um und erhält Steuersignale 1817 von der Zeitsteuerung 1805.
19 zeigt ein zu 18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion eines Schachbrettmusters gemäß 4.
Unmittelbar vor dem Beginn einer für einen nachfolgenden Bildpunkt n – 2 erforderlichen Zeitdauer T_p wird der Schalter 1804 geschlossen. Dies ist durch einen Puls 1901 des Signals 1815 zur Ansteuerung des Schalters 1804 dargestellt.
Damit liegt die Information betreffend die Amplitude des Bildpunkts n – 2 vor und kann mittels des Schalters 1812 an die Ausgangsstufe 1806 weitergeleitet werden.
Spätestens zu einem Zeitpunkt T₁ = T_p – t_c wird die Bildinformation des Bildpunkts n – 1 zwischengespeichert anhand der Sample-Hold-Stufe des Schalters 1801.
Somit stehen der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung zum Zeitpunkt T₁ Informationen betreffend die Amplitude des aktuellen Bildpunkts n – 2 sowie die Amplitude des nachfolgenden Bildpunkts n – 1 zur Verfügung. Damit kann die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung bei bekannter Flankensteilheit einen Umschaltzeitpunkt für den Schalter 1812 ermitteln.
Hierdurch wird effizient ein Effekt des Verwaschens zwischen einzelnen Bildpunkten kompensiert und somit der Kontrast zwischen Bildpunkten unterschiedlicher Helligkeiten stark verbessert.
Eine Abschätzung der Zeitdauer t_c kann in erster Nährung mit der Annahme erfolgen, dass der Anstieg des Stromes I_Laser bei sprunghafter Änderung des Eingangssignals U_i linear über die Zeit ist. Damit gilt näherungsweise:
wobei I eine Intensität und t_rf eine für einen Flankenanstieg oder -abfall benötigte Zeit bezeichnen.
Für den Fall, dass der nachfolgende Bildpunkt n – 1 eine höheren Modulationsstrom benötigt als der aktuelle Bildpunkt n – 2 folgt vorzugsweise t_c = 0.
Das bedeutet, dass nur dann der Zeitbereich eines Bildpunkts angepasst wird, wenn zwei benachbarte Bildpunkte einen Helligkeitsunterschied aufweisen. Dieses Vorgehen dient der Erhöhung des Wirkungsgrads bzw. der Bildhelligkeit.
20 zeigt ein zu 18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion unterschiedlicher heller Bildpunkte. Insbesondere weist ein Bildpunkt n – 1 eine gegenüber einem Bildpunkt n – 2 nur leicht reduzierte Helligkeit auf.
Die steigenden Flanken der Signale 1814 und 1815 dienen der zeitlichen Synchronisierung mit dem Basistakt. Das Signal 1816 entspricht wiederum vorzugsweise einem durch Verzögerungsglieder manipulierten Signal.
Die Zeitdifferenz zwischen der steigenden Flanke des Signals 1815 und der steigenden Flanke des Signals 1816 als auch zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816 hängt von der Bildinformation der aufeinander folgenden Bildpunkte je nach Farbe ab.
Nachfolgend wird beispielhaft ein Überganges von dem Bildpunkt n – 2 zu dem Bildpunkt n – 1 betrachtet.
Im deutlichsten Fall entspricht der Amplitudenunterschied zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Bildpunkten der maximalen Dynamik der Ausgangsstufe 1806. Da angenommen werden kann, dass die parasitären Kapazitäten der Laserdiode mittels eines konstanten Stromes I_Laser umgeladen werden, ergeben sich Flanken endlicher Steilheit für einen Querstrom durch die Laserdiode. Diese maximale Anstiegs- bzw. Abfallzeit entspricht einer Zeitdauer t_r zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816. Die maximale Anstiegs- bzw. Abfallzeit ist vorzugsweise dem System bekannt.
Die Zeitdauer t_c zeigt an, wie lange das Ausgangssignal I_Laser benötigt, um die Amplitudendifferenz zwischen benachbarten Bildpunkten auf- bzw. abzubauen. Die Zeitdifferenz zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816 ergibt sich damit zu: Δt = t_r – t_c
Im Falle der maximalen Amplitudendifferenz zwischen den benachbarten Bildpunkten ist diese Zeitdifferenz Δt = 0. Dieser Zusammenhang ist in 20 in dem Übergang von dem Bildpunkt n zu dem Bildpunkt n + 1 gezeigt.
