DE60131241T2 - Gerät und Verfahren zur dreidimensionalen Bewegung eines modulierten Projektionsstrahls - Google Patents

Gerät und Verfahren zur dreidimensionalen Bewegung eines modulierten Projektionsstrahls Download PDF

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DE60131241T2
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    • F21LIGHTING
    • F21WINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die dreidimensionale Bewegung eines projizierten räumlich lichtmodulierten Strahls, der unabhängig die Strahlprojektionsrichtung in der Azimuth- und/oder Elevationsrichtung ändert, ohne dass der projizierte modulierte Strahl um seine eigene optische Achse gedreht wird, falls er auf einen anderen Ort projiziert wird.
  • Die Projektionseinrichtungen der vorliegenden Erfindung lassen sich für verschiedene Beleuchtungs-und Lichtanwendungen benutzen, insbesondere zum Erhalten visueller Effekte und für die Lichtmustererzeugung und als eine „Gobo" (Maske).
  • Hintergrund der Erfindung
  • In typischer Weise projizieren Projektoren Video-oder Standbilder auf eine feste Projektionsfläche, so dass die Projektionen an bestimmte Bildpositionen gebunden sind. Diese Projektoren sind fest gehaltert, beispielsweise an einer Raumdecke, in der Weise, dass der projizierte Lichtstrahl fest liegt bezüglich der Projektionsfläche.
  • In Applikationen von Shows, Reklame und Simulation, in Bühnen-und Theaterbeleuchtung, wird jedoch oftmals eine dreidimensionale Bewegung des Projektionsstrahls gewünscht.
  • Des weiteren kann beim Beleuchten beispielsweise ein Scheinwerferlicht auf eine Person oder auf ein Details in einer Szene gelegt werden. Zum Erhalten spezieller Effekte wird dieses Scheinwerferlicht oft auf eine Gobo fokussiert, eine kleine kreisförmige Apertur mit einem darauf befindlichen Muster. In typischer Weise werden vielfache verschiedene Gobo-Formen (Muster) dadurch erhalten, dass die Gobos in eine Kassette oder dergleichen platziert werden, die zum Auswählen der verschiedenen Gobos rotiert wird. Die Gobos selbst lassen sich auch innerhalb der Kassette drehen.
  • Früher waren Gobos passive Einrichtungen. Eine digitale Gobo ist in US-5 828 485 beschrieben. In einer digitalen Gobo wird eine Lichtröhre benutzt, die bedarfsweise das Muster auf der Gobo wechseln kann.
  • Eine Anwendung der Bühnenbeleuchtung ist die Projektion eines Bildes zu schattenfreier Beleuchtung, oder die Bereitstellung eines schattenfreien Nachführlichtscheins, was ein Beleuchten einer Person ist, bei der kein Schatten hinter diese Person fällt. Das wird durch Bestimmen der Gestalt des Schauspielers auf der Bühne getan, z. B. mittels Infrarot-Detektion, und durch Identifizieren der Ränder. Diese Ränder definieren einen Umriss, der etwas kleiner ist als der des Schauspielers. Dieser Umriss wird einer dynamisch variablen Gobo zugeliefert, für die Modulation des projizierten Lichts. Setzt der Schauspieler sein Bewegen fort, wird der ändernden Ränderform gefolgt, und wird ein neuer Umriss definiert, der zu den Mitteln zum Erzeugen eines neuen Umrisslichts gespeist wird, das als eine neue Gobo für das Licht benutzt wird. Um imstande zu sein, dem Schauspieler auf der Bühne zu folgen, muss der Projektor die Bilder in alle Richtungen projizieren können.
