WO2003013150A1 - Raster projection of an image with light beam guidance thereto and therefrom - Google Patents

Raster projection of an image with light beam guidance thereto and therefrom Download PDF

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WO2003013150A1
WO2003013150A1 PCT/EP2002/007751 EP0207751W WO03013150A1 WO 2003013150 A1 WO2003013150 A1 WO 2003013150A1 EP 0207751 W EP0207751 W EP 0207751W WO 03013150 A1 WO03013150 A1 WO 03013150A1
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WO
WIPO (PCT)
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line
image
mirror
light beam
projection
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/007751
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christhard Deter
Klaus Hiller
Original Assignee
Schneider Laser Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Laser Technologies Ag filed Critical Schneider Laser Technologies Ag
Publication of WO2003013150A1 publication Critical patent/WO2003013150A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • the invention relates to a device for raster projection of an image by means of an intensity-modulated light beam, with a biaxial deflection device which has a movable line mirror deflecting the light beam in lines across the image and a movable image mirror deflecting the light beam perpendicular thereto, each as a tilting mirror are formed, wherein the line mirror can be excited into a rotational movement vibration.
  • the invention further relates to a method for raster projection with reciprocating light beam guidance.
  • Video projection systems that write an image with a direct writing light beam using a biaxial deflector are known.
  • the basic principles of the beam deflection systems required for this are described, for example, in Stan Reich, "The use of electromechanical mirror scanning devices", SPIE, Vol. 84, Laser Scanning Components and Techniques (1976).
  • the structure of the DE 198 60 017 A1 in which the biaxial deflection device has a rotating polygon mirror and a galvanometrically operated tilting mirror.
  • the light beam is deflected horizontally by the polygon mirror and vertically by the tilting mirror.
  • the polygon mirror is therefore referred to as a line mirror and the tilting mirror as an image mirror.
  • the correspondingly modulated light beam is deflected by a horizontal angle in the line direction from the line mirror.
  • the image mirror deflects the light beam by a vertical angle.
  • the difference between the minimum and maximum vertical angles is the image deflection angle, which determines the image height.
  • a deflection device with a polygon mirror the light beam is guided on the projection surface in a manner similar to the electron beam of a television tube, ie each line is always written in the same direction, for example from left to right, and the lines are built up in succession from top to bottom.
  • rotating polygon mirrors are required very quickly; the rotational frequencies are of the order of 2.5 kHz, which requires considerable mechanical demands on the polygon mirror as well as sophisticated mirror bearings.
  • the line mirror which effects the horizontal deflection can be designed as a tilting mirror which carries out a rotary motion oscillation with the required frequency.
  • the light beam is then moved back and forth across the lines by the line mirror, while the image mirror causes the vertical deflection perpendicular to it.
  • the projected lines are no longer parallel, but have the shape of a sawtooth, which results in poor image quality.
  • this is either tolerated if it is possible, as is the case with barcode scanners, for example, or a wide image area around the reversal points, at which adjacent lines are particularly close to one another, is hidden by blanking the light beam in order to avoid the To fix the image deterioration at least partially.
  • a reduced line deflection angle has to be accepted, since the length of the effectively usable line section decreases.
  • the invention is therefore based on the object of developing a device for raster projection of the type described at the outset such that the image quality is increased without reducing the line deflection angle.
  • This object is achieved in a device mentioned at the outset in that the image mirror carries out a non-uniform rotary movement, while the line mirror carries out a partial period of the rotary movement vibration which runs in one direction of rotation.
  • the line mirror deflects the light beam horizontally and guides it over the lines of the image. These each consist of an effectively usable line section in which the light beam is modulated with usable image information, and remaining line sections in which the light beam is blanked.
  • the line mirror performs a periodic rotary motion oscillation and directs the light beam over an effectively usable line section during a partial period.
  • the image mirror effects the vertical position perpendicular to it in a movement which is suitable for the partial period of the line mirror oscillation. This movement of the image mirror runs differently for the effectively usable line segments than for the remaining line segments.
  • the image mirror moves into a new angular position, which it has to assume at the beginning of its effective line section in order to write the next line.
  • the movement of the image mirror during the effective line section depends on the projection geometry, in particular on a possible oblique projection correction.
  • Image mirrors which can, for example, fulfill an approximately staircase-shaped angular function, each stair step being assigned to a corresponding line, ensure that the lines are exactly parallel to one another during the reciprocating deflection by the line mirror, even with any Oblique projection.
  • the sawtooth-shaped line image of the prior art is thus avoided by the non-uniform movement of the image mirror.
  • the image quality is significantly improved, in particular the image quality, which decreases significantly with conventional tilting mirrors, is eliminated; the image quality is equally good over the entire image.
  • the image mirror deflects the light beam by a fixed vertical angle ( ⁇ ), while the line mirror deflects the light beam by a horizontal angle along the effective line section of a line.
  • the angle function then corresponds to the previously mentioned staircase function, with each stair step being assigned to a corresponding line.
  • the angular function is consequently designed such that a certain angular position of the image mirror is assigned to each effective line section.
  • the resulting line dead time is determined by the positioning speed of the image mirror and can therefore be much shorter than the line dead time in the prior art determined by still tolerable image errors.
  • the possible line deflection angle and thus the achievable image size is considerably increased for a given distance between the deflection device and the projection surface due to the significantly reduced line dead time.
  • This concept can help to improve the image quality, especially when projecting obliquely from above or below.
  • the angular positions assigned to the beginning of the line are not equidistant from one another.
  • an alignment is possible in which the main projection axis is perpendicular to the projection surface.
  • spatial conditions force an oblique projection.
  • an oblique projection which brings about a horizontal angle between the main projection axis from the projection optics onto the projection surface and the normal of the projection surface, the lines on the projection surface normally diverge in a star shape.
  • the line mirror deflects the light beam along a line in each partial period, which line has an effective line section in which the light beam is intensity-modulated for image display, and the image mirror, while each effective line section executes a certain vertical angular movement with a rotational movement speed other than zero, whereby a certain vertical angular position ( ⁇ ) is assigned to each line.
