WO2002100100A1 - Projektionsanordnung - Google Patents

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WO2002100100A1
WO2002100100A1 PCT/EP2002/006127 EP0206127W WO02100100A1 WO 2002100100 A1 WO2002100100 A1 WO 2002100100A1 EP 0206127 W EP0206127 W EP 0206127W WO 02100100 A1 WO02100100 A1 WO 02100100A1
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WO
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projection
image
light modulator
light
optics
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/006127
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Rieche
Gudrun SCHRÖTER
Ralph Mende
Original Assignee
Carl Zeiss Jena Gmbh
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Publication date
Application filed by Carl Zeiss Jena Gmbh filed Critical Carl Zeiss Jena Gmbh
Priority to US10/479,930 priority Critical patent/US6935751B2/en
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3179—Video signal processing therefor
    • H04N9/3185—Geometric adjustment, e.g. keystone or convergence
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells

Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement with a light source, a light modulator connected downstream of the light source, which can be acted upon by light from the light source and modulates this under control of a control device on the basis of predetermined image data in order to generate an image, and projection optics arranged downstream of the light modulator Project the image onto a screen.
  • the projection arrangement is preferably designed such that the projected image has as little distortion as possible. This leads to complex projection optics. If the projection optics are at a relatively small distance from the projection surface, the projection optics is preferred as
  • Wide-angle optics designed so that the image is still at the desired size
  • Projection screen can be projected.
  • a wide-angle lens comprises several lenses with a large diameter and large radii of curvature, so that the lens is relatively heavy. Furthermore, the effort required for the
  • Wide-angle optics has the desired imaging properties, disproportionately with increasing lens diameter and lens radii, whereby the structure of the
  • control device comprises a control unit and a correction unit and the correction unit pre-records the predetermined image data in such a way that a non-linear distortion caused by the projection optics is compensated
  • control unit including the light modulator drives the pre-recorded image data
  • the projection optics can be subjected to significantly lower optical requirements. This leads to the advantage that the number of lens elements required can be reduced. Due to the possible reduction in the number of lenses, the production of the projection optics is facilitated, which in particular leads to a significant reduction in the production costs of the projection arrangement according to the invention, since the costs for the production of the projection optics take up a large proportion of the total production costs.
  • the correction unit can be implemented by hardware, software or by a combination of both.
  • the pre-distortion by the correction unit is preferably selected so that the non-linear optical distortions of the projection optics are compensated for as completely as possible. This means that the projected image is practically distortion-free.
  • the projection optics have a residual distortion of> 2%, preferably> 10%, and less than 50%, preferably less than 25%.
  • a residual distortion of> 2%, preferably> 10%, and less than 50%, preferably less than 25%.
  • the projection optics in the projection arrangement according to the invention are wide-angle optics with a field angle of> 35 °.
  • the outlay for optically compensating the aberrations so that the residual distortion is below a customary value of, for example, 2% is extremely high, which leads to the undesirable heavy and expensive projection optics. Therefore at the Projection arrangement according to the invention, in which the projection optics are wide-angle optics, the weight saving and the cost reduction in the projection optics are particularly great due to the correction unit, which allows a larger residual distortion.
  • an advantageous embodiment of the projection arrangement according to the invention consists in that the light modulator comprises a rectangular image field (imaging area) which is decentral to the optical axis of the projection optics, the optical axis preferably still hitting the image field.
  • a tilting mirror matrix is particularly preferably used as the light modulator, which comprises a plurality of tilting mirrors arranged in rows and columns, which can be tilted independently of one another between a first and a second tilting position.
  • the light modulator can comprise a rectangular image field with a plurality of image pixels which can be switched at least into a first and a second setting and can be controlled independently of one another, the image point assigned to an image pixel being a bright image point when the image pixel enters the first Setting is switched, and there is a dark pixel when the image pixel is switched to the second setting, the correction unit pre-recording the image data in such a way that the image pixels, which are imaged on the projection surface by the projection optics outside a predetermined rectangular projection field, by means of the control unit switch to the second setting.
  • This advantageously ensures that only a rectangular image and no image with distorted edges is projected onto the projection surface.
  • the light source is designed such that it alternately applies light of a first and a second color to the light modulator, so that images with different colors can be generated with the light modulator.
  • the light source can the light modulator with more than two colors, for. B. act with red, green and blue. This enables multi-color images to be projected.
  • the light modulated by the light modulators being used for image generation is superimposed by suitable optical means and is fed to the projection optics as a common beam.
  • the projection arrangement according to the invention can also be designed in such a way that the correction unit predistorted the predefined image data for the image with the first color and for the image with the second color so differently that the chromatic transverse aberration of the projection optics is also compensated for.