Somit kann Zeitdauer t_r auch als ein Zeitpuffer betrachtet werden, der je nach Amplitudendifferenz abgebaut wird.
Insbesondere gibt es somit einen Zusammenhang zwischen der Zeitdauer t_c und der Amplitudendifferenz, so dass die Zeitdauer t_c bei jedem Übergang zwischen von einem Bildpunkt auf den nächsten Bildpunkt von der Elektronik neu berechnet wird. Vorzugweise findet dies in Echtzeit statt.
Entsprechend zu den obigen Ausführungen betreffend den Zusammenhang zwischen den Signalen 1816 und 1814 lässt sich der Zusammenhang zwischen den Signalen 1815 und 1816 beschreiben.
Eine alternative Ausgestaltung zur Ansteuerung eines Lasers 2112 mittels einer Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung ist in 21 dargestellt.
21 zeigt zwei Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102, die jeweils mit digitalen Bilddaten 2104 und 2105 beaufschlagt werden. Ein Umschalter 2108 schaltet zwischen den analogen Ausgängen der Digital/Analog-Wandler 2101 bzw. 2102 um und verbindet das jeweils durchgeschaltete Analogsignal mit einer Ausgangsstufe 2110.
Die Ausgangsstufe 2110 umfasst einen Treiber 2111, den Laser 2112 sowie eine Versorgungsspannung 2113 für den Laser.
Weiterhin ist eine Zeitsteuerung 2103 vorgesehen, die von einem digitalen Signal 2106 parametrisiert wird, wobei ein Ausgang der Zeitsteuerung 2103 ein Signal für die Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung bereit stellt.
Die Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung umfasst zwei Eingänge, von denen je einer mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 2101 bzw. 2102 verbunden sind. Der Ausgang der Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung liefert ein Signal zur Ansteuerung des Schalters 2108.
Ein Vorteil der Schaltung gemäß 21 besteht darin, dass die Schalter 1801 und 1804 gemäß 18 entfallen können, da die Amplitudenwerte benachbarter Bildpunkte von je einem Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102 bereitgestellt und über einen vorgegebenen Zeitraum gehalten werden.
Hierbei ist von Vorteil, dass sich eine maximal notwendige Verarbeitungsgeschwindigkeit für jeden der Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102 gegenüber dem Digital/Analog-Wandler 1802 von 18 reduziert, da für die Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102 ein Zeitraum von 2·T_p – t_c zur Verfügung steht, um die Konvertierung vorzunehmen.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit 18 und 19 erläutert wurde, erfolgt das Umschalten des Schalters 2108 (Schalter 1812 in 18) nicht synchron zu dem Pixeltakt.
22 zeigt ein zu 21 gehöriges Zeitdiagramm. In der Zeitsteuerung 2103 erfolgt eine Verdopplung des sich ändernden Pixeltakts. Diese Frequenzerhöhung erfolgt bevorzugt elektronisch mittels eines flankengetriggerten Flipflops, das selektiv auf die fallende als auch die steigende Flanke des Eingangstaktes mit einer Zustandsänderung reagiert.
Zur vereinfachten Darstellung ist in 22 der Pixeltakt als konstant dargestellt.
Insbesondere können zur Vereinfachung auch lediglich die fallenden Flanken des verdoppelten Pixeltakts als Zeitbasis herangezogen werden. Die von der Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung ermittelte Amplitudendifferenz wird durch eine analoge Schaltung in eine Verzögerung des verdoppelten Pixeltakts umgesetzt (siehe Signal 2201 in 22).
Durch eine Kombination des Originalsignals sowie des Signals 2201 durch Logikgatter ergibt sich ein flankenselektiver Puls.
Eine Stufe, die flankenselektiv Pulse mit bestimmter Breite erzeugt, ist in 11 und 12 dargestellt.
Die Breite des generierten Pulses entspricht dabei der Verzögerung Δt bzw. dem Laufzeitunterschied der beiden Signalleitungen, die in den Logikgatter (NAND oder NOR) enden. Damit stehen zwei Flanken als Bezug zur Verfügung: Die steigende Flanke des verdoppelten Pixeltaktes und die fallende Flanke des Ausgangssignals der erläuterten Verzögerungsschaltung. Beide führen zu einem Umschalten des Schalters 2108 in 21 bzw. des Schalters 1812 in 18. Somit kann erfolgreiche eine digitale Ansteuerung durchgeführt werden.