  • a control device which controls the movement of the image mirror in accordance with a staircase function, a step being assigned to each line section.
  • the steps of this staircase function each run at a certain angle, i.e. the image mirror executes a rotational movement with a certain angular velocity depending on the position of the line in the image during each effective line segment.
  • the angle function mentioned at the outset therefore provides for a specific linear angle adjustment during each stage.
  • an oblique projection from above or below e.g. B. from a ceiling of a room on a room wall, desired; this is, for example, regular in the lecture halls of the
  • the device for raster projection is then aligned so that its main projection axis is no longer perpendicular to the projection surface.
  • This projection geometry also causes an essentially trapezoidal image distortion with a line length that varies over the projection surface.
  • Vibration amplitude of the line mirror is designed depending on the line. Because of that
  • Projection geometry different line lengths can be compensated for by a function for the line deflection angle which is dependent on the position of the lines in the image. It is therefore unnecessary to convert the image information, which is not only computationally intensive, but often also involves loss of information. Instead, the control of the rotary motion oscillation of the line mirror can be adapted to the projection conditions in a simple manner. In addition, this procedure does not change the resolution in the projected image, which is particularly advantageous in applications that require high image fidelity (for example CAD systems). Finally, this simple image equalization enables rapid adaptation to different projection geometries, without the need for expensive electronic image equalization.
  • this concept makes it possible in a simple manner to correct the pillow distortions which are particularly disruptive at large deflection angles and which likewise bring about different line lengths.
  • the lines now running parallel have the same angular spacing in relation to the location of the deflection device.
  • the line spacing is usually not the same across the entire image; even if the main projection axis is perpendicular to the screen, the lines are closer to each other in the center of the screen than at the top and bottom of the screen.
  • the type of angular function depends on the projection geometry. If there is a projection in which only the line spacings in the image vary, it is preferred that the image mirror remain in a fixed vertical angular position, while the line mirror deflects the light beam along the effective line section of a line, each line being assigned a specific vertical angular position ,
  • a corresponding design of the angular functions can compensate for a variation in the line spacing due to the oblique projection, so that the effective line segments on the projection surface are not only parallel but also equidistant.
  • the stair function already mentioned then has different step heights. This further improves the picture quality.
  • Line and image mirrors are expediently controlled by a control device, which not only influences the movement sequence of these mirrors, but also the modulation of the light beam. In this way, a synchronization between the blanking of the light beam and the control of the vertical and horizontal angles of the beam deflection can be carried out in a simple manner in a single control device.
  • Any suitable drivable tilting mirror can be used as a line mirror.
  • a tilting mirror is particularly preferred, which is driven at a fixed working frequency close to its resonance frequency to produce a rotary motion oscillation about the axis of the line deflection. Then the desired line opening angle, ie the desired vibration amplitude, can be set by simply regulating the drive voltage or the drive current of the exciting vibration.
  • such a line mirror can be subjected to an exciting oscillation with a fixed drive voltage or a fixed drive current, and the oscillation amplitude variation can be achieved by a slight change in frequency. Even such a small change in frequency, with constant drive current or constant drive voltage, causes a noticeable change in amplitude of the mirror oscillation, which can be regulated well.
  • Such a frequency modulation has the advantage over the aforementioned current or voltage modulation that it is generally less interference, requires less effort and shows better control behavior.
  • the object on which the invention is based is further achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the light beam is guided over a line in a forward direction, the deflection about the image axis not being changed or being changed at a first angular velocity, then intensity modulation blanking the light beam and at the same time there is a change in the deflection around the image axis at a second angular velocity and then the light beam is again guided along a further line in a backward direction, the deflection of the image axis again optionally not being changed or at a third angular velocity.
  • This method according to the invention likewise ensures a parallel line course in the projected image and avoids the severe deflection angle restrictions which arise in the case of the described conventional sawtooth-shaped course of the light beam over the projection surface.
  • the advantages mentioned above with regard to better image quality are also achieved with this method.
  • the deflection around the image axis depending on the position of the line in the image. This can achieve on the projection, an equidistant Zeilenverte 'tlung, which enhances the image quality again.
  • the position of the deflection device in relation to the projection surface can also be taken into account.
  • FIG. 9 shows diagrams for illustrating the amplitude control in a tilting mirror which executes a rotary motion oscillation and which is used as a line mirror
  • FIG. 10 shows the angular control of a light beam which is deflected with an image mirror controlled according to the staircase function of FIG. 3 and with an amplitude-modulated line mirror.
  • FIG. 12 shows the angular control of a light beam which is controlled with an image mirror controlled according to FIG. 11 and a line mirror controlled with amplitude modulation to compensate for oblique projection distortions according to FIG. 6
  • 13 shows the line-dependent course of a horizontal angle of the beam deflection for different projection conditions
  • 14 shows the line-dependent course of a vertical angle of the beam deflection for different projection conditions
  • FIG. 15 shows a staircase function similar to FIG. 12, but to compensate for a lateral oblique projection according to FIG. 7, and
  • FIG. 16 shows the angle control of a light beam which is deflected with a line mirror controlled according to FIG. 9 and with an image mirror controlled according to FIG. 10 in order to compensate for an oblique projection according to FIG. 8.
  • FIG. 1 A device for raster projection is shown in FIG. 1 in the form of a video projection system which has an electromechanical radiation deflection system.
  • This video projection system has two locally separated assemblies: an RGB light source 10 and a projection head 20.
  • this division into assemblies is not mandatory. Housing the RGB light source 10 in the projection head 20 is expedient, for example, if it is designed to be correspondingly small and light.
  • the RGB light source 10 consists of several laser light sources 1, each of which is followed by a modulator 2.
  • the laser light sources 1 and the modulators 2 generate three light beams in the primary colors red, green and blue, which are then coupled into an optical fiber 15 via a fiber plug-in connection 16 in a beam combination 3 and a coupling optic 4 as an intensity and color-modulated light bundle.
  • the RGB light source 10 also contains suitable (not shown) driver electronics units for operating the laser light sources 1.