  • Ein Weg zum Erreichen des Ziels Bilder rundum zu projizieren, ist das Aufsetzen eines Projektors auf eine bewegbare Halterung. Zu hohem Leistungsvermögen würde ein schwerer Projektor benötigt werden, und das würde nach einer starken Montage und leistungsfähigen Motoren verlangen. Bevorzugt wird das Benutzen leichtgewichtiger Geräte, auch das Verringern des Stromverbrauchs und des Betriebsgeräuschpegels, sowie das Erhöhen der Reaktionsgeschwindigkeit, beispielsweise der Geschwindigkeit der Richtungswechsel. Die Kabelverbindungen sollten flexibel und leichtgewichtig sein, damit die Lasten auf den Bühnentragrahmen reduziert werden. Ferner ist eine derartige sich bewegende Einrichtung nicht ratsam für helle Xenon-Lampen im Projektor, weil der lichtemittierende Lichtbogen unstabil werden kann, wenn er schnellen Beschleunigungen ausgesetzt wird.
  • Die WO 98/18037 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung für die dreidimensionale Bewegung des Projektionsstrahls eines Video-oder Graphik-Projektors. Der Projektionsstrahl, der aus einer Lichtquelle kommt und über und/oder durch einen optoelektronischen Bildgenerator und durch eine Projektionslinse geführt wird, wird mittels mindestens eines Spiegels abgelenkt, der um zwei Achsen herum zu schwenken ist; einer X-Achse, die sich in Richtung des Einfalls des Projektionsstrahls erstreckt, und einer Y-Achse, die sich senkrecht erstreckt. Somit ist der Projektor festgestellt, nur der Spiegel rotiert. Es ist der divergierende Bildstrahl, der aus der Projektionslinse kommt, der abgelenkt wird. Die Drehung des Spiegels erzeugt eine Drehung des projizierten Bildes, was mittels einer zusätzlichen Drehung des Bildträgers (z. B. des DMD-Spiegels) in einer Zwangskupplung mit der Schwenkbewegung des Spiegels kompensiert wird. Die Konstruktion der Einrichtung ist ziemlich komplex.
  • Die US 4 235 535 beschreibt einen Projektionsapparat zum Projizieren von Bildern auf einen zylindrischen Bildschirm zum Zweck des Simulierens der Sicht von einem Schiff und als Teil eines Schiffssimulators. Das von einer bilderzeugenden Einrichtung kommende Licht wird durch einen Lichtgang zu einer Projektionslinse, einem stationären Spiegel und einem bewegbaren Spiegel geschickt. In dem Lichtgang ist ein Derotations (Dehberichtigungs)-Prisma, wie z. B. ein Korrekturprisma, vorhanden, um sicherzustellen, dass das in verschiedene Richtungen projizierte Licht immer aufrecht ist. Ein solches Derotations-Prisma trägt noch mehr zur Komplexität der Strahlablenkungs-Anordnung bei und vermindert des weiteren die Bildqualität.
  • In der US 4 702 699 ist ein Zielbild-Repräsentationssystem beschrieben, das beispielsweise in einem Zielerreich-Übungssystem verwendet wird. Ein bildtransportierender Strahl, der aus einem Projektor kommt, wird in eine Bildablenkanordnung geschickt, die eine Tragsäule und einen auf der Säule um die Vertikalachse der Säule drehbaren Bildablenkkopf enthält. Ein erstes reflektierendes Element richtet den bildtransportierenden Strahl in einen vertikalen Pfad entlang der Achse der Säule neu aus. Ein zweites reflektierendes Element, das fest im Ablenkungskopf montiert ist, richtet ihn zurück in einen horizontalen Pfad aus. Ein drittes reflektierendes Element, das drehbar im Ablenkkopf montiert ist, für die Drehung um die Achse des bildtransportierenden Strahls, der dorthin gerichtet ist, richtet ihn erneut neu aus in einen Pfad in rechten Winkeln zum horizontalen Pfad. Der von diesem dritten reflektierenden Element reflektierte Strahl durchläuft ein Fenster und projiziert das Bild auf den Bildschirm (die Leinwand). Die Drehung des Ablenkkopfes um die vertikale Achse der Säule verursacht eine Änderung im Azimuth des projizierten Bildes, während die Drehung des reflektierenden Elements um die horizontale Strahl-Achse eine Änderung in der Elevation des Bildes auf dem Bildschirm verursacht. Die Drehungen der reflektierenden Elemente beim Erzeugen des gewünschten Azimuths und der Elevation des Zielbildes veranlassen Drehungen des Zielbildes um die Strahlachse herum. Das wird gemäß der US 4 702 699 gelöst durch Einbeziehen von bilderzeugenden Mitteln in die Projektionsmittel zum Generieren von Zielbildern, die durch den Strahl zu projizieren sind, und die zum Kompensieren der Bilddrehung durch die Bild-Strahlablenkanordnung orientiert sind.
