DE19860017A1 - Vorrichtung für die Projektion eines Videobildes - Google Patents
Vorrichtung für die Projektion eines VideobildesInfo
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Abstract
Bei einer Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf (60), die für die Projektion eines Videobildes einen Zeilenspiegel (12) mit mindestens einer Spiegelfläche (14) zur Ablenkung eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel (16) zur Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale (23) der mindestens einen Spiegelfläche (14) unter eine Winkel epsilon zur Drehachse (33) des Zeilenspiegels (12) geneigt ist, ist vorgesehen, daß das Lichtbündel (5) bei derjenigen Stellung des Zeilenspiegels (12), bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung (28), gerichtet ist, unter dem Winkel DOLLAR A mit DOLLAR F1 zur Flächennormalen (23) auf die Spiegelfläche (14) einfällt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf, die für
die Projektion eines Videobildes einen Zeilenspiegel mit mindestens einer Spiegelfläche zur
Ablenkung eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel zur
Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale der mindestens einen
Spiegelfläche unter einem Winkel ε zur Drehachse des Zeilenspiegels geneigt ist.
Bei der Videoprojektion mit Lichtbündeln werden Lichtbündel über Spiegel schnell in
Zeilenrichtung und senkrecht dazu, in Bildrichtung, zur Darstellung der Bildpunkte des
Videobildes abgelenkt. Die dazu eingesetzten Spiegel werden entsprechend ihrer Funktion
als Zeilenspiegel und Bildspiegel bezeichnet.
Als Zeilenspiegel wird häufig ein Polygonspiegel eingesetzt, der die hohen
Ablenkgeschwindigkeiten zur Darstellung eines Videobildes möglich macht. Es sind aber
auch andere Spiegel mit hohen Schaltgeschwindigkeiten bekannt, wie sehr kleine
Galvanometerspiegel, die jetzt schon die Darstellung von Videobildern geringer Punktdichte
erlauben, so daß die Hoffnung besteht, daß derartige Spiegel in Zukunft für eine sehr
schnelle Zeilenablenkung zur Verfügung stehen. Wenn im folgenden auf Zeilenspiegel Bezug
genommen wird, sind damit vor allem Polygonspiegel gemeint. Dies bedeutet aber keine
Beschränkung. Es kommt einzig darauf an, daß der Zeilenspiegel durch Drehung oder
Kippung um eine Drehachse eine hohe Geschwindigkeit für Winkeländerungen von
Lichtbündeln erlaubt.
Laserprojektionssysteme, die mittels dieser Technik arbeiten, sind aus der neueren
Patentliteratur gut bekannt. Bei derartigen, insbesondere als Videosysteme ausgebildeten
Projektoren, wird ein Videobild mittels des Zeilenspiegels und des Bildspiegels rasternd
abgebildet, jedoch werden Laserstrahlen im Unterschied zur herkömmlichen Bildröhre
anstelle von Elektronenstrahlen eingesetzt.
Die Farb- und Helligkeitsinformation für jeden Bildpunkt des Videobildes erfolgt dabei durch
eine geeignete Modulation des Laserstrahls, vorzugsweise vor der Ablenkung durch
Zeilenspiegel und Bildspiegel.
Ein derartiges Laserprojektionssystem ist beispielsweise in der DE 43 24 848 C2
beschrieben. In einem der dargestellten Beispiele ist eine erste Einrichtung zur
Laserstrahlerzeugung, Lasermodulation und Strahlzusammenführung von Laserlicht
verschiedener Farben von einer zweiten Einrichtung, die allein aus Zeilenspiegel, Kippspiegel
und einer Transferoptik besteht, räumlich getrennt. Die Lichtübertragung zwischen der ersten
Einrichtung und der davon getrennten rasternden zweiten Einrichtung erfolgt über eine
Lichtleitfaser. Die rasternde zweite Einrichtung, die im folgenden auch Projektionskopf
genannt wird, besteht im wesentlichen aus einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung,
insbesondere mit einem Polygonspiegel und einem in Lichtausbreitungsrichtung
nachfolgenden Kippspiegel, wobei dieser ferner noch eine Aufweitungsoptik folgen kann.
Ein derartiger Aufbau ist jedoch nicht zwingend. In derselben Druckschrift wird beispielsweise
ein Laserprojektionssystem angegeben, bei dem im Projektionskopf auch eine Einrichtung
aus dichroitischen Spiegeln zum Zusammenführen mehrerer Laserlichtbündel zu einem
einzigen Lichtbündel vorgesehen ist. Weiter ist in einem Projektionsgerät gemäß der JP 363-
306417 ein vor dem Polygonspiegel liegender Bildspiegel vorgesehen, also in
unterschiedlicher Anordnung im Vergleich zu derjenigen in der oben angegebenen deutschen
Druckschrift.
Bei einem anderen Projektionsgerät gemäß der JP 61-90122 beinhaltet der Projektor ferner
die Lichtquellen für die Farben Rot, Grün und Blau. Der helligkeits- und farbmodulierte
Lichtstrahl wird dabei zunächst auf einen als Polygonspiegel ausgebildeten Zeilenspiegel
gelenkt, dem ein Bildspiegel, ebenfalls als Polygonspiegel ausgeführt, folgt. Der dabei
eingesetzte Bildspiegel müßte dabei allerdings eine große Spiegelfläche haben, um den
bereits in der Zeilenrichtung abgelenkten Lichtstrahl vollständig zu erfassen. Um dies zu
vermeiden, ist ein gekrümmter Spiegel vorgesehen, damit der üblicherweise ausreichende
Spiegelflächenbereich des Polygonspiegels optisch aufgeweitet ist.
In einem Projektionsgerät gemäß der JP 3-109591 wird der Lichtstrahl zunächst auf einen
Polygonspiegel gelenkt und dann über eine Linse einem Bildspiegel zugeführt. Man benötigt
dabei also eine zusätzliche Linse.
Ferner wird gemäß der US 4,979,030 ein abbildendes optisches System zwischen zwei
Ablenkspiegeln eingesetzt. Dieses optische System ist als Relaisoptik zwischen dem
Bildspiegel und dem Zeilenspiegel angeordnet und dient dazu, einen gemeinsamen
Abbildungspunkt für beide Ablenkrichtungen zu schaffen.
Diese Technik wird häufig verwendet. So ist auch in der EP 0 488 903 B1 und der US
5,051,834 jeweils eine Relaisoptik zwischen dem Zeilenspiegel und dem Bildspiegel
vorgesehen.