  • the RGB light source 10 is supplied with a signal VIDEO, which is converted by an input module 6 into a device-specific digital signal R-G-B. This signal is received by an image calculation unit 7, which controls the modulators 2.
  • the image calculation unit also contains a synchronization signal RGBsync, which is used for synchronization with the projection head to be described.
  • the modulators 2 are controlled taking this synchronization signal RGBsync into account.
  • the RGB light source 10 also has driver circuits 8 and 9 for controlling the projection head 20, which are fed with corresponding signals Hsync and Vsync.
  • the color-modulated light bundle is transmitted via the optical fiber 15 to the projection head 20 and is in turn fed in there at a fiber plug connection 16. From there, it arrives via a decoupling optic 25 as an essentially parallel light beam on a mirror surface of a line mirror 21.
  • the light beam has a diameter which is chosen accordingly for the pixel size of the image to be represented. For example, the diameter can be 2-5 mm. However, only the position of the center of the light bundle is essential for the further description, which is why a light beam is referred to below for simplification.
  • the line mirror reflects the light beam 26 onto a mirror surface of an image mirror 22 and causes a horizontal deflection about a line axis; the horizontal angle of the deflection occurring as the deflection angle is entered in FIG. 1 with ß.
  • the image mirror 22 causes a vertical deflection about an image axis lying perpendicular thereto; the vertical angle of the deflection occurring as the deflection angle is designated by ⁇ .
  • FIG. 1 uses a coordination system, the origin of which lies at the location of the maximum deflection in the beam direction to the left and upward, since this only results in positive horizontal angles ⁇ and vertical angles ⁇ . This choice is advantageous for the sake of simple presentation, but is not otherwise mandatory.
  • Both the line mirror 21 and the image mirror 22 are tilting mirrors.
  • the line mirror 21 preferably has an electromechanically driven mirror surface which is suspended from torsion straps within a frame shown schematically in FIG. 1.
  • the line mirror 21 and the image mirror 22 act as a deflection device for a two-axis deflection of the light beam 26 over the projection surface, such that an image is projected onto the projection surface 101 in the direction of a main projection axis OA.
  • the image is thereby of the desired rectangular image 103, the aspect ratio of which, for. B. is specified by a TV standard, distorted to a distorted image 102.
  • an oblique projection takes place from above at an angle ⁇ to the horizontal H.
  • the oblique projection parameters (angles ⁇ and ⁇ ) can be entered via a control panel 5.
  • the line mirror 21 is driven near its resonance frequency to rotary motion vibrations. It is controlled in the supercritical or subcritical range with an operating frequency f A close to the resonance frequency f R in order to achieve sufficient amplitude control and at the same time to implement a desired increase in amplitude.
  • the control of the vibration amplitude of the rotary motion vibrations, which the line mirror 21 executes, is carried out by a current / voltage modulation.
  • the increase in resonance enables a relatively large mechanical deflection angle in the range of typically +/- 12 °.
  • the image mirror 22 is an anti-resonance tilt mirror with an adjustable angular position of the mirror surface; preferably it is of the mirror galvanometer type.
  • a detector system is provided to detect the angular position of the line mirror 22. It has a laser diode 23 and a photodetector 24.
  • the laser diode 23 illuminates the rear of the line mirror 21 and the photodetector 24 designed as an array makes it possible to resolve the angular position of the line mirror 21.
  • the so won Synchronization signal RGBsync is fed via a line 11 to the image calculation unit 7 and, as mentioned, is fed in there.
  • the image calculation unit 7 uses this to generate the aforementioned signal Hsync and thus acts on the driver circuit 8, which generates an AC voltage, the frequency of which is the working frequency f A of the line mirror 21.
  • the signal Hsync supplies information about the line number i of the line to be written in each case in order to design the control of the vibration amplitude of the line mirror 21 in a manner to be described.
  • a signal Vsync is generated by the driver circuit 8 or by the image calculation unit 7, with which the driver circuit 9 is fed, which drives the image mirror 22 via a line 13 in a manner to be explained.
  • FIG. 2 shows, by way of example, the sawtooth-like course that takes place without further measures and with which the light beam would be deflected from the projection head 20 over the projection surface.
  • the angular deflection is plotted as a vertical angle ⁇ over the horizontal angle ⁇ in the aforementioned coordination system.
  • a forward scan 40 which corresponds, for example, to a partial period with left-hand movement of the line mirror 21 during the rotational movement oscillation executed by it, the light beam is guided with increasing horizontal angle ⁇ from maximum left-hand deflection to maximum right-hand deflection. Since at the same time the vertical angle ⁇ increases due to the continuous movement of the image mirror 22, the light beam 26 also moves in the image direction, i. H. in the representation of Fig. 2 down.
  • the image mirror 22 is now controlled according to the staircase function 30 shown in FIG. 3.
  • the image mirror 22 remains at a constant value 32 for the vertical angle ⁇ during an effective line segment of each line. This corresponds to a step of the staircase function 30.
  • the image mirror 22 is adjusted by a change 34 to the next value 32 of the vertical angle ⁇ for the next line with the next line number i in a short line dead time tz.
  • the laser beam 26 is blanked out.
  • Each line therefore consists of an effective line section on which the light beam for image display is intensity-modulated with image information, and two line areas that are blanked out.
  • the deflection of the light beam shown in FIG. 4 results from the control of the image mirror 22, which is effected by the driver circuit 9.
  • the type of representation corresponds to FIG. 2; Identical elements are identified with the same reference symbols.
  • the effective line sections of all lines in the forward scan 40 and backward scan 42 are now parallel since the image mirror 22 is set to a constant value 32 of the vertical angle ⁇ during each effective line section.
  • the image mirror 22 is set to the next value 32 of the vertical angle ⁇ , whereby the light beam is deflected along triangular tips 44 and 45 or 46 and 47, the tip of which at the deflection point 41 and 43 lies.