  • Aus der WO 94/08425 ist auch ein Lichtprojektionsgerät für die Projektion visueller Information auf Betrachtungsflächen bekannt. Ein am Endausgang eines Projektors angebrachtes optisches System variiert die Orientierung relativ zum Projektor auf entweder einer einzelnen oder mehrfachen Ansichtflächen. Ein kippbarer und drehbarer Spiegel ist zum Bewegen des Bildes vorhanden, ebenso ein Bildrotoraufbau, um das Bild vorzudrehen, so dass es immer aufrecht projiziert wird. Diese Bilddrehanordnung trägt zur Komplexität des Systems bei.
  • Die US 4 663 698 offenbart einen Apparat zum Ausrichten eines Lichtstrahls in einem dreidimensionalem Raum, worin ein Lichtstrahl, der durch eine Lichtquelle erzeugt wird, über einen optischen Pfad, der zwei Reflektoren einschließt, zu einer Projektionslinse geführt wird.
  • Die US 6 099 128 offenbart eine Methode zum räumlichen Bewegen eines Projektionsstrahls aus einem Video-oder Graphik-Projektor. Der Projektionsstrahl wird durch eine Lichtquelle erzeugt und wird via einen optoelektronischen Bildgenerator zu einer Projektionslinse geleitet. Um den Projektionsstrahl aus dem Video- oder dem Graphik-Projektor räumlich zu bewegen, wird der Projektionsstrahl durch mindestens einen Spiegel abgelenkt, der durch zwei elektromechanische Drehmechanismen bewegt wird.
  • In der US 6 126 288 ist eine programmierbare, die Lichtstrahlform ändernde Einrichtung offenbart, die programmierbare Mikrospiegel benutzt. Eine digitale Mikrospiegel-Einrichtung DMD wird zum selektiven Reflektieren von etwas Licht geschlossen, wodurch das Licht geformt wird, das auf eine Bühne projiziert wird. Die Steuerung der Änderung wird durch ein Bild vorgenommen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Projektionssystem für eine dreidimensionale Bewegung eines projizierten räumlich modulierten Lichtstrahls bereitzustellen, bei dem die lichterzeugende Projektionslampe nicht hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist und deshalb nicht unstabil wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Beschaffen eines verbesserten Projektionssystems für eine dreidimensionale Bewegung eines projizierten räumlich modulierten Lichtstrahls, bei dem der projizierte Strahl nicht um die Strahlachse rotiert wird, wenn der Strahl in Richtung verschiedener Plätze projiziert wird.
  • Jede der obigen Aufgaben lassen sich durch ein Projektionssystem für eine dreidimensionale Bewegung eines projizierten räumlich modulierten Lichtstrahls bewerkstelligen: Eine Lichtquelle, eine räumliche Lichtmodulationseinrichtung zum Projizieren eines räumlich modulierten Lichtstrahls und einen optischen Pfad von der Lichtquelle zur räumlichen Lichtmodulationseinrichtung. Die räumliche Lichtmodulationseinrichtung enthält einen räumlichen Lichtmodulator und eine Projektionslinse. Der räumliche Lichtmodulator kann eine lichtformende Einrichtung sein, insbesondere eine digitale lichtformende Einrichtung oder eine bildgestaltende Einrichtung, insbesondere eine digitale bildgestaltende Einrichtung. Der räumliche Lichtmodulator erzeugt einen räumlich modulierten Lichtstrahl, entweder monochromatisch, z. B. weiß oder farbig, wenn Licht darauf aus einem nicht bildmodulierten Lichtstrahl aus der Lichtquelle fällt. Der räumliche Lichtmodulator wird mit der Projektionslinse als eine kombinierte Einrichtung durch einen Antriebsmechanismus bewegt. Da der räumlich modulierte Lichtstrahl an einem solchen Ort erzeugt wird, dass der räumlich modulierte Lichtstrahl nicht mehr abgelenkt wird, bevor er an der Projektionslinse ankommt, gibt es keine Drehung des geformten Licht-oder Bild-Strahls um die Achse des Strahls herum, egal wie die Richtung der Projektion ist, d. h. unabhängig von der Projektionsrichtung. Der räumliche Lichtmodulator kann irgendein geeigneter Modulator sein, beispielsweise eine Lichtklappe, eine Sende-LCD-Lichtklappe, eine Reflexions-LCD-Lichtklappe, eine DMD oder ähnliches.