KOMBINATION: VERBESSERUNG DER RÄUMLICHEN ZORDNUNG SOWIE VERBESSERUNG DES KONTRASTS
Die vorstehend ausgeführten Ansätze können vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Beispielsweise kann der Kontrast durch die Funktionalität der vorstehend beschriebenen Einheiten zur Verbesserung der räumlichen Zuordnung erhöht werden, die vorzugsweise von der Zeitsteuerung angesteuert wird und ihrerseits einen Schalter (Umschalter) ansteuert.
Die räumliche Zuordnung wird wie beschrieben durch das parametrisierte Schließen mindestens eines Schalters und der damit verbundenen mindestens einen Sample-Hold-Stufe ermöglicht.
Entsprechend kann ein Zuordnungsfehler auch in der Zeitsteuerung kompensiert werden.
KOMPENSATION VON MONTAGEUNGENAUIGKEITEN
10 stellt eine mögliche Lösung für die räumliche Zuordnung von Bildpunkten dar. Wird die Parametrisierung der Zeitsteuerung 1005 entsprechend vorgegeben, so ergibt sich eine entsprechende Vorverzerrung des projizierten Bildes.
Durch diese Vorverzerrung kann einer Montageungenauigkeit der Optiken oder des Lasers in einem Subpixelbereich (d. h. in einem Bereich der kleiner als ein Bildpunkt ist) zumindest teilweise kompensiert werden.
Wirkt sich z. B. der Montagefehler auf der Projektionsebene derart aus, dass die jeweils ausgeleuchteten Bildbereiche der einzelnen Laser um nicht mehr als einen Bildpunkt unterscheiden, kann die Bildinformation der digitalen Quelle mittels Verzögerungen der einzelnen Laserquellen zueinander so vorverarbeitet werden, dass der Fehler kompensiert wird (d. h. der Bildpunkt wird durch die Elektronik entsprechend richtig auf der Projektionsebene abgebildet).
Weitere Vorteile:
Die hier vorgestellten Ansätze ermöglichen eine Entkopplung der Datenschnittstelle und der Wandlungsrate des Digital/Analog-Wandlers von den hohen zeitlichen Anforderungen an die Amplitudenmodulation der jeweiligen Lichtquelle, insbesondere des Lasers.
Der Ansatz erlaubt die Bereitstellung eines Laserprojektionssystem auf Basis des ”Flying-Spot”-Verfahrens bei verbesserter Bildqualität, da Bildpunkte mit hoher zeitlicher Auflösung und damit hoher Ortsauflösung bei geringem Fehler dargestellt werden können.
Ein weiterer Vorteil ist die einfachere und günstigere technische Realisierbarkeit der Digital/Analog-Wandler und verminderte Anforderungen an die Schnittstellen der bildgebenden System, da keine zeitliche Quantisierungen der kürzesten Bildpunkte und damit keine Vervielfachung der Verarbeitungsgeschwindigkeit benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erforderliche Verzögerung nicht farbspezifisch realisiert werden muss und demzufolge die einzelnen Verzögerungsstufen der drei Farben über eine Schnittstelle mit geringer Bitbreite parametrisiert werden können.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Verzögerung separat pro Farbe ausgeführt ist, so dass beispielsweise die Ungenauigkeit der Montage der jeweiligen Lichtquellen durch entsprechende Manipulation des Zeitmultiplex-Verfahrens kompensiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch bei einer relativ ausgeprägten Einfluss der Flankensteilheit ein hoher Kontrast erreichbar ist. Dadurch sinken die Anforderungen an die analoge Elektronik für kurze Schaltzeiten und dementsprechend steile Flanken. Weiterhin vermindern sich die Anforderungen an die Technologie der analogen Treiberschaltung, die den Modulationsstrom bereitstellt.
