DE60124566T2

DE60124566T2 - Volumetrische bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60124566T2
Application number: DE60124566T
Authority: DE
Inventors: K. Rick Goffstown DORVAL; Michael Belmont THOMAS; Jane Needham BAREAU
Original assignee: Actuality Systems Inc
Current assignee: Actuality Systems Inc
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: AU2001287094A1; JP2004508779A; US20020070943A1; WO2002021851A3; US20020105518A1; ATE345650T1; WO2002021851A2; AU8709801A; WO2002021489A3; EP1316225A2; US6554430B2; DE60124566D1; WO2002021489A2; WO2002021489A9; TW581977B; US20020067467A1; US6888545B2; US6873335B2; EP1316225B1; KR20030048028A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft dreidimensionale Anzeigen, und spezieller volumetrische dreidimensionale Anzeigen.
Hintergrund
Volumetrische Anzeigen sind eine Klasse einer dreidimensionalen Anzeigentechnologie, die volumenfüllende Darstellungen erzeugt. Typischerweise sind volumetrische Anzeigen autosterioskopisch; sie erzeugen also Bilder, die dreidimensional erscheinen, ohne Verwendung zusätzlicher Sehhilfen.
Einige volumetrische Anzeigen erzeugen dreidimensionale Bilder durch Verwendung eines Raum-Zeit-Multiplexens beim Aussenden oder Streuen von Licht von einem Bereich von Orten innerhalb eines Bildvolumens aus. Mit anderen Worten, eine kleine Anzahl an lichterzeugenden Vorrichtungen (beispielsweise Laser, Projektorpixel, etc.) laufen mit einer höheren Frequenz als die gesamte volumetrische Auffrischrate, und das Licht wird auf eine rotierende Fläche abgebildet. Das Verharren der Vision integriert die Bildschnitte, die bei unterschiedlichen Raum-Zeit-Orten des Volumens durch die rotierende Fläche gebildet werden, und der Betrachter nimmt ein volumengefülltes dreidimensionales Bild wahr.
Das Konzept einer volumetrischen Anzeige, bei der eine dreidimensionale Bildgebung durch visuelle Integration einer Serie von Bildern erhalten wird, die auf einen rotierenden Schirm projiziert werden, gibt es seit mindestens 1950. 1958 reichte Max Hirsch eine Patentanmeldung für ein „Genereskop" ein, wobei ein Bild, das auf der Fläche einer Kathodenstrahlröhre (CRT) gebildet wird, durch eine periskopähnliche Anordnung weiter gegeben wird, die Bilder auf einen Rückprojektionsschirm abbildet. In dem Genereskop rotieren die CRT, Spiegel und der Schirm in Übereinstimmung. Die Anordnung von rotierenden Relaisspiegeln hält die optische Projektionspfadlänge invariant bezüglich des Projektionsschirmwinkels. Hierfür erhielt Hirsch das US Patent 2,967,905 im Jahre 1961.
1960 Aviation Week ein Artikel mit dem Titel „New Display Gives Realistic 3-D Effect" (Seiten 66-77, Oktober 31, 1960) beschreibt eine 3-D Anzeige, die entwickelt wurde von ITT Laboratories. Sie ist ähnlich zu der Anzeige, die durch Hirsch gelehrt wurde, in Bezug darauf, dass eine Sequenz von 2-D Bildern, die auf der Oberfläche einer CRT gebildet werden, an einen rotierenden Projektionsschirm weitergegeben werden durch eine Anordnung von Spiegeln, die mit dem Projektionsschirm rotieren, wodurch die optische Projektionspfadlänge invariant gehalten wird bezüglich des Projektionsschirmwinkels. Die ITT Anzeige verwendet jedoch eine stationäre CRT und optische Front-End-Komponenten. Eine Konsequenz ihrer Architektur liegt darin, dass das Bild der CRT in der Ebene des Projektionsschirms rotiert, wenn der Projektionsschirm rotiert.