Derartige optische Elemente gemäß dem Stand der Technik sind jedoch innerhalb des
Strahlenganges zwischen den Lichtablenkeinrichtungen nachteilig, da sie Lichtverluste
verursachen und die für die Bilddarstellung wichtigen Strahlparameter, wie z. B. die
erforderliche geringe Divergenz des Lichtstrahls, verschlechtern. Ferner ergibt sich aufgrund
der zusätzlichen optischen Elemente und die durch diese notwendigen optischen Wege auch
ein erhöhter Raumbedarf. Außerdem führen alle im Strahlengang befindlichen optischen
Bauelemente immer zu mehr oder weniger großen Licht- und Auflösungsverlusten, so daß
für eine Optimierung eines Projektionssystems eine sorgfältige Auswahl der eingesetzten
Komponenten getroffen werden muß.
Auch bei den bekannten Polygonspiegeln gibt es Unterschiede. So sind beispielsweise
Polygonspiegel bekannt, deren Normalen der Spiegelflächen senkrecht auf der Drehachse
stehen. Bei anderen bekannten Polygonspiegeln sind dagegen die Flächennormalen der
Spiegelflächen unter einem Winkel ε zur Drehachse geneigt.
Auch diesbezüglich ist ein unterschiedlicher Aufwand notwendig, da sich beispielsweise bei
geneigten Spiegelflächen abhängig vom Auftreffwinkel des Lichtbündels, gekrümmte Zeilen
ergeben. Dies stellt zwar kein unüberwindliches Hindernis dar, denn man könnte diesen
Effekt bei der Modulation des Laserlichtbündel berücksichtigen, indem das Lichtbündel immer
mit derjenigen Farbintensitätsmodulation beaufschlagt wird, die dem auf einer gekrümmte
Zeile jeweils geschriebenen Bildpunkt bezüglich der richtigen Wiedergabe des Bildes
zukommt. Dazu ist jedoch zusätzlicher Rechen- und Steueraufwand erforderlich.
Aufgabe der Erfindung und ihrer Weiterbildungen ist es, eine bekannte Vorrichtung zur
Projektion von Videobildern mit einem Lichtbündel zu optimieren, insbesondere so, daß der
Aufwand für Steuerung und/oder optische Elemente gegenüber bekannten Einrichtungen
verringert wird.
Die Aufgabe wird bezüglich des Steuerungsaufwandes ausgehend vom einleitend genannten
Stand der Technik dadurch gelöst, daß das Lichtbündel bei derjenigen Stellung des
Zeilenspiegels, bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung,
gerichtet ist, unter dem Winkel
ϑ = ± √22,5°.ε' + 45° ± 4°
mit
ε' = ε ± 4°
zur Flächennormalen auf die Spiegelfläche einfällt.
Damit werden vor allen Dingen einige geometrische Beziehungen zwischen den Optiken in
der Vorrichtung festgelegt. Aufgrund der angegebenen Winkel sind Krümmungen in der Zeile
geringer als 3%. Derartige kleine Zeilenkrümmungen werden erfahrungsgemäß nicht mehr
als störend wahrgenommen, ein zusätzlicher Aufwand zur Bildentzerrung kann damit
entfallen.
Unerwarteterweise ergibt sich eine sehr einfache Beziehung für die Auswahl des
Auftreifwinkels ϑ bei beliebiger Auswahl des Zeilenspiegels bezüglich der Neigung der
Spiegelfläche mit einem Winkel ε zur Drehachse. Aus der angegebenen Beziehung wird aber
auch deutlich, daß im Prinzip für jeden Winkel der Flächennormalen der Spiegelflächen zur
Drehachse ein geeigneter Einfallswinkel für das Lichtbündel möglich ist, ein Ergebnis, das
bisher nicht bekannt war oder erwartet wurde.
Unter allen Winkeln hat es sich geometrisch als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn
der Winkel ε gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einen Wert von 90° hat
und ϑ gleich 0° gewählt ist. Andere Winkel ε und dem dadurch bedingten ϑ würden zu einer
elliptischen Form des Srahlprofils auf der Spiegelfläche eines Zeilenspiegels führen, so daß
vor allem bei Winkeln größer als 45° eine erhöhte Genauigkeit für die Spiegelflächen des
Zeilenspiegels erforderlich wäre, weil dann die optischen Abbildungseigenschaften
ungünstiger werden. Dies würde einen größeren Aufwand für die Fertigung des
Zeilenspiegels erfordern, insbesondere, wenn die Fertigungsgenauigkeit kleiner als 2"
betragen soll.
Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil der
Vorrichtung mittels einer Grundplatte, mit der dieser Teil oder die Vorrichtung selbst auf
einem Boden oder an einer Decke befestigbar ist, versehen und die Drehachse des
Zeilenspiegels für eine Schrägprojektion unter einem Winkel zu dieser Grundplatte
angeordnet. Weiter ist eine Einrichtung zur Intensitäts- und Farbmodulation des jeweiligen
beleuchteten Bildpunktes vorgesehen, wobei diese Einrichtung auch Trapezverzerrungen für
den durch den zur Schrägprojektion gegebenen Projektionswinkel berücksichtigt und
korrigiert.
Die einfache Befestigung mit Hilfe einer Grundplatte an einer Decke macht die Vorrichtung
besonders benutzerfreundlich, da bei üblichen Deckenhöhen unabhängig von dem Ort des
Beobachters das projizierende Teil, der Projektionskopf oder die Vorrichtung selbst, sich
nicht im Sichtweg eines Beobachters des Videobildes befindet. Die dazu vorgesehene
Winkelstellung zur Schrägprojektion und die Korrekturmöglichkeit für Trapezverzerrungen
sind wenig aufwendig. Prinzipiell sind die auftretenden Verzerrungen bei vorgegebenem
Projektionswinkel bekannt und können dadurch berücksichtigt werden, daß die
Zeileninformation bei durch die Verzerrung verlängerten Zeilen schneller aus einem
Bildspeicher ausgelesen und in einem verkleinerten Bereich der jeweils gerasterten Zeilen
geschrieben wird.
Insbesondere für die Befestigung mit der Grundplatte selbst am Boden oder Decke läßt sich
eine sehr wenig aufwendige konstruktive Lösung für den Projektionskopf finden. Dazu ist
gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Winkel der
Drehachse zur Grundplatte gleich dem Winkel der Schrägprojektion zwischen
Hauptprojektionsrichtung und der Normalen auf eine Projektionsfläche ± 10° ist.
Bei einer diesbezüglich vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Einrichtung zur Intensitäts- und Farbmodulation räumlich von dem mindestens einen Teil der
Vorrichtung getrennt ist und zwischen der Einrichtung und der Vorrichtung eine
Lichtleitfaserkopplung zur Übertragung des danach vom Zeilenspiegel abzulenkenden
Lichtbündels vorgesehen ist.