  • the effective line deflection angle ⁇ ie the length of the effective line section
  • the maximum possible mechanical line deflection angle ⁇ m that is to say the entire line length
  • the image is thereby significantly enlarged compared to the principle shown in FIG. 2.
  • the image quality is also noticeably improved, since lines are no longer interleaved.
  • 5 shows how a rectangular image appears on a projection surface 101 during a straight projection without further measures.
  • the projection head is located centrally above the projection surface 101 with respect to both the vertical V and the horizontal H.
  • parallel lines 104 are not equally spaced on the projection surface 101, but their mutual distance increases with increasing vertical distance from the center of the image.
  • the line length also increases, so that instead of a desired rectangular image 103, a pillow-shaped image 102 results.
  • a similar distortion also causes the projection geometry shown in FIG. 6, in which the projection head 20 lies on the vertical V of the projection surface 101, but is arranged above the projection surface 101 with respect to the horizontal H. There is therefore an angle ⁇ between the horizontal H and the main projection axis OA. It is consequently an oblique projection from above in the case shown.
  • the upper image edge which is closer to the projection head 20, is shown shorter than the lower image edge.
  • the side edges run essentially obliquely, so that in addition to the cushion distortion according to FIG. 5, a trapezoidal distortion occurs.
  • the length of lines 104 of the image varies across the image area.
  • FIG. 7 shows the distortion which arises in the case of an oblique projection from the side when the projection head 20 is located horizontally in the center of the projection surface 101, but is laterally displaced with respect to the vertical V. Then an angle ⁇ between OA and V is not equal to zero. As a result, the image 102 is distorted in a pillow-like and trapezoidal manner, lines 104 aligned in parallel for straight projection then diverging in a star shape.
  • FIG. 8 shows the conditions in the case of an oblique projection both from the side and from above, that is to say for w and ⁇ not equal to zero.
  • the projection head 20 thus lies next to the center of the projection surface 101 with respect to the horizontal H and also with respect to the vertical V a combination of the distortions described with reference to FIGS. 4 to 7 results.
  • Lines 104 are also fanned out in a star shape.
  • the lines 104 have line spacings which depend on the number of lines i. This image error is caused by the biaxial beam deflection.
  • the projection head 20 is centered in the horizontal direction with respect to the projection surface 101 and at an angle ⁇ above the center of the image in the vertical direction, an undistorted image 103 is desired.
  • the control of the line mirror 21 or the control of the image mirror 22 are designed accordingly.
  • the horizontal lines 104 of the image have different lengths due to the geometric arrangement. Furthermore, they lie at different distances on the projection surface 101, as shown in broken lines in the image 102. The same occurs with straight projection due to the pillow distortion shown in FIG. 5.
  • the image calculation unit 7 and the driver circuit 8 therefore effect a corresponding correction of the actuation of the image mirror 22 to achieve a uniform line spacing and of the line mirror 21 to achieve a uniform line length.
  • the value of the oblique projection angle ⁇ , ⁇ in addition to other parameters for image display, is entered into the image calculation unit 7 via the control panel 5. This then changes a stored recoding table so that the desired line profile is achieved on the projection surface 101.
  • the image calculation unit 7 calculates values of the horizontal angle ⁇ from the angle ⁇ and effects a corresponding amplitude modulation of the rotary motion oscillation carried out by the line mirror 21 by suitably designing the drive of the line mirror 21.
  • the time course of the amplitude modulation is dependent on the line number.
  • the mechanical line deflection angle ⁇ m defined as the difference between the minimum and maximum horizontal angle varies depending on the line.
  • the mechanical line deflection angle ⁇ m defined as the difference between the minimum and maximum horizontal angle varies depending on the line.
  • the amplitude modulation is achieved in that the line mirror is driven with a drive frequency f A, which is spaced by a frequency deviation ⁇ f from the resonance frequency f R , which has the line mirror 21 which can be excited for the rotary motion oscillation.
  • the drive voltage or the drive current can be changed either at a fixed operating frequency f A.
  • the working frequency f A is therefore constant in the case of a current / voltage modulation and is close to the natural frequency f R of the vibratory mechanical system of the line mirror 21.
  • the working frequency f A does not exactly match the natural frequency f R.
  • the working frequency f A is closer to the natural frequency f R than with a low damping.
  • the frequency deviation .DELTA.f is therefore selected in accordance with the existing equipment.
  • the working frequency f A is controlled within a range.
  • the variability of the mechanical line angle ⁇ m obtained in this way is used to correct the line length differences caused by the image distortion, for example by B. in oblique projection from above with increasing line number i the mechanical line angle ßm of the line opening is reduced by exactly the amount by which the respective line 104 is extended by the geometric conditions. This results in a constant line length on the projection surface even with oblique projection.
  • FIG. 10 shows the deflection of a light beam with respect to the vertical angle ⁇ as a function of the horizontal angle ⁇ in the amplitude modulation of the line mirror 21 explained and in the control of the image mirror 22 according to the staircase function shown in FIG. 3 with constant changes 34 in the vertical angle ⁇ .
  • the type of representation corresponds to FIG. 2; corresponding elements are provided with the same reference numerals.
  • the mechanical line deflection angle ⁇ m decreases with increasing line number i due to the amplitude control.
  • ßm ßm (i).
  • ßt1 and ßt2 which are usually specified by the speed of movement of the line mirror and the line dead time of the video standard of the image to be displayed
  • the total line length is reduced in such a way that lines with the same length are written onto a projection surface 101 when the projection is oblique. This avoids keystone distortion.
  • This concept can also be used to compensate for the pillow distortion in a straight projection according to FIG. 5, which results from the different distances of the projection surface 101 from the deflection point of the projection head 20.
  • the lines lie parallel to one another in the range of the effective line deflection angle ⁇ . Only in the line blind spot areas ßt1, ßt2 is the image mirror 22 adjusted by the change 34 and rotated into the respective vertical angular position for the next line.
  • the amplitude modulation of the rotational movement oscillation of the line mirror 21 results in a decreasing effective line deflection angle ß with increasing line number i, by means of which an extension of the lines 104 caused by the projection geometry is compensated for.