Andere volumetrische Anzeigen, die ähnliche radial erstreckende Relaisoptiken verwenden, enthalten volumetrische Anzeigen, die beschrieben werden durch Batchko (US Patent 5,148,310) und Tsao et al. (US Patente 5,754,147 und 5,954,414). Batchko beschreibt eine volumetrische Anzeige, bei der ein rotierender Schirm beleuchtet wird durch eine fixierte, vektorgescannte Laserbeleuchtungsquelle. Tsao und Mitarbeiter verwenden ein k-Spiegelsystem, welches mit der halben Winkelfrequenz des Schirms rotiert, um zu verhindern, dass das Bild des Projektors in der Ebene des Projektionsschirms rotiert.
Die US 5,537,251 beschreibt eine Bilderzeugungsvorrichtung, die aus 3 Kathodenstrahlröhren (CRTs) besteht zum Erzeugen von drei unterschiedlich farbigen Bildern, ein rotes, ein blaues und ein grünes Bild des zu projizierenden Bilds. Zwei gekreuzte dichromatische Spiegel kombinieren die drei Bilder zu einem synthesierten Bild und geben das synthesierte Bild weiter in eine statische kreisförmige Projektionslinse, deren Achse konzentrisch zu der Rotationsachse ist. Die Projektionslinse projiziert das Bild auf einen rotierenden Spiegel, der das Bild weitergibt an einen rotierenden Schirm in einer stationären Haube.
Die US 4,983,031 erzeugt das Bild durch Rotieren einer Lichtquelle in einem Reflektor und durch Senden des reflektierten Lichts durch ein zweidimensionales Datenspeicherformat an eine Serie von Linearscannern und zeigt das Bild über eine hohle Welle und Projektionsoptiken auf einem Schirm an, der synchron mit dem Reflektor rotiert.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Erzeugen von dreidimensionalen volumengefüllten Bildern. Ein volumetrisches Anzeigesystem erzeugt ein Volumenbild, das durch Projizieren einer Serie von zweidimensionalen Bildern auf einen sich schnell drehenden Projektionsschirm. Die Wahrnehmung des menschlichen visuellen Systems integriert diese zweidimensionalen Bildschnitte in ein dreidimensionales volumengefülltes Bild.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein volumetrisches Anzeigensystem gemäß Anspruch 1. Ausführungsbeispiele des Anzeigensystems können irgendein Merkmal von den folgenden Merkmalen enthalten.
Das Anzeigesystem enthält ferner eine Projektionslinse, die auf der Rotationsachse angeordnet ist.
In einigen Ausführungsbeispielen hat die Projektionslinse eine Linsenachse, und die Linsenachse und die Rotationsachse definieren einen Winkel von nicht mehr als ungefähr 10°. Darüber hinaus kann der Winkel zwischen ungefähr 4,9 ° und 5,0 ° liegen. Die Projektionslinse kann eine Triplet-Linse sein.
Das Anzeigensystem enthält ferner den Projektionsschirm, der eine Ebene definiert, die positioniert ist auf der Trägerstruktur, so dass die Rotationsachse in der Ebene liegt, die durch den Schirm definiert wird.
Das System kann weiter einen ersten und einen zweiten Spiegel enthalten, die auf die Trägerstruktur platziert sind. Während des Betriebs dreht der Motor den ersten und den zweiten Spiegel um die Rotationsachse. Der erste Spiegel empfängt den Lichtstrahl von der Projektionslinse und richtet den Lichtstrahl auf den zweiten Spiegel, der zweite Spiegel richtet den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm.
Das System kann zusätzlich einen dritten Spiegel enthalten, der auf der Trägerstruktur platziert ist. Während des Betriebs dreht der Motor auch den dritten Spiegel um die Rotationsachse, und der dritte Spiegel empfängt das Licht von dem zweiten Spiegel und richtet den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Trägerstruktur eine Plattform mit einem Loch sein, und die Projektionslinse kann innerhalb des Lochs montiert sein.
Das optische Relais enthält ferner eine Relay Linse und eine Feldlinse. Während des Betriebs empfängt die Relay Linse den Lichtstrahl von einer Lichtquelle und gibt den Lichtstrahl weiter an die Feldlinse, und die Feldlinse gibt den Lichtstrahl an die Projektionslinse.
Im Allgemeinen, gemäß einem anderen Aspekt, enthält die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von volumengefüllten Bildern gemäß Anspruch 9.