Hier muß der Projektionskopf, das erwähnte projizierende Teil, nur mit Bildspiegel und
Zeilenspiegel und einer eventuellen Aufweitungsoptik versehen sein, das räumlich von der
viel schwereren Komponenten, beispielsweise den Lasern, getrennt ist. An der Decke oder
am Boden muß dann nur ein kleiner Kopf angeordnet werden, was üblicherweise ohne
Probleme möglich ist. Bei einer Gesamtvorrichtung, die an der Decke oder dem Boden
befestigt würde, wäre dagegen eine derartige Halterung mit den schweren Komponenten, vor
allem den Lasern und Transformatoren, wesentlich aufwendiger.
Die Kopplung mit einer Lichtleitfaser ist ebenfalls auf einfache Weise möglich. Bei geeigneten
Steckkontakten im Projektionskopf und der übrigen Vorrichtung zum Verbinden mit der
Lichtleitfaser läßt sie sich auch einfach installieren. Würde man dagegen beispielsweise eine
Spiegeleinrichtung zur Übertragung des Lichtes von dem Projektionskopf zur restlichen
Vorrichtung vorsehen, wäre eine Kopplung wesentlich aufwendiger, vor allem, da die dann
erforderlichen Justierungen der Spiegel kaum mehr von einem Nichtfachmann durchgeführt
werden könnten.
Wie vorstehend schon bei der Darstellung des Stands der Technik ausgeführt wurde, gibt es
verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung des Zeilenspiegels und des Bildspiegels. Bei
einer Weiterbildung ist diesbezüglich vorgesehen, daß dem Zeilenspiegel in einem Abstand
von kleiner als 4 cm in Fortpflanzungsrichtung des Lichtbündels ein Bildspiegel nachgeordnet
ist, dem dann wiederum eine Aufweitungsoptik nachfolgt. Insbesondere ist dabei vorteilhaft,
daß der Bildspiegel dem Zeilenspiegel nachgeordnet ist. Bei umgekehrter Anordnung würde
der Zeilenspiegel und dadurch der Platzbedarf im beispielhaft genannten Projektionskopf
wesentlich größer werden. Das gleiche gilt, wenn ein zusätzliches optisches System zur
"optischen Aufweitung" der Spiegelfläche des Zeilenspiegels gemäß JP 61-90122 eingesetzt
wird.
Weiter würde man bei einer Aufweitungsoptik üblicherweise Relaislinsen vorsehen, mit
denen der Auftreffpunkt des Lichtbündels auf dem Zeilenspiegel nachfolgend auf den
Kippspiegel verlegt wird, damit der gerastete Bild- und Zeilenwinkel für die nachfolgende
Aufweitungsoptik virtuell vom gleichen Punkt aus erfolgt. Hier werden Bildfehler aufgrund
unterschiedlicher Aufweitung jedoch auf eine ganz andere Art und Weise verringert, die den
Aufwand an optischen Elementen für die Aufweitungsoptik stark reduziert, indem der
Abstand zwischen Zeilenspiegel und Bildspiegel sehr kurz gehalten wird. Diesbezüglich hat
es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Abstand zwischen diesen beiden Spiegeln
unterhalb von 4 cm liegt, denn dann läßt sich die Aufweitungsoptik für die vergrößerte
Eintrittspupille noch ohne großen Aufwand bezüglich unterschiedlicher Ablenkpunkte für Bild-
und Zeilenablenkung auslegen und korrigieren.
Der angegebene Abstand von bis zu 4 cm läßt ferner für die Bewegung eines Bildspiegels
genügend Raum. Aufgrund des durch diese Weiterbildung möglich gewordenen Verzichts auf
Relaislinsensysteme werden Lichtverluste und Abbildungsfehler, insbesondere auch durch
Staub auf den Linsen oder Inhomogenitäten im Linsenmaterial, wesentlich verringert. Die
Strahlqualität des Lichtbündels ist deshalb gemäß der Weiterbildung wesentlich besser als
bei anderen bekannten Projektionssystemen.
Aufweitungsoptiken sind beispielsweise aus der DE 43 24 849 C2 bekannt. Insbesondere ist
in dieser Druckschrift ein nach der Tangensbedingung korrigiertes Linsensystem angegeben.
Aus dieser Druckschrift ist aber auch entnehmbar, daß derartige Optiken mit mehr als zwei
Stufen verwirklicht werden können.
Zur Optimierung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die
Aufweitungsoptik ein nach der Tangensbedingung korrigiertes, genau zweistufiges afokales
Linsensystem ist. Demgemäß wird also ein zweistufiges System aus dem technischen
Möglichkeitsbereich ausgewählt, das auch hier den Vorteil gegenüber anderen Lösungen
erbringt, nämlich daß aufgrund der kleineren Linsenzahl der Aufwand geringer gehalten
werden kann. Weiter werden auch Lichtverluste durch Streuungen und Reflexionen
vorteilhafterweise vermindert, ähnlich wie es vorhergehend schon bezüglich des
Relaissystems näher beschrieben wurde.
Für die Anordnung der Aufweitungsoptik hat es sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine erste Linse der Aufweitungsoptik im
Bereich von 10 mm bis 100 mm von dem Bildspiegel entfernt ist. Durch diesen
Größenbereich kann die Lage und Größe der Eintrittspupille, die Größe des
Projektionskopfes sowie auch eine Korrektur für unterschiedliche Ablenkpunkte zwischen
Bildspiegel und Zeilenspiegel ohne größeren Aufwand optimiert werden, vor allem weil dann
auf das oben genannte Relaissystem verzichtet werden kann.
Ein in gleicher Richtung zielender Vorteil ergibt sich ferner gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung, bei der die Eintrittspupille der Aufweitungsoptik in einem kleineren Abstand als 80
mm und insbesondere kleiner als 30 mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.
Ein großes, bisher nur mit hohem Aufwand lösbares Problem bei der Abbildung mit Zeilen-
und/oder Bildspiegeln ist das Auftreten von Geisterbildern, die beispielsweise dadurch
entstehen können, daß ein Polygonspiegel in der Regel in ein Gehäuse mit einer
Lichteintritts- und einer Lichtaustrittsöffnung eingebaut ist, wobei diese Öffnung mit einer
planparallelen transparenten Platte hermetisch abgeschlossen ist. Die von der planparallelen
Platte reflektierten Lichtbündel treffen wieder auf die Spiegelflächen des Polygonspiegels auf
und erscheinen bei der Bilderzeugung versetzt zum gewünschten Bild. Derartige
Geisterbilder könnte man in üblicher Weise durch Vergütung, also durch Aufbringen
geeigneter dielektrischer Schichten auf dieses Fenster, vermindern.
In der Praxis hat sich unerwarteterweise gezeigt, daß ein ganz anderer Ansatz wesentlich
vorteilhafter ist. Diesbezüglich ist eine bevorzugte Weiterbildung dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Lichtweg, welcher von dem Lichtbündel nach Reflexion vom Zeilenspiegel
durchlaufen wird, ein für Licht teilweise durchlässiger Körper vorgesehen ist, der in allen
durch das Rastern bedingten Punkten eine Neigung zur Drehachse des Zeilenspiegels
aufweist, die größer als 1° ist und insbesondere im Bereich 2° bis 10° liegt.