  • This simplifies the construction of the projection optics, which enables further weight and cost savings.
  • This can also be carried out with more than two colors and can also be used in particular in the construction in which a plurality of light modulators (one for each color) are provided.
  • the projection arrangement according to the invention is designed as a rear projection arrangement, and due to the electronic correction of the non-linear aberrations of the projection optics, it can be arranged with a very small distance between the projection optics and the rear projection surface, so that the rear projection arrangement can be implemented in a very compact manner.
  • the projection arrangement according to the invention can be designed as a front projection arrangement.
  • a very small distance from the projection surface to an advantageous construction can also be used, in which at least the light modulator and the projection optics are provided at one end of an arm attached to or above the projection surface, the arm preferably being designed to be pivotable, so that the distance to the projection surface is changeable or adjustable.
  • a reflective or transmissive LCD module can also be used as the light modulator, in which case appropriately polarized light is used.
  • an extension of the optical axis of the projection optics hits the projection surface at an angle that is not equal to 90 °, and the correction unit also carries out a pre-distortion of the image data in such a way that due to the oblique projection onto the projection surface conditional distortion of the projected image is compensated.
  • This also advantageously compensates for the distortion generated during an oblique projection, so that a very compact projection arrangement with little to no distortion can be provided. Tilting the extension of the optical axis of the projection optics to the normal to the Projection area is 5-15 °, but it can also be up to 45 °, the maximum value being chosen so that the resolution losses are not clearly visible.
  • Fig. 1 is a schematic view of the invention
  • FIG. 2a is a schematic view of the imaging area of the
  • Light modulator 2b is a schematic view of an undistorted and distorted image
  • 2c is a schematic view of an image depicted
  • 3a is a schematic view of the imaging area of the
  • Light modulator 3b is a schematic view of the projected image with electronic
  • Fig. 4 is a sectional view of the projection optics of the invention
  • the projection arrangement according to the invention shown schematically in FIG. 1 comprises a light source 1 (for example an arc or halogen lamp) which emits white light which strikes a color wheel 3 arranged downstream of the light source 1 and rotatable about an axis 2 and having at least three segments, which, when the color wheel 3 is rotated, are subjected to the white light from the light source 1 one after the other and only allow red, green and blue light to pass through, as a result of which a light modulator 4 connected downstream of the color wheel 3 can be alternately illuminated with red, green and blue light.
  • the color wheel can alternatively also have more than three segments, e.g. B. still have an additional white segment that transmits white light.
  • the light modulator 4 is a tilting mirror matrix which comprises a plurality of tilting mirrors arranged in rows and columns, which can be pivoted back and forth independently of one another in each case between a first and a second tilting position and thus can selectively reflect the light incident on them with two different tilting angles, so that an image (color part image) modulated with respect to the light drop angle can be generated on the tilting mirror matrix.
  • the projection arrangement contains a control device 5 which is supplied with the image data (arrow A) and on the basis of this image data and at the same time as a function of the rotational position of the color wheel 3 and thus of the color of the light with which the light modulator 4 is being acted upon, the light modulator 4 is actuated in order to generate the desired image.
  • projection optics 6, Downstream of the light modulator 4 are projection optics 6, which in the schematic illustration in FIG. 1 contain an aperture 7 and a lens 8 connected downstream of it.
  • the diaphragm 7 is designed and arranged such that the light reflected by the tilting mirrors which are in the first tilting position reaches the lens 8, while the light reflected by the tilting mirrors which are in the second tilting position hits the diaphragm 7 and is shadowed by this.
  • the light striking the lens 8 is projected through it onto a projection surface 9, so that the light reflected by the tilt mirrors in the first tilt position produces lighted pixels, while the light reflected by the tilt mirrors in the second position results in dark pixels.
  • the corresponding tilt mirror can be tilted back and forth between the first and second tilt positions during the period in which the image is generated with the tilt mirror matrix be that the tilting mirror is in the first tilting position during a period of time corresponding to the desired brightness.
  • the extension of the optical axis OA of the projection optics 6 strikes the projection surface 9 at an angle ⁇ to the perpendicular of the projection surface 9, the angle ⁇ being 15 ° here.
  • the light modulator 4 is arranged so as to be decentral to the optical axis OA of the projection optics 6 such that its lower edge, seen in FIG. 1, lies below the optical axis OA and its upper edge lies above the optical axis. The optical axis thus passes through the light modulator, but not through the center of the light modulator.
  • the tilting mirrors of the tilting mirror matrix are arranged in a rectangular area, so that the light modulator 4 comprises a rectangular image field 10, as shown in FIG. 2a.