Ausführungsbeispiele des Verfahrens können irgendein Merkmal von den folgenden Merkmalen enthalten.
Das Verfahren enthält ferner ein Anordnen der Projektionslinse derart, dass die Linsenachse einen Winkel mit der Rotationsachse definiert, wobei der Winkel nicht größer als ungefähr 10° ist.
Das Verfahren enthält auch ein Drehen eines ersten und eines zweiten Spiegels um die Rotationsachse. Darüber hinaus kann die Projektionslinse den Lichtstahl auf den ersten Spiegel projizieren, der erste Spiegel kann den Lichtstrahl auf den zweiten Spiegel richten und der zweite Spiegel kann den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm richten.
Einige Ausführungsbeispiele können ein Drehen eines dritten Spiegels um die Rotationsachse enthalten. Der dritte Spiegel kann den Lichtstrahl von dem zweiten Spiegel empfangen und den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm richten.
Das Verfahren enthält ferner ein Richten des Lichtstahls von der Lichtquelle auf die Projektionslinse unter Verwendung eines optischen Relais. Darüber hinaus kann das optische Relais einen Spiegel enthalten, und das Verfahren kann ein Einstellen des Spiegels auf das Zentrum des Lichtstahls auf dem Projektionsschirm enthalten.
Die Einzelheiten von einem oder von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch die Beschreibung und die Zeichnungen und von den Ansprüchen offensichtlich.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer volumetrischen Anzeige.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht der Front-End-Optik und einen Teil der Projektionsmaschine
2B zeigt eine Ansicht von oben nach unten der Front-End-Optik und einen Teil der Projektionsmaschine.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Back-End-Optik und des Motors.
4 zeigt eine Seitenansicht der Projektionslinse.
5 zeigt eine Ansicht des ungefalteten optischen Pfads eines Projektionssystems.
Ähnliche Bezugszeichen werden in den verschiedenen Ansichten für die gleichen Elemente verwendet.
Detaillierte Beschreibung
Dreidimensionale volumetrische Anzeigen, die die Erfindung verkörpern, enthalten ein Projektionssystem, das zwei fundamentale Teile hat: einen Front-End-Teil, der das Bild liefert und weitergibt, und einen Back-End-Teil, de das Bild an den Betrachter liefert. Das Front-End-Teil ist stationär, unterhalb des Betrachtungsvolumens und außerhalb der Sicht des Betrachters montiert. Es empfängt und verarbeitet Daten und Anweisungen von einem Computer, und es erzeugt das Bild. Der Computer ist auch eine Benutzerschnittstelle. Das Back-End-Teil ist auf einer Plattform montiert oder an diese gekoppelt, die oberhalb des Front-End-Teils sitzt, und rotiert mit der Plattform während des Betriebs. Das Back-End-Teil liefert das Bild, das durch das Front-End-Teil geliefert wird, an einen Schirm, der auf der Plattform montiert ist und ebenfalls mit der Plattform rotiert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer volumetrischen Anzeige 100. Die volumetrische Anzeige enthält eine Basisplatte 110, auf der ein Projektionssystem 120, eine Front-End-Projektionsoptik (nicht gezeigt), Systemelektronik 130 und ein rahmenloser DC Motor (nicht gezeigt) montiert ist. Ebenfalls montiert auf der Basisplatte 110 ist ein Gehäuse 140, welches die oben genannten Komponenten, die auf der Basisplatte 110 montiert sind, umschließt, es schütz sie und versteckt sie vor Betrachtung. Ein Computer verbindet die Systemelektronik 130 durch die Schnittstelle 150.
Eine kreisförmige Plattform 160 ist über den Projektionssystem 120 und der Front-End-Projektionsoptik positioniert. Die Plattform 160 ist konzentrisch montiert auf einer ringförmigen Welle des rahmenlosen DC Motors. Während des Betriebs rotiert der Motor die Welle und die Plattform 160 um eine Rotationsachse 170. Ein Teil der Back-End-Projektionsoptik 180 und ein Projektionsschirm 190 sind auf der Plattform 160 montiert, und rotieren ebenfalls um die Achse 170 während des Betriebs. Eine transparente Haube 195 umschließt den Projektionsschirm 190 und die Back-Endoptik 180, spaltet sich in einen Flansch, der auf der Peripherie der Plattform 160 montiert ist. Die Haube 195 wird während des Betriebs ebenfalls rotiert. Eine zweite Haube (nicht gezeigt) umschließt die Haube 190. Die zweite Haube ist während des Betriebs stationär.