  • FIG. 11 For correction, control of the image mirror 22 is necessary in accordance with a staircase function shown in FIG. 11.
  • the staircase function 31 shown in FIG. 11 essentially corresponds to that in FIG Fig. 3 shown.
  • the crucial difference is that the values 32 of the vertical angle ⁇ in Fig. 11 are now not evenly spaced. Instead, the change 34 between two successive values 32 of the vertical angle ⁇ depends on the line number i.
  • Fig. 11 shows a staircase function 31, in which the change 34, 35 decreases with increasing line number, in order, for. B. in an oblique projection according to FIG. 6 from above to compensate for the increasing line spacing.
  • other changes 34, 35 are to be selected.
  • the changes 34, 35 will generally be symmetrical to the center of the image.
  • a combination of the staircase function 31 of FIG. 11 for controlling the image mirror 22 with the explained amplitude modulation of the line mirror 21 provides the angular deflection of the light beam 26 shown in FIG. 12.
  • both the mechanical line deflection angle ⁇ m and the line spacing between adjacent ones increase Lines 104 with increasing line number i. This compensates for image distortions arising from an oblique projection from above, so that the desired undistorted image 103 is then projected onto the projection surface 101.
  • Curve 98 shows the mechanical line deflection angle ⁇ m for correcting the cushion distortion in the case of a straight projection.
  • Curve 98 shows the value pairs for an oblique projection with a projection angle ⁇ of 15 ° to the horizontal.
  • FIG. 15 shows the time course of the vertical angle ⁇ .
  • the vertical angle ⁇ is also changed while writing a line; This corresponds to the inclined stair steps 32 of the stair function 31. The change made while writing a single line is dependent on the line number.
  • the image mirror thus executes a certain swiveling movement while writing each effective line section, the angular speed of this swiveling movement being dependent on the position of the line, and consequently on the line number i.
  • This achieves the angle control of the light beam shown in FIG. 16, which in the end results in parallel and equally spaced lines on the projection surface 101 when the projection is inclined sideways.

Abstract

The invention relates to a raster projection device for an image, using an intensity-modulated light beam (26), comprising a dual-axis deflector device (20) provided with a moveable line mirror (21) deflecting the light beam (26) in lines on top of said image (103) and a moveable image mirror (22) deflecting the light beam (26) perpendicular thereto. The line mirror (21) and the image mirror (22) are respectively embodied as tilting mirrors. The line mirror (21) can be excited in order to perform a rotating oscillation. The image mirror (22) can be moved into various angle positions (α) and remains in a fixed angle position (α) or carries out a specific angle function when the line mirror (21) deflects the light beam (26) along a line (104), each line (104) being associated with a specific angle position (α) or angle function.

Description

Rasterprojektion eines Bildes mit hin- und hergehender Lichtstrahlführunα Raster projection of an image with back and forth light beam guidance
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes mittels eines intensitätsmodulierten Lichtstrahles, mit einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung, die einen beweglichen, den Lichtstrahl in Zeilen über das Bild ablenkenden Zeilenspiegel und einen beweglichen, den Lichtstrahl senkrecht dazu ablenkenden Bildspiegel aufweist, die jeweils als Kippspiegel ausgebildet sind, wobei der Zeilenspiegel in eine Drehbewegungsschwingung anregbar ist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Rasterprojektion mit hin- und hergehender Lichtstrahlführung.The invention relates to a device for raster projection of an image by means of an intensity-modulated light beam, with a biaxial deflection device which has a movable line mirror deflecting the light beam in lines across the image and a movable image mirror deflecting the light beam perpendicular thereto, each as a tilting mirror are formed, wherein the line mirror can be excited into a rotational movement vibration. The invention further relates to a method for raster projection with reciprocating light beam guidance.
Videoprojektionssysteme, die mit einem direktschreibenden Lichtstrahl unter Verwendung einer zweiachsig arbeitenden Ablenkeinrichtung ein Bild schreiben, sind bekannt. Die Grundprinzipien der dazu benötigten Strahlablenksysteme sind beispielsweise in Stan Reich, „The use of electromechanical mirror scanning devices", SPIE, Vol. 84, Laser Scanning Components and Techniques (1976), dargestellt. Als Beispiel für ein praktisch realisiertes System sei der Aufbau der DE 198 60 017 A1 genannt, bei der die zweiachsig arbeitende Ablenkeinrichtung einen rotierenden Polygonspiegel sowie einen galvanometrisch betätigten Kippspiegel aufweist. Der Lichtstrahl wird vom Polygonspiegel horizontal und vom Kippspiegel vertikal abgelenkt. Der Polygonspiegel wird deshalb als Zeilen- und der Kippspiegel als Bildspiegel bezeichnet.Video projection systems that write an image with a direct writing light beam using a biaxial deflector are known. The basic principles of the beam deflection systems required for this are described, for example, in Stan Reich, "The use of electromechanical mirror scanning devices", SPIE, Vol. 84, Laser Scanning Components and Techniques (1976). The structure of the DE 198 60 017 A1, in which the biaxial deflection device has a rotating polygon mirror and a galvanometrically operated tilting mirror. The light beam is deflected horizontally by the polygon mirror and vertically by the tilting mirror. The polygon mirror is therefore referred to as a line mirror and the tilting mirror as an image mirror.
Der entsprechend modulierte Lichtstrahl wird vom Zeilenspiegel in Zeilenrichtung um einen horizontalen Winkel abgelenkt. Die Differenz zwischen minimalem und maximalem horizontalen Winkel, die beim Polygonspiegel von der Zahl der Spiegelfacetten beeinflußt ist, wird als Zeilenablenkwinkel bezeichnet und ist eine Einflußgröße für die letztlich erreichbare Bildbreite. Der Bildspiegel lenkt den Lichtstrahl um einen vertikalen Winkel ab. Die Differenz zwischen minimalem und maximalem vertikalem Winkel ist der Bildablenkwinkel, der die Bildhöhe bestimmt.The correspondingly modulated light beam is deflected by a horizontal angle in the line direction from the line mirror. The difference between the minimum and maximum horizontal angle, which is influenced by the number of mirror facets in the case of the polygon mirror, is referred to as the line deflection angle and is an influencing variable for the ultimately achievable image width. The image mirror deflects the light beam by a vertical angle. The difference between the minimum and maximum vertical angles is the image deflection angle, which determines the image height.