Unerwarteterweise ergab sich bei Versuchen auch, daß die Wirkung des Fensters auch bei
einer Linse erzielt wird. Die erste Linse, beispielsweise einer Relaisoptik zwischen
Zeilenspiegel und Bildspiegel oder eine Aufweitungsoptik gemäß DE 43 24 849 C2 ist
geeignet, dieses Geisterbild zu vermeiden, falls die Linsenkrümmung geeignet gewählt ist.
Aber selbst diese einfache Lösung wurde bisher nicht erkannt.
Da Polygonspiegel wegen der schnellen Umlaufgeschwindigkeit üblicherweise in einem
Gehäuse bei Unterdruck und/oder einer speziellen Gasfüllung, wie Helium, verwendet
werden, so daß ein Fenster zum Lichtein- und -auslaß vorgesehen sein muß, werden
Geisterbilder von diesen als Fenster verwendeten planparallelen Platten fast immer als
störender Effekt beobachtet. Insbesondere diesbezüglich ist bei einer bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der für Licht teilweise durchlässige Körper, das
Fenster, eine planparallele Platte ist, die insbesondere zum Abschluß eines Gehäuses gegen
die umgebende Atmosphäre für den Polygonspiegel vorgesehen ist.
Besonders einfach gestaltet sich die Vorrichtung, insbesondere der Projektionskopf, aber,
wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Ablenkeinrichtung für das
Lichtbündel, also hier der Zeilenspiegel und der Bildspiegel eine Kombination aus einem
Polygonspiegel und einem Kippspiegel ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Projektionssystems mit
Schrägprojektion;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Projektionskopfes zur
Veranschaulichung der Prinzipien, die gemäß der Erfindung und ihrer
Weiterbildungen zum Einsatz kommen;
Fig. 3 eine Darstellung eines in einem Gehäuse gekapselten Polygonspiegels aus
zwei Ansichten zur Erläuterung der Entstehung und Vermeidung von
Geisterbildern;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Polygonspiegels aus zwei Ansichten
zur Erläuterung verschiedener Winkel und Winkelbeziehungen;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit eines besonders günstig
gewählten Einfallswinkels ϑ eines Lichtbündels auf einer Spiegelfläche eines
Polygonspiegels in Abhängigkeit von der Neigung der Spiegelfläche ε in
Verbindung mit einem Schema zur Veranschaulichung der dargestellten
Winkel.
Bei der Projektion von Videobildern mit Hilfe von Lichtbündeln, insbesondere Laserstrahlen,
ist es besonders günstig, die Ablenkeinrichtungen für das Lichtbündel von der
Modulationseinrichtung und den Lasern abzukoppeln, weil dadurch ein leichter
Projektionskopf möglich ist, der unabhängig von schweren Teilen, wie Transformatoren,
Laserstrahlungsquellen und ähnlichem einfach zu installieren ist. Insbesondere kann dieser
Projektionskopf dann an der Decke eines Zimmers befestigt werden, so daß die Projektion
des Laserbildes nur wenig von eventuell herumlaufenden Zuschauern gestört wird. Dabei ist
auch die Lasersicherheit erhöht, weil damit die Wahrscheinlichkeit herabgesetzt ist, daß
zufällig ein Beobachter in den Bereich der Laserablenkung gerät, was beispielsweise dann
gefährlich sein könnte, wenn eine der Ablenkeinrichtungen ausfällt und die volle Leistung des
Lasers die Netzhaut des Auges eines Beobachters trifft.
Zur Befestigung, beispielsweise an der Decke oder dem Boden desjenigen Raumes, in dem
eine Laserprojektion von Videobildern geplant ist, ist dann der Projektionskopf auf einer
Grundplatte montiert, zu der alle Komponenten ausgerichtet sind, damit unabhängig vom
Installationsort und den Projektionsbedingungen immer ideale Winkelbedingungen möglich
sind. Wenn die Erfindung auch hier in einem Ausführungsbeispiel mit besonders günstigen
Ausgestaltungen des Projektionskopfes dargestellt ist, ist sie jedoch nicht auf einen
Projektionskopf beschränkt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sind auch auf
Vorrichtungen zur Laserprojektion übertragbar, bei denen der Projektionskopf mechanisch
optisch nicht von dem Laser abgetrennt ist.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer derartigen Projektionseinrichtung 50 gezeigt. In
einer Einrichtung 40, werden drei Lichtbündel in den Farben Rot, Grün und Blau von Lasern
34 erzeugt und anschließend mittels Modulatoren 35 bezüglich der Lichtintensität gesteuert.
Anschließend werden die drei Laserlichtbündel mit einer Einrichtung 36 zu einem einzigen
parallelen Strahl vereinigt und in eine Lichtleitfaser 4 eingekoppelt, die das Lichtbündel zu
einem Projektionskopf 60 transportiert, wonach es in diesem ausgekoppelt wird. Innerhalb
des Projektionskopfes 60 wird das ausgekoppelte Lichtbündel 5 in zwei orthogonalen
Richtungen gerastert, so daß auf dem Schirm 71 ein Bild, ähnlich wie bei dem bekannten
Projektionsverfahren mit Elektronenstrahlen auf dem Bildschirm einer Fernsehröhre entsteht.
Gemäß dem Beispiel von Fig. 1 wird bei Schrägprojektion gearbeitet, d. h. wenn sich das
Lichtbündel 5 im Zentrum des gerasterten Bildes befindet, in Hauptprojektionsrichtung 28,
trifft er unter zwei von 90° verschiedenen Winkeln Φ, χ, wie eingezeichnet, auf dem Schirm
71 auf. Das Bild ist dann nicht genau rechteckig, sondern im allgemeinsten Fall verzeichnet,
wie es in Fig. 1 durch das Rasterfeld 70 angedeutet ist. Die in diesem Rasterfeld 70 durch
unterbrochene Linien veranschaulichten Zeilen können dabei auch gekrümmt sein, wie
später noch ausführlicher diskutiert wird.
Das so entstehende verzeichnete Bild kann man im allgemeinen durch eine Elektronik 33
korrigieren, die dafür sorgt, daß der Laserstrahl 5 so moduliert wird, wie es dem jeweils
beleuchteten Auftreffort auf dem rechteckigen Schirm zukommt. Außerhalb des durch den
Schirm 71 gegebenen Bildbereiches wird der Laserstrahl 5 dann dunkel getastet.