Die volumetrische Anzeige 100 arbeitet folgendermaßen: Ein Hostcomputer sendet Bilddaten und Befehle an die Anzeige 100 durch die Schnittstelle 150. Die Systemelektronik 130 verarbeitet diese Information in Voxel-Daten und speichert die verarbeiteten Daten in einem Grafikspeicher bis sie zur Anzeige benötigt werden. Wenn erforderlich, sendet die Systemelektronik 130 die Bildinformation an die Projektionsmaschine, wo die Projektionsmaschine 120 sie in optische Information umwandelt durch räumliches Modulieren eines Lichtstrahls. Der Lichtstrahl verlässt die Projektionsmaschine, und die Front-End-Projektionsoptik richtet den Strahl auf eine Achse 170 und in Richtung Plattform 160. Front-End-Projektionsoptik enthält eine Serie von Linsen und Spiegeln, die den Lichtstrahl durch eine Projektionslinse fokussieren, die in der ringförmigen Welle des rahmenlosen DC Motors und einem Loch in der Plattform 160 montiert ist. Eine Serie von Spiegeln, die auf der Plattform 160 montiert sind, leitet den Lichtstrahl an den Projektionsschirm 190, wo ein zweidimensionales Bild gebildet wird.
Der Motor dreht die Plattform 160, die Back-End-Projektionsoptik und den Projektionsschirm 190 mit mindestens ungefähr 600 Umdrehungen pro Minute. Der Motor dreht alle diese Komponenten mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Die Systemelektronik und die Projektionsmaschine 120 erneuern das zweidimensionale Bild mindestens ungefähr 4000-mal pro Sekunde. Jedes zweidimensionale Bild bildet einen „Bildschnitt" des dreidimensionalen Volumenbilds. Bei diesen Projektions- und Rotationsraten vermischt das menschliche Visualisierungssystem die „Bildschnitte" in ein volumengefülltes dreidimensionales Bild.
Das Projektionssystem ist designed, um sehr kompakt zu sein, um in einen sehr begrenzten Raum innerhalb eines Gehäuses 140 und der Haube 195 zu passen, während gleichzeitig eine gewünschte Bildvergrößerung (also ungefähr 20×) und Auflösung bereitgestellt wird. Das Projektionssystem ist zusätzlich designed, um den Lichtstrahl von einer stationären Quelle zu einem sich bewegenden Schirm weiterzuleiten. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen optischen Projektionssystems wird im Einzelnen im Folgenden beschrieben.
Bezug nehmend auf die 2A und 2B sind die optischen Front-End-Komponenten 200 auf der Basis 110 der Anzeige 100 unterhalb der Plattform 160 (siehe 1) montiert. Die 2A und 2B zeigen auch einen Teil der Projektionsmaschine 120 (siehe 1). Die Projektionsmaschine enthält eine Lichtquelle und eine homogenisierende und bündelnde Optik (nicht gezeigt), die einen Breitbandlichtstrahl an einen Prisma Aufbau 120 liefert. Der Prisma Aufbau 210 teilt den Lichtstrahl in seine drei Primärfarbkomponenten (also Rot, Grün und Blau) und richtet jede Komponente auf einen Raumlichtmodulator (SLM) 220 (nur eine ist gezeigt). Die SLMs sind mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Arrays von schaltbaren Mikrospiegeln (beispielsweise Texas Instruments DMD^TM), die in der Lage sind eine XGA-Auflösungs (1024 × 768)-Bild mit einer Frequenz von mindestens ungefähr 4 kHz zu erzeugen. Jeder SLM moduliert räumlich seinen jeweiligen einfallenden Lichtstrahl, um ein rotes, grünes oder blaues Komponentenbild zu erzeugen. Diese Bilder werden innerhalb der Prisma Anordnung 120 rekombiniert, um eine Vollfarbbild (8 Farben) zu erzeugen, das die Projektionsmaschine an der Oberfläche 225 verlässt.