Bei einer Ablenkeinrichtung mit Polygonspiegel wird der Lichtstrahl auf der Projektionsfläche ähnlich dem Elektronenstrahl einer Fernsehröhre geführt, d.h. das Schreiben jeder Zeile erfolgt immer in derselben Richtung, beispielsweise von links nach rechts, und die Zeilen werden nacheinander von oben nach unten aufgebaut. Um die erforderliche Geschwindigkeit beim Aufbau eines Bildes zu erreichen, sind sehr schnell rotierende Polygonspiegel erforderlich; die Drehfrequenzen liegen in der Größenordnung von 2,5 kHz, was erhebliche mechanische Anforderungen an den Polygonspiegel sowie ausgefeilte Spiegellagerungen erfordert. Alternativ kann der die horizontale Ablenkung bewirkende Zeilenspiegel als Kippspiegel ausgebildet werden, der eine Drehbewegungsschwingung mit erforderlicher Frequenz ausführt. Der Lichtstrahl wird dann vom Zeilenspiegel in Hinwärts- und Rückwärtsbewegungen über die Zeilen geführt, während der Bildspiegel die vertikale Ablenkung senkrecht dazu bewirkt. Dabei liegen die projizierten Zeilen allerdings nicht mehr parallel, sondern haben die Form eines Sägezahns, was eine schlechte Bildqualität zur Folge hat. Im Stand der Technik toleriert man dies entweder, wenn es, wie beispielsweise bei Barcode-Scannem, möglich ist, oder ein breiter Bildbereich um die Umkehrpunkte herum, an denen jeweils benachbarte Zeilen besonders dicht beieinander liegen, wird durch Dunkeltastung des Lichtstrahles ausgeblendet, um die Bildverschlechterung wenigstens teilweise zu beheben. Bei letzterer Lösung muß allerdings ein verminderter Zeilenablenkwinkel in Kauf genommen werden, da die Länge des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes sinkt.In a deflection device with a polygon mirror, the light beam is guided on the projection surface in a manner similar to the electron beam of a television tube, ie each line is always written in the same direction, for example from left to right, and the lines are built up in succession from top to bottom. In order to achieve the required speed when building an image, rotating polygon mirrors are required very quickly; the rotational frequencies are of the order of 2.5 kHz, which requires considerable mechanical demands on the polygon mirror as well as sophisticated mirror bearings. Alternatively, the line mirror which effects the horizontal deflection can be designed as a tilting mirror which carries out a rotary motion oscillation with the required frequency. The light beam is then moved back and forth across the lines by the line mirror, while the image mirror causes the vertical deflection perpendicular to it. However, the projected lines are no longer parallel, but have the shape of a sawtooth, which results in poor image quality. In the prior art, this is either tolerated if it is possible, as is the case with barcode scanners, for example, or a wide image area around the reversal points, at which adjacent lines are particularly close to one another, is hidden by blanking the light beam in order to avoid the To fix the image deterioration at least partially. In the latter solution, however, a reduced line deflection angle has to be accepted, since the length of the effectively usable line section decreases.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rasterprojektion der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, daß die Bildqualität ohne Verminderung des Zeilenablenkwinkels gesteigert ist.The invention is therefore based on the object of developing a device for raster projection of the type described at the outset such that the image quality is increased without reducing the line deflection angle.
Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Bildspiegel eine ungleichförmige Drehbewegung ausführt, während der Zeilenspiegel eine in einer Drehrichtung verlaufende Teilperiode der Drehbewegungsschwingung ausführt.This object is achieved in a device mentioned at the outset in that the image mirror carries out a non-uniform rotary movement, while the line mirror carries out a partial period of the rotary movement vibration which runs in one direction of rotation.
Der Zeilenspiegel lenkt den Lichtstrahl horizontal ab und führt ihn dabei über die Zeilen des Bildes. Diese bestehen jeweils aus einem effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt, in dem der Lichtstrahl mit einer nutzbaren Bildinformation moduliert wird, und restlichen Zeilenabschnitten, in denen der Lichtstrahl dunkelgetastet ist.The line mirror deflects the light beam horizontally and guides it over the lines of the image. These each consist of an effectively usable line section in which the light beam is modulated with usable image information, and remaining line sections in which the light beam is blanked.
Der Zeilenspiegel führt eine periodische Drehbewegungsschwingung aus und lenkt während einer Teilperiode den Lichtstrahl über einen effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt. Der Bildspiegel bewirkt die senkrecht dazu erfolgende Vertikalstellung in geeigneter zur Teilperiode der Zeilenspiegelschwingung abgestimmter Bewegung. Diese Bewegung des Bildspiegels verläuft für die effektiv nutzbaren Zeilenabschnitte anders, als für die restlichen Zeilenabschnitte.The line mirror performs a periodic rotary motion oscillation and directs the light beam over an effectively usable line section during a partial period. The image mirror effects the vertical position perpendicular to it in a movement which is suitable for the partial period of the line mirror oscillation. This movement of the image mirror runs differently for the effectively usable line segments than for the remaining line segments.
Während der Dunkeltastung des Lichtstrahles fährt der Bildspiegel in eine neue Winkelstellung, die er zum Schreiben der nächstfolgenden Zeile am Anfang deren effektivem Zeilenabschnitt einnehmen muß. Die Bewegung des Bildspiegels während des effektiven Zeilenabschnittes hängt von der Projektionsgeometrie insbesondere von einer eventuell vorzunehmenden Schrägprojektionskorrektur ab.During the blanking of the light beam, the image mirror moves into a new angular position, which it has to assume at the beginning of its effective line section in order to write the next line. The movement of the image mirror during the effective line section depends on the projection geometry, in particular on a possible oblique projection correction.