Der Projektionskopf 60 ist, wie schematisch angedeutet aus einem Polygonspiegel 12, einem
Kippspiegel 16 und einer Aufweitungsoptik 37 aufgebaut. Der Polygonspiegel 12 dient dabei
zum Zeilenrastern, der Kippspiegel 16 dagegen zum Rastern senkrecht zur Zeilenrichtung,
der Bildrichtung.
Dieser Polygonspiegel 12 weist mehrere Spiegelflächen 14 auf. Bei einer schnellen
Umdrehung des Polygonspiegels um die Drehachse 24 fällt das Licht auf jede vorbeilaufende
Spiegelfläche 14 zeitabhängig mit unterschiedlichen Winkeln auf und wird so gerastert.
Derartige Ablenkungen können so schnell durchgeführt werden, daß damit die Zeilen eines
Videobildes gemäß jeder bekannten Videonorm abbildbar sind.
Für das Zeilenrastern werden zum Erreichen großer Bildpunktdichten und der dadurch
erforderlichen hohen Geschwindigkeit üblicherweise Polygonspiegel 12 eingesetzt. Es ist
aber bei geringeren Anforderungen für diesen Spiegel auch möglich, Kippspiegel
einzusetzen. Bei Verringerung der Trägheit, beispielsweise durch Verkleinerung dieser
Kippspiegel erwartet man ebenfalls eine Erhöhung der Geschwindigkeit, so daß allgemein
ein Zeilenspiegel gemeint ist, der durch Drehung um eine Drehachse ein Zeilenrastern
erlaubt, wenn auch in den folgenden Beispielen im wesentlichen nur Polygonspiegel gezeigt
sind.
Die Aufweitungsoptik ist ein im wesentlichen afokales Linsensystem, das gemäß der
Tangensbedingung korrigiert ist. Solche Linsensysteme eignen sich besonders zur
Aufweitung des durch den Polygonspiegel 12 und Kippspiegel 16 gerasterten
Winkelbereichs, da sie eine verzerrungsfreie und farbunabhängige Aufweitung des
Winkelbereichs zulassen. Der Tangens des Ausgangswinkels steht dabei mit dem Tangens
des Einfallswinkel in konstantem Verhältnis.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein Projektionskopf gezeigt, bei dem sich die gesamte
Ablenkeinrichtung in einem Gehäuse 2 befindet. Dabei wird das gemäß einer
Videoinformation intensitätsmodulierte Licht, wie beschrieben, über einen Lichtleiter 4
eingekoppelt, mit einer Linse 6 parallelisiert und über zwei Spiegel 8 und 10 auf einen
Polygonspiegel 12 zur Zeilenablenkung gerichtet.
Zur Bildablenkung des Videobildes ist ein Kippspiegel 16 mit einer Drehachse senkrecht zur
Drehachse 24 des Polygonspiegels 12 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind
allerdings die Winkelstellung des Kippspiegels 16 und des Polygonspiegels 12 so
ausgerichtet, daß das Videobild senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 2 projiziert wird. In
dieser Richtung befindet sich auch die Aufweitungsoptik 37, mit der das mit den Spiegeln 12
und 16 erreichbare Videobild noch vergrößert wird.
Der Projektionskopf gemäß Fig. 2 weist noch eine Besonderheit auf, denn er ist mittels
eines Lagers 21 um eine Achse 18 rotierbar angeordnet. Zum Antrieb ist ein nicht gezeigter
Motor vorgesehen. Aufgrund der Rotation werden für Show- und Marketinganwendungen
ganz neue Möglichkeiten erschlossen, bei denen ein Videobild zeitweise in andere
Richtungen projiziert werden soll.
Um diese Rotation zu ermöglichen, wird das Lichtbündel auf der Achse 18 und auch in
gleicher Richtung zu dieser eingekoppelt. Um trotzdem einen schrägen Einfall auf den
Polygonspiegel zu erreichen, der sich als besonders günstig herausgestellt hat, ist die schon
erläuterte Umlenkung des Lichtbündels mit Hilfe der Spiegel 8 und 10 vorgesehen. Diese
Spiegel sorgen dafür, daß das Lichtbündel unter einem Winkel αe auf die Spiegelflächen 14
des Polygonspiegels 12 einfallen kann. Dieser Winkel αe steht mit anderen Winkeln in
Beziehung, wie nachfolgend anhand von Fig. 4 noch eingehender erläutert wird. Zur
praktischen Verwirklichung der optischen Anordnung für die Rotation wird in den Einzelheiten
ausdrücklich auf die Darstellung in Fig. 2 verwiesen.
Vorerst soll jedoch noch auf eine weitere Besonderheit eingegangen werden, die
insbesondere aus Fig. 3, die einen Polygonspiegel in zwei Ansichten zeigt, deutlicher wird.
Ein Polygonspiegel 12 ist nämlich üblicherweise in einem Gehäuse 13 gekapselt, damit er bei
Unterdruck und/oder in einer Heliumatmosphäre betrieben werden kann, um die hohen
erforderlichen Drehzahlen überhaupt zu ermöglichen. Deswegen ist üblicherweise ein
Glaskörper 20 zum Abschließen des Gehäuses 13 vorgesehen.
Wenn das im folgenden beschriebene Phänomen und dessen Abhilfe auch anhand dieses
Glaskörpers 20 näher erläutert wird, so gilt dasselbe jedoch auch für alle anderen Glaskörper
20' im Lichtweg, so daß die Beschreibung anhand des Glaskörpers 20 nur beispielhaft
verstanden werden sollte.
Beispielsweise können auch die Linsen einer nachfolgenden Aufweitungsoptik einen
ähnlichen Effekt hervorrufen. Insbesondere könnte auch der Polygonspiegel 12 zusammen
mit dem Kippspiegel 16 in einem gemeinsamen Gehäuse unter Unterdruck arbeiten, wobei
dann beispielsweise das Fenster auch hinter dem Kippspiegel 16 angeordnet sein könnte.
Jeder Körper aus durchsichtigem Material hat keine hundertprozentige Transmission. Das
bedeutet, daß immer ein Teil des durchgehenden Lichtes zurückreflektiert wird. Je nach
Stellung der Spiegel 16 oder 14 wird dieses Teillicht von den Spiegeln noch mal reflektiert
und kann im Bildfeld des zu erzeugenden Videobildes ein verschobenes "Geisterbild"
erzeugen. Man könnte dieses Problem dadurch mindern, daß alle Glaskörper 20 im
Lichtweg besonders hoch vergütet werden, um Rückreflexionen zu verringern. Bei dem
Projektionskopf von Fig. 2 wurde jedoch ein anderer Weg gewählt. Wie in Fig. 3 unten zu
sehen ist, wurde der Glaskörper 20 unter einem Winkel ξ zum einfallenden Lichtbündel
angeordnet. Der Winkel ξ ist so groß gewählt, daß eventuelles vom Glaskörper
zurückgeworfenes Licht in Gebiete reflektiert wird, die beim Ablenken von den Spiegeln 14
und 16 nicht erfaßt werden.