Projektionsmaschine 120 richtet den Lichtstrahl auf ein telezentrisches Relaylinsensystem 230. Das Relaylinsensystem enthält drei Dupletlinsen 235, 236 und 237. Das Relaylinsensystem 230 bildet SLM 220 zu einem Zwischenbild ungefähr 600 mm weg von der Projektionsmaschine. Das Zwischenbild mit einer 3,8 × Vergrößerung wird zwischen zwei Felderlinsen 240 und 250 gebildet, die ebenfalls Dupletlinsen sind. Die Funktion der Feldlinsen wird im Folgenden diskutiert.
Das Relaylinsensystem 230 bildet die SLMs auf eine Zwischenbild ab, um die optische Weglänge und Bildvergrößerung innerhalb der Einschränkungen, die durch das Anzeigengehäuse gegeben werden, zu halten. Das Abbilden der SLM direkt auf die Projektionsebene würde eine sehr viel längere optische Weglänge erfordern, als in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel. Dies liegt an dem größeren Ausmaß an Glas in der Prisma-Anordnung 210 zwischen dem SLM 220 und dem optischen Projektionssystem. Das Abbilden des Projektionsschirms von einem Zwischenbild erlaubt eine Projektionsoptik nahe dem Zwischenbild, und ein sehr viel kürzerer optischer Weg wird erreicht.
In der Front-End-Optik 200 sind drei Faltspiegel 260, 270 und 280 enthalten. Diese Spiegel falten den Projektionslichtweg, um ihn innerhalb des Volumens aufrecht zu erhalten, das durch das Anzeigengehäuse bereitgestellt wird. Die Spiegel 260, 270 und 280 richten auch den Strahl auf den Spiegel 290, der auf der Achse 170 lokalisiert ist und den Strahl aus der Ebene der Basis 110 (siehe 1) lenkt und entlang der Rotationsachse 170 und auf die Projektionslinse lenkt. An der Projektionslinse fällt die Rotationsachse 170 mit der optischen Achse des Projektionssystems zusammen. Die Faltspiegel 260 und 270 werden während des Betriebs manuell eingestellt, was es einem Benutzer ermöglicht das Bild genau auf dem Projektionsschirm zu zentrieren.
Wie in 3 gezeigt, fokussiert eine Projektionslinse 310 den Lichtstrahl durch eine ringförmige Welle 320 eines rahmenlosen DC Motors 330. Die Projektionslinse 310 zusammen mit Spiegeln 340, 350 und 360 bilden den Back-End-Teil des optischen Projektionssystems. Die Spiegel 340, 350 und 360 sind auf der Plattform 160 montiert (siehe 1) und falten den Weg des Lichtstrahls, wodurch er innerhalb der Grenzen der Haube 195 gehalten wird (siehe 1). Die Projektionslinse 310 richtet den Lichtstrahl auf den Spiegel 340, der Spiegel 350 richtet den Lichtstrahl auf den Spiegel 360, der Spiegel 350 richtet den Lichtstrahl auf den Spiegel 360, und der Spiegel 360 richtet den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm 190, wodurch ein vergrößertes Bild des SLM in dem Bereich 370 gebildet wird. Der Bildbereich 370 spannt einen Durchmesser von ungefähr 10 Inch auf, entsprechend ungefähr 20 × Vergrößerung des Bilds bei dem SLM. Das SLM Bild wird in gekröpft, um eine Auflösung von 768 × 768 Pixeln bereitzustellen. Wie oben erwähnt, rotiert während des Betriebs der Motor 330 die Back-Endoptik (also Projektionslinse 310 und Spiegel 340, 350 und 360) um die Achse 170.