Durch die insgesamt während des Schreibens eines Bildes ungleichförmige Bewegung desDue to the overall nonuniform movement of the image while writing an image
Bildspiegles, die bspw. einer in etwa treppenförmigen Winkelfunktion genügen kann, wobei jede Treppenstufe einer entsprechenden Zeile zugeordnet ist, wird erreicht, daß die Zeilen bei der hin- und hergehenden Ablenkung durch den Zeilenspiegel exakt parallel zueinander liegen, auch bei beliebiger Schrägprojektion. Das sägezahnförmige Zeilenbild des Standes der Technik wird somit durch die ungleichförmige Bewegung des Bildspiegels vermieden.Image mirrors, which can, for example, fulfill an approximately staircase-shaped angular function, each stair step being assigned to a corresponding line, ensure that the lines are exactly parallel to one another during the reciprocating deflection by the line mirror, even with any Oblique projection. The sawtooth-shaped line image of the prior art is thus avoided by the non-uniform movement of the image mirror.
Durch die nunmehr parallele Lage der effektiven Zeilenabschnitte auf der Projektionsfläche wird die Bildqualität deutlich verbessert, insbesondere ist die zum Bildrand bei herkömmlichen Kippspiegeln deutlich abnehmende Bildqualität beseitigt; die Bildqualität ist über das gesamte Bild gleichmäßig gut.Due to the now parallel position of the effective line sections on the projection surface, the image quality is significantly improved, in particular the image quality, which decreases significantly with conventional tilting mirrors, is eliminated; the image quality is equally good over the entire image.
Wesentlich ist, daß die Bewegung des Bildspiegels, während des Zeitraumes, in dem eine Zeile entlang ihres effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes mit Bildinformation geschrieben wird, einer bestimmten Winkelfunktion genügt und nach dem effektiv nutzbaren Zeilenabschnitt in die passende Winkelposition für die nächste Zeile wechselt.It is essential that the movement of the image mirror, during the period in which a line is written along its effectively usable line section with image information, fulfills a certain angular function and changes to the appropriate angular position for the next line after the effectively usable line section.
Der Bildspiegel lenkt beispielsweise den Lichtstrahl um einen festen vertikalen Winkel (α) ab, während der Zeilenspiegel den Lichtstrahl um einen horizontalen Winkel entlang des effektiven Zeilenabschnitts einer Zeile ablenkt. Die Winkelfunktion entspricht dann der zuvor erwähnten Treppenfunktion, wobei jede Treppenstufe einer entsprechenden Zeile zugeordnet ist. Die Winkelfunktion ist folglich so gestaltet, daß jedem effektiven Zeilenabschnitt eine bestimmte Winkelstellung des Bildspiegels zugeordnet ist.For example, the image mirror deflects the light beam by a fixed vertical angle (α), while the line mirror deflects the light beam by a horizontal angle along the effective line section of a line. The angle function then corresponds to the previously mentioned staircase function, with each stair step being assigned to a corresponding line. The angular function is consequently designed such that a certain angular position of the image mirror is assigned to each effective line section.
Der Wechsel von einer ersten festen Winkelstellung, die einer ersten Zeile zugeordnet ist und die der Bildspiegel am Ende des effektiven Zeilenabschnittes dieser Zeile innehat, in eine zweite feste Winkelstellung, die einer folgenden Zeile zugeordnet ist und die der Bildspiegel am Anfang deren effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes einnehmen muß, würde zur Projektion aparalleler Zeilenabschnitte während dieses Wechsels führen. In einer Weiterbildung ist deshalb vorgesehen, daß der Bildspiegel den Wechsel ausführt, während der intensitätsmodulierte Lichtstrahl in einem außerhalb des effektiven Zeilenabschnitts liegenden Bereich der Zeile dunkelgetastet ist. Der Bildspiegel nimmt also eine bestimmte Winkelstellung ein, während die Zeile entlang ihres effektiv nutzbaren Zeilenabschnitts mit Bildinformation geschrieben wird. Erst nach dem Schreiben des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes wird der Bildspiegel während der Zeilen-Totzeit in die feste Winkelposition überführt, die der nächsten Zeile zugeordnet ist.The change from a first fixed angular position which is assigned to a first line and which the image mirror has at the end of the effective line section of this line, into a second fixed angular position which is assigned to a following line and which the image mirror occupies at the beginning of its effectively usable line section would lead to the projection of non-parallel line segments during this change. In a further development it is therefore provided that the image mirror carries out the change, while the intensity-modulated light beam is blanked out in an area of the line lying outside the effective line section. The image mirror thus assumes a certain angular position while the line is written with image information along its effectively usable line section. Only after writing the effectively usable line section is the image mirror transferred during the line dead time to the fixed angular position which is assigned to the next line.
Die dadurch bedingte Zeilen-Totzeit ist durch die Stellgeschwindigkeit des Bildspiegels bestimmt und kann damit sehr viel kürzer ausfallen, als die durch noch tolerierbare Bildfehler bestimmte Zeilen- Totzeit beim Stand der Technik. Der mögliche Zeilenablenkwinkel und damit die erreichbare Bildgröße ist bei gegebenem Abstand zwischen Ablenkeinrichtung und Projektionsfläche durch die deutlich verringerte Zeilen-Totzeit beträchtlich gesteigert.The resulting line dead time is determined by the positioning speed of the image mirror and can therefore be much shorter than the line dead time in the prior art determined by still tolerable image errors. The possible line deflection angle and thus the achievable image size is considerably increased for a given distance between the deflection device and the projection surface due to the significantly reduced line dead time.