  • This rectangular image field 10 should ideally be mapped onto the projection surface 9 as a rectangular image 11 (FIG. 2b).
  • Fig. 2b is also shown with a dashed line, the distortion caused by the projection optics 6 (residual distortion), the distortion is shown in the event that the extension of the optical axis perpendicular to the projection surface.
  • the residual distortion of the projection optics 6 is 10%, the residual distortion being determined as ((a '/ ⁇ x'V (a / ⁇ x)) - 1 in the case of vertical projection (a is the length of the image diagonal from the point 12, at which the extension of the optical axis OA meets the projection surface 9, to a lower corner 13 of the projected image 11 ', and ⁇ x is the distance of the point 12 from its pixel 14 and a' and ⁇ x, which are adjacent on the diagonal 'denote the respective distances of the distorted projected image (Fig. 2b, wherein the distorted projection of the adjacent pixel 14' hereinafter).
  • the Restv 'is erhyroid thus defined according to the above formula in vertical projection.
  • the projection optics 6, which here is a wide-angle optics with a field angle of 43 °, also have the nonlinear residual distortion described in connection with FIG. 2b, so that during a projection the projected image has the solid line in FIG. 2c would have indicated distortions (without electronic correction).
  • the control device contains, in addition to a control unit 15, a correction unit 16, which processes the predetermined image data in such a way that they are pre-recorded in exactly the opposite direction to the optical distortion.
  • the corrected image data are forwarded by the correction unit to the control unit 15, which controls the light modulator 4 on the basis of this image data.
  • a desired image 17 on the projection surface 9 the desired image having a rectangular shape and lying within the recorded image shown in FIG. 2c (FIG. 3b).
  • All image pixels of the tilting mirror matrix that are imaged by the projection optics 6 outside the desired image 17 are switched dark during the image data processing of the correction unit 16. These are the areas 18 and 19 of the rectangular image field 10 of the light modulator 4, as shown in FIG. 3a.
  • the remaining image pixels that lie in the region 20 of the image field 10 result in the imaging by means of the projection optics 6 the image 17 shown in FIG.
  • the correction unit 16 re-sorting the image data accordingly and also partially omitting the image data (as a result of which a loss of resolution occurs).
  • the electronic correction leads to a loss of resolution of approximately 10 to 20%.
  • the projection optics 6 can have a residual distortion of 10%, and an undistorted rectangular image 17 is still projected onto the projection surface 9. Since large lenses with large curvatures, in which optical distortion correction is very complex and leads to large and heavy lenses, are necessary in particular in the case of wide-angle lenses, as in the case of the projection optics 6 here, the projection arrangement according to the invention can be a much smaller, lighter and also Projection optics 6 to be manufactured more cost-effectively.
  • FIG. 4 shows a sectional image of an embodiment of the projection optics 6, the beam path of the light reflected by two pixels of the light modulator 4 being shown as an example.
  • the correction unit 16 to carry out the predistortion for the different color partial images (here: red, green and blue color partial image) in such a way that the chromatic transverse aberration (different color components of the same pixel are also on the Projection area 9 is not exactly superimposed, but projected side by side) is compensated.

Abstract

Es wird eine Projektionsanordnung mit einer Lichtquelle (1), einem der Lichtquelle (1) nachgeschalteten Lichtmodulator (4), der mit Licht der Lichtquelle (1) beaufschlagbar ist und dieses unter Steuerung einer Steuereinrichtung (5) auf der Basis vorgegebener Bilddaten moduliert, um ein Bild zu erzeugen, und einer dem Lichtmodulator (4) nachgeordneten Projektionsoptik (6) zum Projizieren des Bildes auf eine Projektionsfläche (9) bereit gestellt, wobei die Steuereinrichtung (5) eine Ansteuereinheit (15) und eine Korrektureinheit (16) umfaβt die Korrektureinheit (16) die vorgegebenen Bilddaten derart vorverzeichnet, daβ eine durch die Projektionsoptik (6) bedingte nicht-lineare Verzeichnung kompensiert wird, und die Ansteuereinheit (15) den Lichtmodulator (4) mit den vorverzeichneten Bilddaten ansteuert.

Description

PROJEKTIONSANORDNUNG ZUR KORREKTUR VON BILDVERZERRUNGEN
Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsanordnung mit einer Lichtquelle, einem der Lichtquelle nachgeschalteten Lichtmodulator, der mit Licht der Lichtquelle beaufschlagbar ist und dieses unter Steuerung einer Steuereinrichtung auf der Basis vorgegebener Bilddaten moduliert, um ein Bild zu erzeugen, und einer dem Lichtmodulator nachgeordneten Projektionsoptik zum Projizieren des Bildes auf eine Projektionsfläche.