Bezug nehmend auf 4 enthält die Projektionslinse 310 einen Linsentripletanordnung: Linsen 410, 420 und 430. Die Linsen 410, 420 und 430 sind koaxial entlang der Linsenachse 440 ausgerichtet. Die Linsenachse 440 ist mit einem Winkel von nicht mehr als ungefähr 10° (beispielsweise ungefähr 4,94°) geneigt bezüglich der optischen Achse des Projektionssystems, die an diesem Punkt mit der Rotationsachse 170 zusammenfällt. Der Lichtstrahl tritt in die Projektionslinse 310 durch die Linse 410 ein, und wird auf eine Mittelnahlinse 420 fokussiert. An der ersten Oberfläche der Linse 410 ist die Linsenachse 440 von der optischen Achse um ungefähr 5,9 mm versetzt. Das Fokussieren des Strahls auf ein Mittelstück ist notwendig, um den Lichtstrahl durch die Apertur, die durch den Motor 330 bereitgestellt wird, einzupassen (siehe 3). Der Lichtstrahl tritt aus der Projektionslinse 310 durch die Linse 430 aus. Der Zweck dieses Designs der Projektionslinse wird offensichtlich, wenn man den ungefalteten optischen Weg des Projektionssystems untersucht.
Bezug nehmend auf 5, die den ungefalteten optischen Weg zeigt, ist der Projektionsschirm 190 bei einem 45° Winkel bezüglich der optischen Achse 510 des Projektionssystem. Aus diesem Grund ist die Projektionslinse 310 bezüglich der optischen Achse 510 geneigt. Das Neigen der Projektionslinse neigt die Ebene des Bilds um ein voraussagbares Ausmaß, das gegeben ist durch die so genannte Scheimflugbedingung. Dies reduziert die Streuung, die eingebracht wird, durch Projizieren eines Bilds auf eine Ebene, die nicht senkrecht bezüglich der optischen Achse ist. Der Neigungswinkel 450 hängt von dem Winkel zwischen der Projektionsschirmebene und der optischen Achse ab, und beide Winkel sind nicht beschränkt auf die obigen Werte.
Die Projektionslinse 310 führt eine Aberration in das Bild ein, enthaltend eine negative Bildkrümmung, negative Axialfarbe und Lateralfarbe. Die Prisma-Anordnung 210 (siehe 2) führt ebenfalls Aberrationen in das Bild ein. Diese Aberrationen werden teilweise kompensiert durch die Relay Linse 230 und Feldlinsen 240 und 250. Drei Duplet-Linsen 235. 236 und 237 werden in der Relay Linse 230 verwendet, um die Relaylinsenleistung zu minimieren, um Aberrationen zu reduzieren. Duplets werden verwendet, um dispersive Effekte jeder Komponente zu minimieren. Mindestens ein Duplet ist ein Duplet mit einem größeren Index, der Axialfarbe und Feldkrümmung hinzu gibt, um Aberrationen zu kompensieren, die durch die Projektionslinse 310 eingebracht worden sind. Die Feldlinsen 240 und 250, ebenfalls Dupletlinsen, erhalten die Telezentizität am Zwischenbild, das bei der Ebene 520 gebildet wird. Die erste Duplet-Linse 240 ist ungefähr 30 mm vor der Zwischenbildebene 520 angeordnet, und korrigiert einfallende Strahlen, um nahe dem Telezentrum zu sein. Die Linse 240 reduziert ebenfalls die Axialfarbe und die Feldkrümmung. Die zweite Duplet-Linse 250 ist ungefähr 30 mm jenseits der Zwischenbildebene 520 lokalisiert, bringt eine positive Feldkrümmung und Axialfarbe ein, wodurch die Korrektur der Linse 240 überkompensiert wird. Der Nettobeitrag zur Feldkrümmung und zur Axial- und Lateralfarbe, die durch die Linsen 235, 236, 237, 240 und 250 eingebracht werden, werde kompensiert durch entgegengesetzte Effekte, die durch die Projektionslinse 310 eingebracht werden. Am dem Projektionsschirm 190 werden das blaue und das grüne Bild überlagert, aber das rote Bild wird axial versetzt. Die System F-Nummer wird gebildet, um an dem Projektionsschirm langsam zu sein, so dass dort einen große Fokustiefe ist. Durch Design wird die Feldkrümmung eine gekrümmte Ebene anstatt eine gekrümmte Oberfläche, aufgrund der kompensierenden Beiträge der Projektionslinse und der anderen Linsen zu dieser Aberration. Das Bild hat auch einen geringen der Astigmatismus und eine minimale laterale Farbe. Die Verschlechterung des Bilds ist eine gerade Trapezverzerrung, das restliche Kissen beträgt weniger als 2 %. Die Bildqualität an dem Projektionsschirm ist ausreichend, um 40 Pixel pro mm Auflösung des SLMs aufzulösen. Diese Auflösung ist äquivalent zu ungefähr 2 Pixeln pro mm an dem Projektionsschirm.