  • Die vorliegende Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Projizieren eines räumlich modulierten Lichtstrahls, der bezüglich seiner eigenen optischen Achse nicht dreht, wenn der Strahl in unterschiedliche Richtungen projiziert wird, und das folgende Schritte aufweist:
    • a) Erzeugen eines unmodulierten Lichtstrahls in einer Lichtquelle;
    • b) Projizieren des Lichtstrahls entlang eines Lichtweges mittels Projektionseinrichtung;
    • c) Führen des unmodulierten Lichtstrahls über einen optischen Weg von der Lichtquelle zur Projektionseinrichtung;
    • d) Modulieren des unmodulierten Lichtstrahls mittels eines räumlich lichtmodulierenden Elements, wobei das räumlich lichtmodulierende Element im optischen Weg zwischen der Lichtquelle und der Projektionseinrichtung angeordnet ist;
    • e) Bewegen des projizierten modulierten Lichtstrahls durch den Raum mittels eines Antriebsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er das räumlich lichtmodulierende Element bezüglich der Lichtquelle in einer Weise bewegt, dass der projizierte modulierte Lichtstrahl sich bezüglich seiner eigenen optischen Achse nicht dreht,
    • i) wobei das räumlich lichtmodulierende Element als eine Einheit mit der Projektionseinrichtung aufgebaut ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele mit Zeichnungen erläutert, ist jedoch nur durch die Patentansprüche eingegrenzt.
  • Das Projektionssystem 1 der 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist drei dieser zusammensetzenden Teile auf: Ein Basisglied 2, ein Gestellelement 3 und ein einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugendes Gehäuse 4. Diese drei Teile sind drehbar in der Weise angeordnet, dass es zwei gegenseitig orthogonale Drehachsen gibt. Das Gestellelement 3 ist bezüglich des Basisglieds 2 drehbar um eine erste Drehachse 5 montiert, welche die Mitte des Gestellelements parallel zur Streckrichtung der Arme 14, 17 des Gestellelements durchläuft, und das einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugende Gehäuse 4 ist drehbar bezüglich des Gestellelements 3 um eine zweite Drehachse 6 montiert. Die erste und die zweite Drehachse sind gegeneinander orthogonal. Durch Wahl der Winkelverschiebung innerhalb dieser zwei Freiheitsgrade kann ein räumlich modulierter Strahl, beispielsweise ein geformter Lichtstrahl, z. B. aus einer Gobo (Maske), oder von einem bildmodulierenden Strahl, z. B. aus einem Video, in irgendeine gewünschte Richtung projiziert werden, kann auch durch irgendeinen Winkel oder entlang irgendeiner Bahn geschwenkt werden, vorausgesetzt, dass der Lichtstrahl nicht durch das Basisglied 2 blockiert wird.
  • Das Basisglied 2 kann an einer Wand, einer Decke oder an einem anderen Stützpunkt, z. B. an einem Bühnenbeleuchtungs-Stützrahmen, befestigt werden. Es enthält die schwersten Teile des ganzen Systems, wie z. B. eine Lampe 7, z. B. eine Xenon-Lampe, eine Anschlußeinheit 9 von Netzteil und Netzkabel, sowie eine Anschlußeinheit 8 von elektronischer Steuereinrichtung und Signalkabel. Das Basisglied 2 bleibt zusammen mit den schweren Teilen in einer festen, stationären Position.