Bei einer solchen Projektionsanordnung ist die Projektionsanordnung bevorzugt so ausgebildet, daß das projizierte Bild möglichst wenig Verzeichnungen aufweist. Dies führt zu einer aufwendigen Projektionsoptik. Wenn die Projektionsoptik von der Projektionsfläche einen relativ geringen Abstand aufweist, ist die Projektionsoptik bevorzugt als
Weitwinkeloptik ausgelegt, damit das Bild noch mit der gewünschten Größe auf die
Projektionsfläche projiziert werden kann. Eine solche Weitwinkeloptik umfaßt jedoch mehrere Linsen mit großem Durchmesser und großen Krümmungsradien, so daß die Optik relativ schwer ist. Des weiteren steigt der Aufwand, der benötigt ist, damit die
Weitwinkeloptik die gewünschten Abbildungseigenschaften aufweist, überproportional mit größer werdenden Linsendurchmesser und Linsenradien an, wodurch der Aufbau der
Projektionsoptik sehr kompliziert wird.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie kleiner und kompakter wird.
Die Aufgabe wird bei einer Projektionsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung eine Ansteuereinheit und eine Korrektureinheit umfaßt und die Korrektureinheit die vorgegebenen Bilddaten derart vorverzeichnet, daß eine durch die Projektionsoptik bedingte nicht-lineare Verzeichnung kompensiert wird, wobei die Ansteuereinheit den Lichtmodulator mit den vorverzeichneten Bilddaten ansteuert.
Da somit die Möglichkeit gegeben ist, nicht-lineare Verzeichnungen der Projektionsoptik elektronisch zu kompensieren, können an die Projektionsoptik deutlich geringere optische Anforderungen gestellt werden. Dies führt zu dem Vorteil, daß die Anzahl der notwendigen Linsenelemente verringert werden kann. Aufgrund der möglichen Verringerung der Linsenanzahl wird die Fertigung der Projektionsoptik erleichtert, was insbesondere zu einer deutlichen Reduzierung der Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung führt, da gerade die Kosten für die Fertigung der Projektionsoptik einen großen Anteil an den gesamten Herstellungskosten einnehmen.
Des weiteren läßt sich aufgrund der Reduzierung der Anzahl der Linsen eine Gewichtseinsparung realisieren, so daß auch das Gewicht der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung verringert werden kann. Dies ist gerade im Hinblick auf die Tendenz, möglichst leichte und damit leicht tragbare Projektionsanordnungen bereitzustellen, ein großer Vorteil.
Ferner ist es auch möglich, größere Fertigungstoleranzen der Linsen der Projektionsoptik zuzulassen, da diese Fehler mittels der Korrektureinheit kompensiert werden können. Dies führt wiederum zu einer vorteilhaften Verringerung der Herstellungskosten.
Die Korrektureinheit kann durch Hardware, Software oder durch eine Kombination aus beidem verwirklicht werden.
Die Vorverzeichnung durch die Korrektureinheit wird bevorzugt so gewählt, daß die nicht- linearen optischen Verzeichnungen der Projektionsoptik möglichst vollständig kompensiert werden. Dadurch ist das projizierte Bild praktisch verzeichnungsfrei.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung weist die Projektionsoptik eine Restverzeichnung von > 2%, bevorzugt > 10%, und kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 25%, auf. Bei einer Projektionsoptik mit einer solchen Restverzeichnung ist ein hervorragender Kompromiß zwischen dem Wunsch, eine möglichst leichte und kleine Projektionsoptik einzusetzen, und dem Wunsch, dabei den Auflösungsverlust, der dadurch auftritt, daß aufgrund der Vorverzeichnung einige Bildbereiche auf dem Lichtmodulator gestaucht werden müssen, so gering wie möglich zu halten, gefunden.
Insbesondere ist die Projektionsoptik bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine Weitwinkeloptik mit einem Feldwinkel von > 35°. Gerade bei solchen Weitwinkeloptiken ist der Aufwand zur optischen Kompensation der Abbildungsfehler, damit die Restverzeichnung unter einem üblichen Wert von beispielsweise 2% liegt, außerordentlich hoch, was gerade zu der unerwünschten schweren und teuren Projektionsoptik führt. Daher ist bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, bei der die Projektionsoptik eine Weitwinkeloptik ist, die Gewichtseinsparung und die Kostenreduzierung bei der Projektionsoptik aufgrund der Korrektureinheit, die eine größere Restverzeichnung zuläßt, besonders groß.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung besteht darin, daß der Lichtmodulator ein rechteckiges Bildfeld (bildgebender Bereich) umfaßt, das dezentral zur optischen Achse der Projektionsoptik ist, wobei bevorzugt die optische Achse das Bildfeld noch trifft. In diesem Fall wird besonders bevorzugt als Lichtmodulator eine Kippspiegelmatrix verwendet, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln umfaßt, die zwischen einer ersten und einer zweiten Kippstellung voneinander unabhängig hin und her gekippt werden können. Durch diese Anordnung des Lichtmodulators wird vorteilhaft erreicht, daß genügend Platz zur Beleuchtung bzw. für optischen Elemente für die Beleuchtung bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung vorhanden ist.
Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung der Lichtmodulator ein rechteckiges Bildfeld mit einer Mehrzahl von zumindest in eine erste und eine zweite Einstellung schaltbare Bildpixel umfassen, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, wobei der einem Bildpixel zugeordnete Bildpunkt ein heller Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die erste Einstellung geschaltet ist, und ein dunkler Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die zweite Einstellung geschaltet ist, wobei die Korrektureinheit die Bilddaten so vorverzeichnet, daß die Bildpixel, die durch die Projektionsoptik außerhalb eines vorgegebenen rechteckigen Projektionsfeldes auf der Projektionsfläche abgebildet werden, mittels der Ansteuereinheit in die zweite Einstellung geschaltet werden. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, daß auf die Projektionsfläche nur ein rechteckiges Bild und kein Bild mit verzerrten Rändern projiziert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist die Lichtquelle so ausgebildet, daß sie den Lichtmodulator abwechselnd mit Licht einer ersten und einer zweiten Farbe beaufschlagt, so daß mit dem Lichtmodulator Bilder mit unterschiedlichen Farben erzeugbar sind. Insbesondere kann die Lichtquelle den Lichtmodulator auch mit mehr als zwei Farben, z. B. mit rot, grün und blau beaufschlagen. Dadurch wird die Projektion von mehrfarbigen Bildern ermöglicht.
Des weiteren ist es möglich, für jede Farbe einen separaten Lichtmodulator vorzusehen, wobei das durch die Lichtmodulatoren modulierte Licht, das zur Bilderzeugung verwendet wird, durch geeignete optische Mittel überlagert und als gemeinsames Strahlenbündel der Projektionsoptik zugeführt wird.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung kann auch noch so ausgestaltet werden, daß die Korrektureinheit die vorgegebenen Bilddaten für das Bild mit der ersten Farbe und für das Bild mit der zweiten Farbe derart unterschiedlich vorverzerrt, daß die chromatische Queraberration der Projektionsoptik gleich mitkompensiert wird. Dadurch wird der Aufbau der Projektionsoptik wiederum vereinfacht, wodurch eine weitere Gewichts- und Kosteneinsparung möglich ist. Dies kann auch bei mehr als zwei Farben durchgeführt werden und ist insbesondere auch bei dem Aufbau anwendbar, bei dem mehrere Lichtmodulatoren (einer für jede Farbe) vorgesehen sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist diese als Rückprojektionsanordnung ausgebildet, wobei sie aufgrund der elektronischen Korrektur der nicht-linearen Abbildungsfehler der Projektionsoptik mit einem sehr geringen Abstand der Projektionsoptik von der Rückprojektionsfläche angeordnet werden kann, so daß die Rückprojektionsanordnung sehr kompakt verwirklicht werden kann. Es ist natürlich auch möglich, die erfindungsgemäße Projektionsanordnung als Frontprojektionsanordnung auszubilden. In diesem Fall kann auch ein sehr geringer Abstand von der Projektionsfläche zu einem vorteilhaften Aufbau eingesetzt werden, bei dem zumindest der Lichtmodulator und die Projektionsoptik an einem Ende eines an oder oberhalb der Projektionsfläche befestigten Arms vorgesehen sind, wobei der Arm bevorzugt schwenkbar ausgebildet ist, so daß der Abstand zur Projektionsfläche veränder- bzw. einstellbar ist.