Die Software deformiert das Bild vorher zum Kompensieren von Trapezerscheinungen an der Bildebene. Die Software korrigiert auch ein „Bildtaumeln" durch Rotieren (counter-rotating) der Bilddaten. Das Bildtaumeln (also Bildrotation in der Projektionsschirmebene) tritt auf, weil die Front-End-Optik ein festes Bild auf dem rotierenden Projektionsschirm präsentiert.
Der Projektionsschirm 190, der auf die Rotationsachse 170 zentriert ist, wird typischerweise gebildet durch diffus streuendes Material. Dieses Material streut einfallendes Licht im Wesentlichen isotrop, vorwärts und rückwärts. Dies stellt sicher, dass eine Teil des Lichts entsprechend einem Pixel in einem zweidimensionalen Bildschnitt von einem Betrachter empfangen wird, der fast irgendwo um die Anzeige herum steht, wodurch dunkle Bänder in dem dreidimensionalen Bild minimiert werden, die bekannt sind als „visuelle tote Zonen" . Das Designen des Projektionsschirms, um so dünne wir möglich zu sein, kann auch die visuellen toten Zonen minimieren.
In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Projektionsschirm 190 halbkreisförmig. Im Allgemeinen sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht derart beschränkt. Der Projektionsschirm 190 kann irgendeine Größe und Form aufweisen, die ausreichend ist, um darauf das projizierte Bild zu bilden, so lange sie positioniert sind mit minimalem Offset und Exzentrizität bezüglich der Rotationsachse.
Die Plattform 160 ist auch nicht auf die oben beschriebene kreisförmige Plattform beschränkt. Im Allgemeinen kann die Plattform irgendeine Trägerstruktur sein oder eine Kombination aus Trägerstrukturen, ausreichend zur mechanischen Kopplung der Back-End-Optik und des Projektionsschirms mit dem Motor. In einigen Ausführungsbeispielen enthält beispielsweise die Plattform eine Serie von sich radial erstreckenden Armen zum Positionieren der Back-End-Optikspiegel entsprechend zur Weiterleitung des Lichtstrahls von der Projektionslinse zu dem Projektionsschirm.
Im Allgemeinen ist der Motor nicht auf einen rahmenlosen DC Motor 330 beschränkt. Der Motor kann irgendein Motor sein, der an die Back-End-Optik und den Projektionsschirm gekoppelt ist, der die Back-End-Optik und den Projektionsschirm mit einer gewünschten Rate rotiert. In einigen Ausführungsbeispielen ist beispielsweise die Plattform an den Motor gekoppelt durch Riemen und/oder Getriebe, und der Motor ist von der Rotationsachse entfernt positioniert.
In einigen Ausführungsbeispielen kann eine aussendende pixelbezogene Vorrichtung die Projektionsmaschine und die Lichtquelle ersetzen. Beispiele derartiger Vorrichtungen enthalten Anordnungen von lichtemittierenden Dioden, enthaltend organische lichtemittierende Dioden oder VCSELs (vertical cavity surface-emitting lasers).
Eine Anzahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung ist beschrieben worden. Nichts desto trotz soll verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich den Erfindung zu verlassen. Beispielsweise sind die optischen Komponenten, die verwendet werden zum Weiterleiten des Bilds von der Projektionsmaschine zu dem Projektionsschirm nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Irgendeine Kombination von Linsen, Spiegeln, brechung- und holographischen optischen Elementen oder andere Lichtsteuerungskomponenten innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche können zu diesem Zweck verwendet werden. Zusätzlich sind das Bildvolumen, die Auflösung und die Grauskala nicht auf das obige beschränkt.