  • Ein durch die Lampe 7 erzeugter Lichtstrahl kann durch einen Reflektor 10, z. B. einen parabolischen Reflektor um die Lampe 7 herum, in das Gestellelement 3, das normalerweise eingeschlossen ist (in 1 offen gezeigt, um die darin befindlichen Elemente darzustellen) hinauf gerichtet werden.
  • Ein Satz von Spiegeln 11, 12, 13 (ihren das Licht durch einen ersten Arm 14 des Gestellelements 3. Vorzugsweise ist der zweite Spiegel ein kalter Spiegel, der das sichtbare Licht reflektiert, aber das Infrarotlicht auf einen Kühlkörper (nicht dargestellt) schickt. Auf diese Weise wird weniger Kühlung in dem räumlich lichtmodulierenden Gehäuse 4 benötigt.
  • Der erste Arm 14 des Gestellelements 3 kann auch eine rechteckige oder zylindrische Lichtklappe 15 und eine oder mehrere Relaislinsen 16 bergen, das sind optische Elemente zum wirksamen Übertragen eines Lichtstrahls von einem zum anderen Punkt in einem optischen System, um in angemessener Weise Licht zu einer räumlichen Lichtmodulationseinrichtung 18, 19 in dem einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugenden Gehäuse 4 bereitzustellen.
  • Der zweite Arm 17 des Gestellelements 3 kann einen Teil des elektronischen Steuerungssystems (nicht dargestellt) bergen. Insbesondere kann hier eine Formatierplatine aufgenommen sein, möglichst nahe zu einem räumlichen Lichtmodulatorelement 18, falls das eine DMD ist. Alternativ kann eine LCD-Treiberplatte im zweiten Arm 17 des Gestellelements hausieren, falls das Element 18 ein LCD ist.
  • Vorzugsweise sind die Gewichte (Massen) der zwei Arme des Gestellelements 3 gleich, so dass sie eine sanfte Bewegung machen, wenn das Gestellelement 3 bezüglich des Basisglieds 2 um die erste Drehachse 5 gedreht wird.
  • Das einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugende Gehäuse 4 nimmt das räumliche Lichtmodulatorelement 18, z. B. ein Lichtklappenelement 18, sowie eine Projektionslinse 19 auf. Der vom ersten Arm 14 des Gestellelements 3 kommende Lichtstrahl, der an dieser Stelle vorzugsweise nicht mit einem Bild moduliert ist, tritt in das einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugende Gehäuse 4 durch die Mitte der Drehachse 6 des Gehäuses 4 um die Arme 14 und 17 herum ein. Der Lichtstrahl fällt auf das Lichtklappenelement 18, worin der Bild- oder Gestalt- Lichtstrahl aus dem einfallenden Lichtstrahl geformt wird, um einen räumlich modulierten Lichtstrahl zu erzeugen. Der modulierte Strahl wird zur Projektionslinse 19 vorzugsweise ohne weitere Reflexion geschickt, von wo der modulierte Strahl projiziert wird. Wenn sich das Gehäuse 4 in der neutralen Position befindet, in der die Projektionsrichtung, die durch die Mittenachse der Projektionslinse 19 repräsentiert wird, parallel mit den Armen 14, 17 liegt, koinzidiert die Mittenachse der Projektionslinse 19 vorzugsweise mit der Achse 5, so dass eine Drehung des Gestellelements 3 um die Achse 5 eine reine Drehung des projizierten modulierten Strahls verursacht.
  • Durch eine Öffnung zwischen dem zweiten Arm 17 des Gestellelements 3 und dem einen räumlich modulierten Lichtstrahl erzeugenden Gehäuse 4 laufen Kabel für Signal und Strom zum Lichtklappenelement 18.