Als Lichtmodulator kann auch noch ein reflektives oder transmissives LCD-Modul verwendet werden, wobei in diesem Fall entsprechend polarisiertes Licht verwendet wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung trifft eine Verlängerung der optischen Achse der Projektionsoptik auf die Projektionsfläche unter einem Winkel, der ungleich 90° ist, und die Korrektureinheit führt auch noch eine derartige Vorverzeichnung der Bilddaten durch, daß die aufgrund der schrägen Projektion auf die Projektionsfläche bedingte Verzeichnung des projizierten Bildes kompensiert wird. Damit wird in vorteilhafter Weise auch gleich noch die bei einer Schrägprojektion erzeugte Verzeichnung kompensiert, so daß eine sehr kompakte Projektionsanordnung mit geringer bis möglichst keiner Verzeichnung bereitgestellt werden kann. Die Verkippung der Verlängerung der optischen Achse der Projektionsoptik zur Senkrechten auf die Projektionsfläche beträgt 5-15°, sie kann jedoch auch bis zu 45° betragen, wobei der Maximalwert so gewählt wird, daß die Auflösungsverluste nicht deutlich sichtbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen
Projektionsanordnung; Fig. 2a eine schematische Ansicht des bildgebenden Bereichs des
Lichtmodulators; Fig. 2b eine schematische Ansicht eines unverzerrt und eines verzerrt abgebildeten Bildes; Fig. 2c eine schematische Ansicht eines verzeichnet abgebildeten Bildes; Fig. 3a eine schematische Ansicht des bildgebenden Bereiches des
Lichtmodulators; Fig. 3b eine schematische Ansicht des projizierten Bildes mit elektronischer
Kompensation, und Fig. 4 eine Schnittansicht der Projektionsoptik der erfindungsgemäßen
Projektionsanordnung.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte erfindungsgemäße Projektionsanordnung umfaßt eine Lichtquelle 1 (z.B. eine Bogen- oder Halogenlampe), die weißes Licht abgibt, das auf ein der Lichtquelle 1 nachgeordnetes und um eine Achse 2 drehbares Farbrad 3 trifft, das zumindest drei Segmente aufweist, die bei Drehung des Farbrads 3 nacheinander mit dem weißen Licht der Lichtquelle 1 beaufschlagt werden und jeweils nur rotes, grünes und blaues Licht durchlassen, wodurch ein dem Farbrad 3 nachgeschalteter Lichtmodulator 4 abwechselnd mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchtbar ist. Das Farbrad kann alternativ auch mehr als drei Segmente, z. B. noch ein zusätzliches weißes Segment, das weißes Licht durchläßt, aufweisen.
Der Lichtmodulator 4 ist einer Kippspiegelmatrix, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln umfaßt, die voneinander unabhängig jeweils zwischen einer ersten und einer zweiten Kippstellung hin und her schwenkbar sind und somit das auf sie einfallende Licht selektiv mit zwei unterschiedlichen Kippwinkeln reflektieren können, so daß auf der Kippspiegelmatrix ein bezüglich des Lichtausfallwinkels moduliertes Bild (Farbteilbiid) erzeugbar ist. Zur Steuerung des Lichtmodulators 4 enthält die erfindungsgemäße Projektionsanordnung eine Steuereinrichtung 5, die mit den Bilddaten versorgt wird (Pfeil A) und auf Basis dieser Bilddaten und gleichzeitig in Abhängigkeit von der Drehstellung des Farbrads 3 und somit von der Farbe des Lichtes, mit dem der Lichtmodulator 4 gerade beaufschlagt wird, den Lichtmodulator 4 ansteuert, um das gewünschte Bild zu erzeugen.
Dem Lichtmodulator 4 ist eine Projektionsoptik 6 nachgeordnet, die in der schematischen Darstellung in Fig. 1 eine Blende 7 und eine dieser nachgeschalteten Linse 8 enthält. Die Blende 7 ist so ausgebildet und angeordnet, daß das von den Kippspiegeln, die in der ersten Kippstellung sind, reflektierte Licht zur Linse 8 gelangt, während das von den Kippspiegeln, die in der zweiten Kippstellung sind, reflektierte Licht auf die Blende 7 trifft und durch diese abgeschattet wird.
Das auf die Linse 8 treffende Licht wird durch sie auf eine Projektionsfläche 9 projiziert, so daß das von den in der ersten Kippstellung befindlichen Kippspiegeln reflektierte Licht hellgeschaltete Bildpunkte erzeugt, während das von den in der zweiten Kippstellung befindlichen Kippspiegeln reflektierte Licht dunkelgeschaltete Bildpunkte ergibt. Um einen Bildpunkt mit einer zwischen einem hell- und einem dunkelgeschalteten Bildpunkt liegenden Helligkeit auf der Projektionsfläche zu erzeugen, können der entsprechende Kippspiegel während der Zeitdauer, in der das Bild mit der Kippspiegelmatrix erzeugt wird, so zwischen der ersten und zweiten Kippstellung hin und her gekippt werden, daß der Kippspiegel sich während einem der gewünschten Helligkeit entsprechenden Zeitabschnitte der Zeitdauer in der ersten Kippstellung befindet.
Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, trifft die Verlängerung der optischen Achse OA der Projektionsoptik 6 unter einem Winkel α zum Lot der Projektionsfläche 9 auf die Projektionsfläche 9, wobei hier der Winkel α 15° beträgt. Ferner ist der Lichtmodulator 4 so dezentral zur optischen Achse OA der Projektionsoptik 6 angeordnet, daß sein unterer Rand, in Fig. 1 gesehen, unterhalb der optischen Achse OA und sein oberer Rand oberhalb der optischen Achse liegt. Die optische Achse geht somit durch den Lichtmodulator hindurch, nicht jedoch durch die Mitte des Lichtmodulators.
Die Kippspiegel der Kippspiegelmatrix sind in einem rechteckigen Bereich angeordnet, so daß der Lichtmodulator 4 ein rechteckiges Bildfeld 10 umfaßt, wie in Fig. 2a dargestellt ist. Dieses rechteckige Bildfeld 10 sollte idealerweise als rechteckiges Bild 11 (Fig. 2b) auf die Projektionsfläche 9 abgebildet werden. In Fig. 2b ist ferner mit einer gestrichelten Linie noch die durch die Projektionsoptik 6 bedingte Verzerrung (Restverzeichnung) dargestellt, wobei die Verzerrung für den Fall gezeigt ist, daß die Verlängerung der optischen Achse senkrecht auf die Projektionsfläche trifft. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Restverzeichnung der Projektionsoptik 6 10%, wobei die Restverzeichnung als ((a'/Δx'V (a/Δx)) - 1 für den Fall der senkrechten Projektion bestimmt ist (a ist die Länge der Bilddiagonalen von dem Punkt 12, in dem die Verlängerung der optischen Achse OA auf die Projektionsfläche 9 trifft, zu einer unteren Ecke 13 des projizierten Bildes 11 ', und Δx ist der Abstand des Punktes 12 zu seinem auf der Diagonalen benachbarten Bildpunkt 14 und a' und Δx' bezeichnen die entsprechenden Abstände des verzerrt projizierten Bildes (Fig. 2b, bei der verzerrten Projektion ist der benachbarte Bildpunkt mit 14' bezeichnet). In der vorliegenden Beschreibung wird die Restv'erzeichnung somit bei senkrechter Projektion gemäß obiger Formel definiert.
Aufgrund der schrägen Projektion auf die Projektionsfläche 9 tritt auch noch eine lineare Verzeichnung (sogenannter Keystone-Effekt) auf, die in Fig. 2c durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Des weiteren weist die Projektionsoptik 6, die hier eine Weitwinkeloptik mit einem Feldwinkel von 43° ist, auch noch die in Verbindung mit Fig. 2b beschriebene nichtlineare Restverzeichnung auf, so daß bei einer Projektion das projizierte Bild die in Fig. 2c mit der durchgezogenen Linie angedeuteten Verzeichnungen aufweisen würde (ohne elektronische Korrektur).
Um diese Verzeichnung bei der Abbildung elektronisch zu kompensieren, enthält die Steuereinrichtung neben einer Ansteuereinheit 15 noch eine Korrektureinheit 16, die die vorgegebenen Bilddaten so verarbeitet, daß sie genau entgegengesetzt zur optischen Verzeichnung vorverzeichnet sind. Die vorverzeichneten Bilddaten gibt die Korrektureinheit an die Ansteuereinheit 15 weiter, die auf der Basis dieser Bilddaten den Lichtmodulator 4 ansteuert.
Um die vorgegebenen Bilddaten entsprechend vorzuverzeichneπ, geht man von einem gewünschten Bild 17 auf der Projektionsfläche 9 aus, wobei das gewünschte Bild eine rechteckige Form aufweist und innerhalb des in Fig. 2c gezeigten verzeichneten Bildes liegt (Fig. 3b). Alle Bildpixel der Kippspiegelmatrix, die durch die Projektionsoptik 6 außerhalb des gewünschten Bildes 17 abgebildet werden, werden bei der Bilddatenverarbeitung der Korrektureinheit 16 dunkelgeschaltet. Dies sind die Bereich 18 und 19 des rechteckigen Bildfeldes 10 des Lichtmodulators 4, wie in Fig. 3a gezeigt ist. Die restlichen Bildpixel, die im Bereich 20 des Bildfeldes 10 liegen, ergeben bei der Abbildung mittels der Projektionsoptik 6 das in Fig. 3b gezeigte Bild 17 mit der rechteckigen Form, wobei die Korrektureinheit 16 die Bilddaten dazu entsprechend umsortiert und zum Teil Bilddaten auch wegläßt (wodurch ein Auflösungsverlust auftritt). Es erfolgt somit eine Stauchung oder Streckung in den entsprechenden Bildabschnitten auf dem Lichtmodulator. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel führt die elektronische Korrektur zu einem Auflösungsverlust von ca. 10 bis 20%.