Bei dem von der ersten Linse der Aufweitungsoptik zurückgeworfenen Licht ist die
Krümmung der ersten Linse ferner so gewählt, daß reflektiertes Licht nicht erneut auf die
Spiegel 14 und 16 trifft. Der Winkel ξ ist so groß gewählt, daß das vom Polygonspiegel
mehrfach reflektierte Licht durch den Bildspiegel 16 nicht erfaßt wird. Die Krümmung oder
Schrägstellung muß dazu nicht besonders groß sein, denn es hat sich gezeigt, daß bei den
Abmessungen, wie sie einleitend schon angegeben wurden, um eine Polygonspiegel
möglichst optimal auszulegen, schon Winkel ξ von 1° ausreichend sind. Eine gleiche Wirkung
wird bei Schrägstellung um den Winkel ψ erreicht.
Um möglichst geringe Lichtverluste aufgrund von Linsen in der Aufweitungsoptik
sicherzustellen und auch um die Kompaktheit des Projektionskopfes gemäß Fig. 2 zu
erhöhen, wurde nur ein zweistufiges afokales Linsensystem vorgesehen. Es hat sich nun
unerwarteterweise gezeigt, daß sich bei Optimierung für die erste Linse selbst dann immer
ein geeigneter Winkel aufgrund deren Krümmung einhalten läßt, bei dem von der ersten
Linse zurückgeworfenes Licht in Raumbereiche reflektiert wird, in denen es von den
ablenkenden Spiegeln 12 und 16 nicht mehr erfaßt wird.
In Fig. 3 sind noch weitere Winkel angegeben. Der dargestellte Winkel β ist der maximalen
Zeilenablenkwinkel des Lichtbündels, der durch die jeweiligen aktive Spiegelfläche 14 bewirkt
wird. Senkrecht dazu ist ein maximaler Ablenkwinkel γ für die Bildablenkung gegeben, der
ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Außerdem ist in Fig. 3 ein Versatz V zu sehen. Dieser Versatz V kennzeichnet den Abstand
der Drehachse zu der Projektionsrichtung des Polygonspiegels 12 und wird mit dem Radius r
des Polygonspiegels (siehe Fig. 3) als r.sin (αe/2) bemessen.
Das Vorsehen eines Versatzes V ist zunächst nicht einzusehen. Er hat aber Vorteile
bezüglich der optimalen Rastergeometrie und der Wahl der Winkel. Wenn nämlich der
Projektionskopf einen Zeilenspiegel 12 und einen Bildspiegel 16 aufweist, deren Drehachsen
orthogonal sind und wobei die rasternde Ablenkung des Lichtbündels 5 mit einem
Durchmesser P in einer Zeilenrichtung um einen Winkel β und in einer Bildrichtung um einen
Winkel γ erfolgt und daher die schon erwähnte Hauptprojektionsachse 28 durch die Winkel
β/2 und γ/2 bestimmt ist, sowie ein Winkel δ, der später noch eingehender beschrieben wird,
ergeben sich besonders günstige Rasterbedingungen, wenn das Lichtbündel 5 mit Winkeln ϑ
und αe bezogen auf die Flächennormale 23 der Spiegelfläche 14 einfällt, wobei eine in
Richtung der Flächennormalen weisende und vom Zentrum der Spiegelfläche 14
ausgehende Gerade einen Schnittpunkt mit einer Geraden durch die Drehachse 24 und in
deren Richtung bildet.
Wie von dem aus der Mathematik bekannten Begriff der windschiefen Geraden bekannt ist,
haben Geraden im Raum allgemein keinen Schnittpunkt. Um diesen gewünschten
Schnittpunkt zu verwirklichen, ist der genannte Versatz V vorgesehen, der sich aufgrund der
dargestellten Voraussetzungen für verschiedenste geometrische Bedingungen mit üblicher
Vektorrechnung bestimmen läßt. Insbesondere sind zum Verständnis der geometrischen
Beziehungen auch die Fig. 2 und 3 hilfreich.
Weitere Winkel und Größen sind in Fig. 3 angegeben, auf die für eine
Projektionskopfauslegung zur Erläuterung der verschiedenen optimalen Bedingungen
ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere ist hier auch der Glaskörper 20 gezeigt,
der sich zwischen Polygonspiegel 12 und Kippspiegel 16 befindet. Wie vorher schon
angedeutet wurde, kann ein derartiger Glaskörper 20 auch zwischen dem Kippspiegel 16 und
einem Bildschirm 22 vorgesehen sein, wie durch den Glaskörper 20' verdeutlicht ist. Jedoch
gilt auch dafür, daß die Neigung ξ' so gewählt werden sollte, daß reflektiertes Licht nicht auf
den Kippspiegel 16 und den Polygonspiegel 12 zurückfällt.
Insbesondere hat es sich aber als besonders günstig herausgestellt, wenn der Körper 20
oder der Körper 20' senkrecht zur Ablenkrichtung des Polygonspiegels geneigt wird, da
erfahrungsgemäß eine wesentlich geringere Neigung in dieser Richtung erforderlich ist, um
Geisterbilder zu vermeiden. Dabei wurde auch beobachtet, daß kleine Winkel unter 10° völlig
ausreichend sind. Insbesondere sollte der Neigungswinkel der Oberflächen der Körper 20
bzw. 20' zur Projektionsrichtung größer als 1° sein und zwischen 2° und 10° liegen.
Mit derartigen kleinen Winkeln läßt sich das vorher genannte Geisterbild effektiv
unterdrücken oder sogar beseitigen. Der Winkel ist aber auch klein genug, damit die
unterschiedliche Brechung in dem Glaskörper 20 oder 20' aufgrund der Dispersion üblicher
Materialien keine unerwünschte Farbtrennung erzeugt.
Die folgenden Angaben beziehen sich auf eine Optimierung eines Projektionskopfes bei
einem Lichtbündel mit einem Durchmesser d in einer Größenordnung von 1 bis 10 mm bei
einer Bildschirmdiagonalen von größer als 1 m für HDTV oder PAL. Damit ist berücksichtigt,
daß alle optischen Bauteile einen Raumbedarf haben, der nicht optisch wirksam ist, wie
beispielsweise Fasen, Fassungen, Gehäuse, Meß-, Steuer- und Antriebseinrichtungen usw.