  • Das Lichtklappenelement 18 kann irgendeine bekannte Technologie anwenden, beispielsweise einen digitalen Lichtprozessor (DLP), eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD), wie z. B. bekannt aus der US 5 061 049 , eine Flüssigkeitskristalleinrichtung (LCD), einen Flüssigkeitskristall auf Silizium (LCOS, reflektierende LCDs). In der 1 ist eine DMD-Lichtklappe 18 schematisch illustriert. Diese Art von Lichtklappenelement nimmt das Licht in einem Winkel von ungefähr 20° auf. Zwei Spiegel 20, 21 können vor das Lichtklappenelement 18 gesetzt werden, um das zu leisten. Vorzugsweise ist der einfallende Lichtstrahl ein weißer, vorzugsweise kalter Lichtstrahl, und dieser wird in mindestens drei Farben aufgespalten, z. B. in rot, blau und grün. Diese drei separaten Lichtstrahlen werden durch zugehörige Lichtklappen moduliert, und die drei oder mehr Bilder werden auf einander in einer geeigneten Mischeinrichtung, beispielsweise einem Prisma, überlagert und als eine ganze Farbe oder als ein monochromatischer Lichtstrahl projiziert. Der räumliche Lichtmodulator 18 ist vorzugsweise eine digitale Einrichtung, die eine Darstellung eines digitalen Bildes oder einer Gestalt empfangen und dieses Bild oder diese Gestalt auf den einfallenden Lichtstrahl prägen kann. Vorzugsweise lässt sich die Gestalt oder das Bild bedarfsweise andern, entweder durch Signale, die zu den Projektionssystemen durch Kabel oder drahtlos gesendet werden, oder durch vorab gespeicherte Signale eines Speichers in der Steuerungseinrichtung.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zumindest ein Teil des Lichtklappenelements 18 in einer im wesentlichen versiegelten Kammer 30 eingeschlossen werden, wie in der Patentanmeldung EP 00203260.5 beschrieben wird, und wie in 2 dargestellt, damit ein Eindringen von Staub und anderem Fremdstoff, wie z. B. Rauch oder Öl, in das räumliche Lichtmodulationselement 18 vermieden wird, wenn Luft von außerhalb des Projektionssystems 1 in das strahlerzeugende Gehäuse 4 zum Kühlen des einen modulierten Strahl erzeugenden Elements 18 eingeführt wird. Im allgemeinen wird ein Luftfilter über den Einlass gesetzt, um Staub abzufangen und die Luft zu filtern, jedoch ist es für Feinpartikel noch möglich in das Innere des Geräts einzudringen. Wenn solche Teilchen in das Innere des Erzeugungsgehäuse 4 mit der Außenluft eintreten, können sie sich an der Oberfläche der optischen Elemente des einen modulierten Strahl erzeugenden Elements 18 anhängen. Klebt Partikelmaterial auf diese Weise an einer LCD, so verursacht das einen verringerten Lichtaustrittswert. Bei Anlagerung an eine DMD kann es den Lichtaustrittswert behindern, auch die Uniformität der Farbe. Mit „im wesentlichen versiegelt" ist gemeint, dass die Kammer 30 gegen den Umgebungsraum abgeschirmt ist, so dass keine Staubteilchen in den im wesentlichen versiegelten Innenraum eintreten können, aber es ist kein Druckunterschied zwischen dem Innenraum der versiegelten Kammer 30 und dem Umgebungsraum gemeint. Die im wesentlichen versiegelte Kammer 30 ist ein atmosphärisches System, ist nicht gegen Druck versiegelt.