Somit kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung die Projektionsoptik 6 eine Restverzeichnung von 10% aufweisen, und es wird immer noch ein unverzeichnetes rechteckiges Bild 17 auf die Projektionsfläche 9 projiziert. Da insbesondere bei Weitwinkelobjektiven, wie bei der hier vorliegenden Projektionsoptik 6, große Linsen mit großen Krümmungen notwendig sind, bei denen eine optischen Verzeichnungskorrektur sehr aufwendig ist und zu großen und schweren Objektiven führt, kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine sehr viel kleinere, leichtere und auch kostengünstiger zu fertigende Projektionsoptik 6 eingesetzt werden.
In Fig. 4 ist ein Schnittbild einer Ausführungsform der Projektionsoptik 6 gezeigt, wobei beispielhaft der Strahlverlauf des von zwei Bildpunkten des Lichtmodulators 4 reflektierten Lichtes eingezeichnet ist.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es auch möglich, daß die Korrektureinheit 16 die Vorverzerrung für die unterschiedlichen Farbteilbilder (hier: rotes, grünes und blaues Farbteilbild) so durchführt, daß dabei auch noch die chromatische Queraberration (unterschiedliche Farbanteile des gleichen Bildpunktes werden auf der Projektionsfläche 9 nicht exakt übereinander, sondern nebeneinander projiziert) kompensiert wird.

Claims

Ansprüche:
1. Projektionsanordnung mit einer Lichtquelle (1), einem der Lichtquelle (1) nachgeschalteten Lichtmodulator (4), der mit Licht der Lichtquelle (1) beaufschlagbar ist und dieses unter Steuerung einer Steuereinrichtung (5) auf der Basis vorgegebener Bilddaten moduliert, um ein Bild zu erzeugen, und einer dem Lichtmodulator (4) nachgeordneten Projektionsoptik (6) zum Projizieren des Bildes auf eine Projektionsfläche (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) eine Ansteuereinheit (15) und eine Korrektureinheit (16) umfaßt, die Korrektureinheit (16) die vorgegebenen Bilddaten derart vorverzeichnet, daß eine durch die Projektionsoptik (6) bedingte nicht-lineare Verzeichnung kompensiert wird, wobei die Ansteuereinheit (15) den Lichtmodulator (4) mit den vorverzeichneten Bilddaten ansteuert.
2. Projektionsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (6) eine Restverzeichnung von > 2%, bevorzugt > 10%, und < 50%, bevorzugt < 25%, aufweist.
3. Prqjektionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (6) eine Weitwinkeloptik mit einem Feldwinkel von > 35° ist.
4. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator (4) ein rechteckiges Bildfeld (10) umfaßt, das dezentral zur optischen Achse (OA) der Projektionsoptik (6) angeordnet ist.
5. Projektionsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator (4) im rechteckigen Bildfeld (10) eine Mehrzahl von zumindest in eine erste und eine zweite Einstellung schaltbare Bildpixel umfaßt, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, wobei der einem Bildpixel zugeordnete Bildpunkt ein heller Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die erste Einstellung geschaltet ist, und ein dunkler Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die zweite Einstellung geschaltet ist, und wobei die Korrektureinheit (16) die Bilddaten so vorverzeichnet, daß die Bildpixel, die durch die Projektionsoptik (6) außerhalb eines vorgegebenen rechteckigen Projektionsfeldes (17) auf der Projektionsfläche (9) abgebildet werden, mittels der Ansteuereinheit (15) in die zweite Einstellung geschaltet werden.
6. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) den Lichtmodulator (5) abwechselnd mit Licht einer ersten und zweiten Farbe beaufschlagt, so daß mit dem Lichtmodulator Bilder mit unterschiedlichen Farben erzeugbar sind.
7. Projektionsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit (16) die vorgegebenen Bilddaten für das Bild mit der ersten Farbe und das Bild mit der zweiten Farbe unterschiedlich vorverzerrt, um die chromatische Queraberration der Projektionsoptik (6) zu kompensieren.
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Rückprojektionsanordnung ausgebildet ist.
9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung der optischen Achse (OA) der Projektionsoptik (6) auf die Projektionsfläche (9) unter einem Winkel trifft, der ungleich 90° ist, und die Korrektureinheit (16) die vorgegebenen Bilddaten auch noch derart vorverzeichnet, daß die aufgrund der schrägen Projektion auf die Projektionsfläche (9) bedingte Verzeichnung des projizierten Bildes kompensiert wird.
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