Der Durchmesser d des Lichtbündels ist dabei wesentlich durch die geometrische Auflösung
sowie dem Abstand Projektor/Projektionsfläche bestimmt und bietet damit eine wesentliche
Grundlage für die geometrische Dimensionierung aller optischen Baugruppen. Insbesondere
ergibt sich damit und der eingesetzten Videonorm auch der minimal einzuhaltende
Zeilenablenkwinkel β und der Bildablenkwinkel γ. Diesbezüglich haben sich bei dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 2 aufgrund mit praktischer Überlegungen die folgenden
Größen als Anhaltspunkte für die Dimensionierung als besonders geeignet erwiesen:
Der Radius des Polygonspiegels r sollte um die 20 mm betragen, der Abstand d von der Drehachse 24 des Polygonspiegels sollte 40 mm betragen und der schon vorher erwähnte Versatz V sollte in dem Bereich von 0 bis 10 mm liegen. Insbesondere wurde im Ausführungsbeispiel ein Versatz V von 5 mm verwendet.
Der Radius des Polygonspiegels r sollte um die 20 mm betragen, der Abstand d von der Drehachse 24 des Polygonspiegels sollte 40 mm betragen und der schon vorher erwähnte Versatz V sollte in dem Bereich von 0 bis 10 mm liegen. Insbesondere wurde im Ausführungsbeispiel ein Versatz V von 5 mm verwendet.
Der Winkel αe sollte in der Größenordnung des Winkels β liegen, um höchste Kompaktheit zu
ermöglichen. Mit der zusätzlichen Forderung, die aus Fig. 3 ablesbar ist, daß αe größer als
β/2 ist, erreicht man bei dem beispielhaft gezeigten Polygonspiegel 12 gemäß dem
Ausführungsbeispiel optimale Werte für αe = 30° und β = 26°. Dadurch ergibt sich für den
Bildablenkwinkel aufgrund der darzustellenden Fernsehnorm mit dem Seitenverhältnis 3 : 4 für
das Ausführungsbeispiel ein Winkel γ von 20°. Der Winkel δ gemäß Fig. 4, der dort aus
Gründen der Allgemeinheit von einem rechten Winkel abweicht, hat sich allerdings bei δ = 90°
bezüglich des Raumbedarfs als besonders vorteilhaft herausgestellt. Weiter ist in Fig. 4 ein
Punkt 26 zu sehen, der die Drehachse des Bildspiegels 10 bezeichnet.
Die in Fig. 4 gezeigten Größen s, t und w bezeichnen den Abstand der Drehachse des
Bildspiegels 16 zu seiner reflektierenden Fläche in den gezeigten Richtungen.
Zur Auslegung eines Projektionskopfes, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, sollten
die folgenden Beziehungen berücksichtigt werden bzw. die folgenden Größen als
Anhaltspunkt zu der Dimensionierung dienen:
- 1. Die Drehachse des Polygonspiegels 12 sollte um einen Versatz V = r.sin (αe/2) und mit einem Abstand d < r gegenüber dem Schnittpunkt der Hauptreflexionsachse mit der Ebene der in den Zeilenspiegel einfallenden und ausfallenden Lichtstrahls verschoben sein.
- 2. Wenn die Ebene des in dem Bildspiegel einfallenden Lichtstrahls unter einem Winkel δ zur Hauptprojektionsachse steht und der ausfallende Lichtstrahl den Bildspiegel unter einem Bildablenkwinkel γ und dem Zeilenablenkwinkel β symmetrisch zur Hauptprojektionsachse verläßt, ist die Drehachse des Bildspiegels in einem Abstand w = s.sin (δ/2) von der Hauptprojektionsachse entfernt und um einen Abstand t = s.sin (δ/2) von der Ebene des aus dem Zeilenspiegel ausfallenden Lichtstrahls parallel verschoben.
Der Winkel δ sollte im optimalen Fall 90° sein. Insbesondere hat sich diesbezüglich 90° ±
10° als besonders vorteilhaft für die Kompaktheit eines Projektionskopfes herausgestellt.
Dies gilt insbesondere für eine Anordnung der Ablenkeinrichtung als Kombination aus
Polygonspiegel und Kippspiegel. Auf jeden Fall sollte der Winkel δ größer als 90°-γ/2 sein,
damit Abschattungen des Bildes vermieden werden. Er sollte auch nicht größer als 120°
sein, da die Reflexionsverhältnisse für das Lichtbündel dann ungünstiger sind.
Der Abstand d zwischen der Achse des Zeilenspiegels zur Projektionsachse sollte ferner der
Bedingung d-r < 4 cm genügen. Bei solchen Abständen ist es möglich, auf eine Relaisoptik
zu verzichten, mit welcher der Ablenkpunkt des Polygonspiegels 12 mit dem Ablenkpunkt
des Bildes des Spiegels 16 zur Deckung gebracht wird.
Die unterschiedlichen Ablenkpunkte der beiden Spiegel berühren die Auslegung einer
nachfolgenden Aufweitungsoptik nur wenig. Aufgrund des vorgesehenen geringen Abstand
können daher zusätzlich optische Elemente, wie die genannte Relais-Optik, eingespart
werden, wodurch unnötige Lichtverluste vermieden werden. Bezüglich dieser Auslegung
sollte auch die erste Linse der Aufweitungsoptik im Bereich von 10 mm bis 100 mm hinter
dem Bildspiegel liegen, wobei sich die reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 12 und
des Bildspiegels 16 in der Eintrittspupille der Aufweitungsoptik befinden und die optische
Achse der Aufweitungsoptik mit der Hauptprojektionsachse identisch ist.
Sowohl für die Kompaktheit als auch für die optischen Abbildungsfähigkeit hat es sich
diesbezüglich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Eintrittspupille der
Aufweitungsoptik mit einem Abstand von weniger als 80 mm und insbesondere weniger als
30 mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.
In Fig. 4 ist noch ein Winkel ε eingezeichnet, der sich auf eine andere
Spiegelflächenneigung einer mit unterbrochener Linie angedeuteten Spiegelfläche 14'
bezieht. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wurde nämlich ein Winkel ε von 90° verwendet,
weil bei allen anderen Winkeln beobachtet wurde, daß dann die Zeilen nur gekrümmt
darstellbar sind. Unerwarteterweise hat sich jedoch gezeigt, daß auch andere Winkel ε
möglich sind, wenn man berücksichtigt, daß Zeilenkrümmungen in der Größenordnung von 3%
vom Auge kaum wahrgenommen werden. Dies reicht für die Darstellung eines Videobildes
völlig aus, erbringt allerdings für CAD Anwendungen nicht die erforderliche Genauigkeit,
wenn man nicht das Bild vor der Darstellung so verzerrt, daß es aufgrund des von 90°
verschiedenen Spiegelflächenwinkels ε wieder entzerrt wird.
Auf den dafür erforderlichen Steuer- und Regelaufwand kann man allerdings verzichten,
wenn der Einfallswinkel ϑ des Lichtbündels auf die Spiegelfläche geeignet gewählt ist.