  • Das strahlmodulierende Element kann drei DMDs 34 bis 36 umfassen, auch einen Satz farbaufspaltender/farbkombinierender Prismen 37a und 37b, die das einfallende weiße Licht in drei geeignete Farbstrahlen (z. B. rot, blau, grün) spalten, diese Strahlen auf drei DMDs 3436 richten, die drei reflektierten Strahlen aus den DMDs 3436 kombinieren und diese durch ein Fenster 38 zur Projektionslinse projizieren. Eine gleichförmige Temperatur des strahlmodulierenden Elements 18 im Innern der versiegelten Kammer 30 ist für eine gute Bildqualität wünschenswert. Ein zirkulierender Luftstrom kann deswegen durch Pressen mittels eines Zirkulationslüfters (nicht dargestellt) innerhalb der im wesentlichen versiegelten Kammer 30 geschaffen werden, zum Kühlen der wärmeabgebenden Bauteile des einen modulierten Strahl erzeugenden Elements 18. Vorzugsweise werden (nicht dargestellte) Mittel vorgesehen, um Außenluft in das Erzeugungsgehäuse 4 einzuleiten, auch zum Richten der Außenluft um die Außenfläche der Wände, welche die im wesentlichen versiegelte Kammer 30 einschließen. Damit wird eine Wärmetauschaktion zwischen dem zirkulierenden Luftstrom innerhalb des im wesentlichen versiegelten Innenraums und der um die im wesentlichen versiegelte Kammer 30 strömenden Außenluft bewerkstelligt. Zum Kühlen der DMDs 34, 35, 36 können auch Kühlkörper 31, 32, 33 vorgesehen sein. Die Kühlkörper können durch zirkuliertes Fluidum, wie z. B. eine Flüssigkeit oder Gas, gekühlt werden, oder durch aktive Vorrichtungen, beispielsweise ein Peltier-Element oder ein Wärmeabführrohr.
  • Durch Drehen des Gestellelements 3 des Projektionssystems 1 bezüglich des Basisglieds 2 um die Achse 5 herum und durch Drehen des einen modulierten Strahl erzeugenden Gehäuses 4 bezüglich des Gestellelements 3 um die Achse 6, kann der Gestalt- oder Bild-Lichtstrahl in irgendeine Richtung projiziert werden. Da das einen modulierten Strahl formende Element 18 und die Projektionslinse 19 beide im strahlerzeugenden Gehäuse 4 stationär zueinander sitzen, wird der projizierte modulierte Strahl nicht um die Achse des projizierten modulierten Lichtstrahls gedreht, wenn das strahlerzeugende Gehäuse 4 bewegt wird. Die Bewegung kann durch geeignete Motoren vorgenommen werden, beispielsweise durch Ringmotoren, die in einer Öffnung 22 im Basiselement 2 sitzen, und Ringmotoren, die in der Öffnung 23 bzw. 24 in dem Arm 14 bzw. 17 angeordnet sind. Mit dem Gebrauch von Ringmotoren können die Lichtstrahlen durch die Mitte des Motors entlang dessen Achse laufen. Die Motoren können Schrittmotoren oder Gleichstrom-Servomotoren sein, so dass der genaue Winkel des Gestells 3 und des Gehäuses 4 einstellbar sind, wie das der Fachmann von der Konstruktion von Robotern her kennt. Jede Drehachse 5, 6 fällt mit einer lokalen optischen Achse zusammen. Das gewährleistet, dass die Konstruktion des Projektionssystems 1 einfach und elegant und frei von sich einzeln bewegenden Spiegeln ist.
  • Während die Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, wird von Fachleuten verstanden, dass verschiedene Änderungen oder Abänderungen in Form und Detail machbar sind, ohne dass von der beanspruchten Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise können Filter und andere Spezialeffekt-Einrichtungen optional und selektiv in den Lichtpfad für die Projektion bewegbar sein, wie zum Beispiel farbige Filterräder, Lithos wie z. B. Musterräder, eine Iris, verschiedene Projektionslinsen, Strahlformer, Effekträder wie z. B. Frostglitzerräder oder vorab definierte Beschriftung oder Meldungen. Die Projektionslinse kann ein ferngesteuertes Fokussieren und/oder ferngesteuertes Zoomen unterstützen. Ein Vielzahl von Projektionslinsen können in einem Wechselkopf montiert sein, der drehbar ist, um eine der vielen Projektionslinsen vor den Einlaß des räumlichen Lichtmodulators 18 zu bringen. Es lassen sich auch Strobo-Beleuchtungs-Vorrichtungen einbeziehen. Da die Lampe in dem stationären Basisglied 2 sitzt, kann eine moderne Lampenregeleinheit vorgesehen werden, z. B. die energiesparende Eigenschaften aufweist, die Strobo-Effekte besorgt, die auch automatisch den Ersatz einer Lampe durch eine neue Lampe erlaubt, falls eine Lampe ausfällt. Es können auch vielfache räumliche Lichtmodulatoren und viele Projektionslinsen im Gehäuse 4 eingesetzt sein.