Claims

System mit: einem optischen Relais (230, 240); einem Motor (330); einer Trägerstruktur, die an den Motor (330) gekoppelt ist; einem Projektionsschirm (190), der auf der Trägerstruktur angeordnet ist; und einer Projektionslinse (310), die auf einer Drehachse (170) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Relais (230, 240) eine Relaislinse (230) und eine Feldlinse (240) enthält, und wobei während des Betriebs die Relaislinse (310) ausgelegt ist zum Empfangen eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle und zum Weitergeben des Lichtstrahls an die Feldlinse (240), die Feldlinse (240) ausgelegt ist zum Weitergeben des Lichtstrahls an die Projektionslinse (310), die ausgelegt ist zum Projizieren des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm (190), und der Motor (330) ausgelegt ist zum Drehen der Trägerstruktur, des Projektionsschirms (190) und der Projektionslinse (310) um die Drehachse (170), wobei die optische Projektionslinsenachse (440) einen Winkel (450) mit der Drehachse bildet, der von 0° verschieden ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Projektionsschirm (190) eine Ebene definiert, und der Projektionsschirm (190) auf der Trägerstruktur angeordnet ist, so dass die Drehachse (170) in der Ebene liegt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkel (450) nicht größer als ungefähr 10° ist.
System nach Anspruch 3, wobei der Winkel (450) mindestens 4,9° und nicht größer als 5,0° ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Projektionslinse (310) eine Triplet-Linse enthält.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit einem ersten und einem zweiten Spiegel (340, 350), die auf der Trägerstruktur angeordnet sind, wobei während des Betriebes der Motor (330) ausgelegt ist zum Drehen des ersten und des zweiten Spiegels (340, 350) um die Drehachse (170), und der erste Spiegel (370) ausgelegt ist zum Empfangen des Lichtstrahls von der Projektionslinse (310) und zum Richten des Lichtstrahls auf den zweiten Spiegel (350), und der zweite Spiegel (350) ausgelegt ist zum Richten des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm (190).
System nach Anspruch 6, ferner mit einem dritten Spiegel (360), der auf der Trägerstruktur angeordnet ist, wobei während des Betriebs der Motor (330) ausgelegt ist zum Drehen des dritten Spiegels (360) um die Drehachse (170) und der dritte Spiegel (360) ausgelegt ist zum Empfangen des Lichtstrahls von dem zweiten Spiegel (350) und zum Richten des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm (190).
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Trägerstruktur eine Plattform (160) enthält, die ein Loch aufweist, und die Projektionslinse (310) in dem Loch montiert ist.
Verfahren, mit: Drehen eines Projektionsschirms (190) um eine Drehachse (170); Liefern eines Lichtstrahls von einer stationären Lichtquelle; und Projizieren des Lichtstrahls durch eine Projektionslinse (310), die auf der Drehachse (170) positioniert ist, auf den Projektionsschirm (190), dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (310) um die Drehachse (170) mit dem Projektionsschirm (190) gedreht wird, wobei die optische Projektionslinsenachse (440) einen Winkel (450) mit der Drehachse bildet, der von 0° verschieden ist, ein optisches Relais (230, 240) eine Relaislinse (230) und eine Feldlinse (240) enthält, wobei während des Betriebs die Relaislinse (230) den Lichtstrahl von der stationären Lichtquelle empfängt und den Lichtstrahl an die Feldlinse (240) weitergibt, und die Feldlinse (240) den Lichtstrahl an die Projektionslinse (310) weitergibt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ferner das Anordnen der Projektionslinse (310) derart aufweist, dass der Winkel nicht größer als ungefähr 10° ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner mit einem Drehen eines ersten und zweiten Spiegels (340, 350) um die Drehachse (170), wobei die Projektionslinse (310) den Lichtstrahl auf den ersten Spiegel (340) projiziert, der erste Spiegel (340) den Lichtstrahl auf den zweiten Spiegel (340) richtet, und der zweite Spiegel (350) den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm (190) richtet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit einem Drehen eines dritten Spiegels (360) um die Drehachse (170), wobei der dritten Spiegel (360) den Lichtstrahl von dem zweiten Spiegel (350) empfängt und den Lichtstrahl auf den Projektionsschirm (190) richtet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das optische Relais (230, 240) einen Spiegel (260) enthält, wobei das Verfahren ferner ein Einstellen des Spiegels (260) aufweist zum Zentrieren des Lichtstrahls auf den Projektionsschirm (190).