Bezugszeichenliste

101: rote Lichtquelle
102: blaue Lichtquelle
103: grüne Lichtquelle
104: Umlenkspiegel
105: Umlenkspiegel
106: Umlenkspiegel
107: Mikrospiegel, insbesondere zweidimensionaler resonanter Mikrospiegel
108: Bildebene
109: Strahlenverlauf des Projektionsstrahls in der Bildebene
110: gemeinsamer Strahl, Projektionsstrahl
201: Kurve zur Darstellung von Scanzeitbereichen für eine Spalte je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts
202: Kurve zur Darstellung von Scanzeitbereichen für eine Zeile je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts
501: Ansteuerspannung für Laser
502: Laserstrom
503: Einschaltverzögerung
504: Ausschaltverzögerung
505: Einschaltverzögerung
506: Ausschaltverzögerung
601: Digital/Analog-Wandler (DAC)
602: Treiber
603: Laser
604: Versorgungsspannung (VDD)
605: digitales Signal
701: Digital/Analog-Wandler (DAC)
702: Treiber
703: Laser
704: Versorgungsspannung (VDD)
705: digitales Signal
706: Verzögerungsstufe
1001: Verzögerungsstufe
1002: Digital/Analog-Wandler
1004: Schalters (mit Sample-Hold-Stufe)
1005: Zeitsteuerung
1006: Ausgangsstufe
1007: Treiber
1008: Laser
1009: Versorgungsspannung
1010: digitales Signal
1011: Ansteuersignal
1101: Verzögerungsstufe
1102: Inverter
1103: NAND-Gatter
1104: Verzögerungsstufe
1105: Inverter
1106: NOR-Gatter
1301: Pixeltakt
1302: Steuersignals (Steuerparameter)
1303: Block gemäß 11
1304: Signal am Ausgang des NAND-Gatters
1305: Signal am Ausgang des NOR-Gatters
1306: Einheit zur Pulserzeugung (Pulsgenerator)
1307: Inverter
1308: NAND-Gatter
1309: Inverter
1310: NOR-Gatter
1311: Inverter
1312: Signal am Ausgang des Inverters 1311
1313: Signal am Ausgang des NOR-Gatters 1310
1314: Flipflop (RS-Flipflop)
1315: Ansteuersignal
1701: Kurvenverlauf für Kontrast mit Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke
1702: Kurvenverlauf für Kontrast ohne Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke
1703: Kurvenverlauf für Kontrastsverhältnisses mit Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1704: Kurvenverlauf für Kontrastsverhältnisses ohne Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1705: Kurvenverlauf für Energie- und somit Helligkeitsverlust durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1801: Schalter (mit Sample-Hold-Stufe)
1802: Digital/Analog-Wandler
1804: Schalter (mit Sample-Hold-Stufe)
1805: Zeitsteuerung
1806: Ausgangsstufe
1807: Treiber
1808: Laser
1809: Versorgungsspannung
1810: digitales Signal (mit n Bit Breite)
1811: digitales Ansteuersignal
1812: Schalter (Umschalter)
1813: Einheit zur Kontrastverbesserung
1814: Signal zum Triggern der Sample-Hold-Stufe in Schalter 1801
1815: Signal zum Triggern der Sample-Hold-Stufe in Schalter 1804
1816: Schaltsignal zum Umschalten des Schalters 1812
1817: Signal zur Ansteuerung der Einheit zur Kontrastverbesserung 1813
1901: Puls
2101: Digital/Analog-Wandler
2102: Digital/Analog-Wandler
2103: Zeitsteuerung
2104: digitale Bilddaten
2105: digitale Bilddaten
2106: digitales Signal (zur Parametrisierung er Zeitsteuerung 2103)
2107: Einheit zur Kontrastverbesserung
2108: Umschalter
2110: Ausgangsstufe
2111: Treiber
2112: Laser
2113: Versorgungsspannung
2201: Verzögerungssignal

Claims

Verfahren zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls – bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird, – bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts und – bei dem mindestens ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls eingesetzt wird, – bei dem der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird, – bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Haltedauer mittels einer Verzögerungsstufe einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verzögerungsstufe mittels eines Ansteuersignals, insbesondere eines digitalen Ansteuersignals, angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die erste Information des Bildpunkts verändert wird derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfasst: – mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts; – im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisiert wird, dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl so eingestellt wird, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl mittels einer umlenkenden Projektionseinrichtung örtlich abgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die umlenkende Projektionseinrichtung einen Mikrospiegel, insbesondere einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser oder aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot-Verfahrens projiziert wird.
Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls umfassend – eine Verzögerungsstufe anhand derer zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängerbar ist, – so dass zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts, und – mindestens einen Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls, – so dass der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird, – so dass zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 24, umfassend eine Einheit zur Kontrastverbesserung, bei der eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, bei der der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisierbar ist, so dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei der eine umlenkende Projektionseinrichtung vorgesehen ist, die den mindestens einen Lichtstrahl örtlich abgelenkt.