Claims (14)

  1. Projektionssystem für dreidimensionale Bewegung eines projizierten modulierten Lichtstrahls, aufweisend: eine Lichtquelle (7), eine Projektionslinse (19), einen optischen Weg von der Lichtquelle (7) zur Projektionslinse (19), und einen Antriebsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin ein räumlich lichtmodulierendes Element (18) im optischen Weg zum Modulieren des Lichtstrahls aufweist, wobei das Element eine Einheit mit der Projektionslinse (19) bildet, und der Antriebsmechanismus zum Bewegen der Einheit bezüglich der Lichtquelle in einer Weise eingebaut ist, dass der projizierte modulierte Lichtstrahl sich bezüglich seiner eigenen optischen Achse nicht dreht.
  2. Projektionssystem nach Patentanspruch 1, wobei das Projektionssystem zwei orthogonale Drehachsen hat.
  3. Projektionssystem nach Patentanspruch 2, wobei jede Drehachse örtlich mit einer optischen Achse des optischen Weges zusammenfällt.
  4. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das räumliche lichtmodulierende Element ein bildformendes Element ist.
  5. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das räumliche lichtmodulierende Element ein den Lichtstrahl formendes Element ist.
  6. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das räumliche lichtmodulierende Element ein digitales räumliches lichtmodulierendes Element ist.
  7. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das räumliche lichtmodulierende Element ein Lichtröhrenelement ist.
  8. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das räumlich lichtmodulierende Element eines ist, das aus DMD, LCD, LCOS, DLP ausgewählt ist.
  9. Projektionssystem nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei mindestens ein Teil des räumlich lichtmodulierenden Elements in einem im Wesentlichen luftdichten Raum eingeschlossen ist.
  10. Projektionssystem nach Patentanspruch 9, wobei eine Kühleinrichtung für das räumlich lichtmodulierende Element im Innern des luftdichten Raums vorgesehen ist.
  11. Verfahren zum Richten eines Lichtstrahls in verschiedene Richtungen innerhalb eines dreidimensionalen Raums, mit den Schritten: a) Erzeugen eines unmodulierten Lichtstrahls in einer Lichtquelle (7); b) Projizieren des Lichtstrahls entlang eines Lichtweges mittels einer Projektionseinrichtung (19); c) Führen des unmodulierten Lichtstrahls über einen optischen Weg von der Lichtquelle (7) zu der Projektionseinrichtung (19); d) Modulieren des unmodulierten Lichtstrahls mittels eines räumlich lichtmodulierenden Elements (18), wobei das räumlich lichtmodulierende Element (18) im optischen Weg zwischen der Lichtquelle (7) und der Projektionseinrichtung (19) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist: e) Bewegen des projizierten modulierten Lichtstrahls durch den Raum mittels eines Antriebsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er das räumlich lichtmodulierende Element (18) bezüglich der Lichtquelle (7) in der Weise bewegt, dass der projizierte modulierte Lichtstrahl sich bezüglich seiner eigenen optischen Achse nicht dreht, f) wobei das räumliche lichtmodulierende Element (18) als eine Einheit mit der Projektionseinrichtung (19) aufgebaut ist.
  12. Verfahren nach Patentanspruch 11, wobei der Schritt der Bewegung ein Drehen des räumlich lichtmodulierenden Elements um zwei orthogonale Drehachsen relativ zur Lichtquelle (7) umfasst.
  13. Verfahren nach Patentanspruch 12, wobei jede Drehachse örtlich mit einer optischen Achse des optischen Weges zusammenfällt.
  14. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, wobei der formende Schritt einen Schritt der Lichtstrahlformung und eine Bildformung einschließt.
DE60131241T 2000-12-04 2001-11-19 Gerät und Verfahren zur dreidimensionalen Bewegung eines modulierten Projektionsstrahls Expired - Lifetime DE60131241T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/729,383 US6416183B1 (en) 2000-12-04 2000-12-04 Apparatus and method for three-dimensional movement of a projected modulated beam
US729383 2000-12-04

Publications (2)

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