Dieses wird im Einzelnen anhand von Fig. 5 erläutert, bei der im rechten Teil eine
schematische Darstellung in zwei Ansichten gezeigt ist, um den Winkel 9 besser zu
verdeutlichen. Dabei wurde auch der gleiche Winkel ε wie in der Fig. 4 als Winkel zwischen
Spiegelflächennormalen 23 und Drehachse eingezeichnet. Im oberen Teil ist die
Abhängigkeit des Winkels ε von diesem Einfallswinkel ϑ bei optimaler Wahl als Kurve 32
gezeigt. Die Abweichung von der Kurve 32 bestimmenden Punkte 30 ist durch die
angegebene Voraussetzung einer zugelassenen Krümmung von 3% gegeben. Der
Toleranzbereich ist etwa so groß, wie dies durch die Punktdicke dargestellt ist.
Die eingezeichnete Kurve 32 wurde mit Hilfe einer Kurvenanpassung gewonnen. Die Kurve
läßt sich formelmäßig beschreiben durch
ϑ = ± √22,5°.ε' + 45° ± 4°
mit
ε' = ε ± 4°.
Unter Verwendung dieser Gleichung läßt sich der Einfallswinkel ϑ, wie in der Fig. 5 gezeigt
ist, für jedes ε so bestimmen, daß der Aufwand für eine Entzerrung der dargestellten Bilder
mittels Speichern und Recheneinheiten, wie sie schematisch mit dem Bezugszeichen 33 in
Fig. 1 dargestellt ist, verringert wird. Insbesondere bezüglich der Recheneinheit ist
auszuführen, daß diese bei großen Korrekturen sehr aufwendig werden kann, da die
üblichen Rechenzeiten zum Entzerren bei mehreren Megahertz Videofrequenz nicht
ausreichen, so daß man für eine exakte Bilddarstellung ohne eine derartige Optimierung bei
anderen Winkeln nicht umhin kommen würde, komplexe Transputersysteme einzusetzen.
Die oben näher angegebenen Optimierungen für einen Videoprojektionskopf können unter
anderen Bedingungen natürlich auch verändert werden. So läßt sich beispielsweise ein
Kippspiegel statt des angegebenen Polygonspiegels 12 einsetzen. Weiter könnte auch für
eine der beiden Ablenkeinrichtungen, Bildspiegel oder Polygonspiegel, ein akusto-optischer
Modulator eingesetzt werden. Dabei sind zwar die üblichen Ablenkwinkel γ und β kleiner, was
jedoch durch eine geeignete Aufweitungsoptik ausgeglichen werden könnte. Die
angegebenen Werte sind aber im wesentlichen unabhängig von derartigen Änderungen und
es wird dem Fachmann leicht sein, die Angaben beim Ersetzen einzelner Komponenten
durch deren alternative Ausführungsformen entsprechend zu modifizieren.
Claims (13)
1. Vorrichtung, insbesondere ausgebildet als Projektionskopf (60), die für die Projektion eines
Videobildes einen Zeilenspiegel (12) mit mindestens einer Spiegelfläche (14) zur Ablenkung
eines Lichtbündels in Zeilenrichtung des Videobildes und einen Bildspiegel (16) zur
Ablenkung in Bildrichtung aufweist, wobei die Flächennormale (23) der mindestens einen
Spiegelfläche (14) unter einem Winkel e zur Drehachse (33) des Zeilenspiegels (14) geneigt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel bei derjenigen Stellung des Zeilenspiegels
(12), bei der es in das Zentrum des Videobildes, in Hauptprojektionsrichtung (28), gerichtet
ist, unter dem Winkel
ϑ = ± √22,5°.ε' + 45° ± 4°
mit
ε' = ε ± 4°
zur Flächennormalen (23) auf die Spiegelfläche (14) einfällt.
ϑ = ± √22,5°.ε' + 45° ± 4°
mit
ε' = ε ± 4°
zur Flächennormalen (23) auf die Spiegelfläche (14) einfällt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ε einen Wert von
90° hat und ϑ = 0° gewählt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der
Vorrichtung mittels einer Grundplatte, mit der dieser Teil oder die Vorrichtung selbst auf
einem Boden oder an einer Decke befestigbar ist, versehen, daß die Drehachse (24) des
Zeilenspiegels (12) für eine Schrägprojektion unter einem Winkel zu dieser Grundplatte
angeordnet und daß eine Einrichtung (33) zur Intensitäts- und Farbmodulation des jeweiligen
beleuchteten Bildpunktes vorgesehen ist, wobei bei dieser Modulation auch
Trapezverzerrungen für den durch den zur Schrägprojektion gegebenen Projektionswinkel
berücksichtigt und korrigiert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der
Drehachse (24) zur Grundplatte gleich dem Winkel der Schrägprojektion zwischen
Hauptprojektionsstrahl (28) und der Normalen auf eine Projektionsfläche ± 10° ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur
Intensitäts- und Farbmodulation räumlich von dem mindestens einen Teil der Vorrichtung
getrennt ist und zwischen der Einrichtung und dem einen Teil der Vorrichtung eine
Lichtleitfaserkopplung (4) zur Übertragung des danach vom Zeilenspiegel (12)
abzulenkenden Lichtbündels vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Zeilenspiegel (12) in einem Abstand von kleiner als 4 cm in Fortpflanzungsrichtung des
Lichtbündels ein Bildspiegel (16) und diesem wiederum eine Aufweitungsoptik (37)
nachgeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitungsoptik (37) ein
nach der Tangensbedingung korrigiertes zweistufiges afokales Linsensystem ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Linse der
Aufweitungsoptik (37) im Bereich von 10 mm bis 100 mm von dem Bildspiegel (16) entfernt
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Eintrittspupille der Aufweitungsoptik (37) in einem kleineren Abstand als 80 mm und
insbesondere kleiner 30 mm vor dem ersten Linsenscheitel liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Lichtweg, welcher von dem Lichtbündel nach Reflexion vom Zeilenspiegel (12) durchlaufen
wird, ein für Licht teilweise durchlässiger Körper (20, 20') vorgesehen ist, der in allen durch
das Rastern bedingten, ein Geisterbild verursachenden Punkten eine Neigung (ξ, ξ', ψ, ψ')
zur Drehachse (24) des Zeilenspiegels (12) und/oder zur Drehachse eines Bildspiegels (16)
aufweist, die größer als 1° ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung (ξ, ψ) im
Bereich von 2° bis 10° liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der für Licht
teildurchlässige Körper (20, 20') eine planparallele Platte ist, die insbesondere zum Abschluß
eines Gehäuses (13) für einen Polygonspiegel als Zeilenspiegel (12) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
Zeilenspiegel (12) und Bildspiegel (16) eine Kombination aus Polygonspiegel und Kippspiegel
ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: SCHNEIDER LASER TECHNOLOGIES AKTIENGESELLSCHAFT, 0 |
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