Dieses Konzept kann insbesondere bei Schrägprojektion von oben oder unten zur Verbesserung der Bildqualität beitragen. Es ist für solche Fälle zu bevorzugen, daß die den Zeilenanfängen zugeordneten Winkelstellungen nicht äquidistant zueinander sind. In der Mehrzahl der Einsatzfälle für eine Vorrichtung zur Rasterprojektion ist eine Ausrichtung möglich, bei der die Hauptprojektionsachse senkrecht zur Projektionsfläche steht. Manchmal erzwingen räumliche Gegebenheiten aber eine schräge Projektion. Bei einer Schrägprojektion, die einen horizontalen Winkel zwischen der Hauptprojektionsachse von der Projektionsoptik auf die Projektionsfläche und der Normalen der Projektionsfläche mit sich bringt, laufen normalerweise die Zeilen auf der Projektionsfläche sternförmig auseinander. Zum Ausgleich dieser Bildverzerrung ist es zweckmäßig, eine Drehbewegung des Bildspiegels während des Schreibens des effektiv nutzbaren Zeilenabschnittes vorzusehen, so daß die Zeilen auf der Projektionsfläche dennoch parallel liegen. Dazu ist vorgesehen, der Zeilenspiegel in jeder Teilperiode den Lichtstrahl entlang einer Zeile ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und der Bildspiegel, während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit ungleich Null eine bestimmte vertikale Winkelbewegung ausführt, wobei jeder Zeile eine bestimmte vertikale Winkelstellung (α) zugeordnet ist.This concept can help to improve the image quality, especially when projecting obliquely from above or below. For such cases it is preferable that the angular positions assigned to the beginning of the line are not equidistant from one another. In the majority of applications for a device for raster projection, an alignment is possible in which the main projection axis is perpendicular to the projection surface. Sometimes, however, spatial conditions force an oblique projection. In the case of an oblique projection which brings about a horizontal angle between the main projection axis from the projection optics onto the projection surface and the normal of the projection surface, the lines on the projection surface normally diverge in a star shape. To compensate for this image distortion, it is expedient to provide a rotational movement of the image mirror while writing the effectively usable line section, so that the lines are nevertheless parallel on the projection surface. For this purpose, it is provided that the line mirror deflects the light beam along a line in each partial period, which line has an effective line section in which the light beam is intensity-modulated for image display, and the image mirror, while each effective line section executes a certain vertical angular movement with a rotational movement speed other than zero, whereby a certain vertical angular position (α) is assigned to each line.
Dazu kann bspw. eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die die Bewegung des Bildspiegels gemäß einer Treppenfunktion steuert, wobei jedem Zeilenabschnitt eine Stufe zugeordnet ist. Die Treppenstufen dieser Treppenfunktion verlaufen jeweils unter einem bestimmten Steigungswinkel, d.h. der Bildspiegel führt während jedes effektiven Zeilenabschnittes eine Drehbewegung mit bestimmter von der Lage der Zeile im Bild abhängiger Winkelgeschwindigkeit aus. Die eingangs erwähnte Winkelfunktion sieht hier also eine bestimmte lineare Winkelverstellung während jeder Stufe vor.For this purpose, for example, a control device can be provided which controls the movement of the image mirror in accordance with a staircase function, a step being assigned to each line section. The steps of this staircase function each run at a certain angle, i.e. the image mirror executes a rotational movement with a certain angular velocity depending on the position of the line in the image during each effective line segment. The angle function mentioned at the outset therefore provides for a specific linear angle adjustment during each stage.
Aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Zeilenspiegels ist es zum Ausgleich einer seitlichen Schrägprojektion zweckmäßig daß benachbarte Treppenstufen eine Steigung mit jeweils entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen. Durch diese Ausgestaltung kann eine beliebige seitliche Schrägposition korrigiert werden, so daß parallele Zeilen projiziert werden und damit keine optimale Bildqualität erreicht wird.Due to the reciprocating movement of the line mirror, it is expedient to compensate for a lateral oblique projection that adjacent steps have an incline with opposite signs. With this configuration, any lateral inclined position can be corrected, so that parallel lines are projected and therefore no optimal image quality is achieved.
In speziellen Einsatzfällen ist eine Schrägprojektion von oben oder unten, z. B. von einer Decke eines Raumes auf eine Zimmerwand, gewünscht; dies ist beispielsweise regelmäßig in Vortragssälen derIn special applications, an oblique projection from above or below, e.g. B. from a ceiling of a room on a room wall, desired; this is, for example, regular in the lecture halls of the
Fall. Die Vorrichtung zur Rasterprojektion ist dann so ausgerichtet, daß ihre Hauptprojektionsachse nicht mehr senkrecht zur Projektionsfläche steht. Diese Projektionsgeometrie verursacht auch eine im wesentlichen trapezförmige Bildverzerrung mit über die Projektionsfläche variierender Zeilenlänge.Case. The device for raster projection is then aligned so that its main projection axis is no longer perpendicular to the projection surface. This projection geometry also causes an essentially trapezoidal image distortion with a line length that varies over the projection surface.
Die Erfindung ermöglicht für solche Fälle, die bislang im Stand der Technik üblicherweise mit einer entsprechenden elektronischen Umrechnung des Bildes behandelt wurden, eine besonders einfacheThe invention enables a particularly simple one for those cases which have hitherto usually been treated in the prior art with a corresponding electronic conversion of the image
Lösung dahingehend, daß zur Korrektur der Zeilenlänge bei einer Schrägprojektion des Bildes unter einem Projektionswinkel zwischen Hauptprojektionsachse und Projektionsfläche ungleich 90° dieSolution in that the correction of the line length in the case of an oblique projection of the image at a projection angle between the main projection axis and the projection surface is not equal to 90 °
Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels zeilenabhängig gestaltet wird. Damit können aufgrund derVibration amplitude of the line mirror is designed depending on the line. Because of that
Projektionsgeometrie unterschiedliche Zeilenlängen durch eine entsprechend von der Lage der Zeilen im Bild abhängigen Funktion für den Zeilenablenkwinkel ausgeglichen werden. Eine Umrechnung der Bildinformation, die nicht nur rechenintensiv ist, sondern oftmals auch Informationsverlust mit sich bringt, wird damit unnötig. Statt dessen kann auf einfache Weise die Ansteuerung der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels an die Projektionsverhältnisse angepaßt werden. Darüber hinaus ändert sich durch dieses Vorgehen die Auflösung im projizierten Bild nicht, was insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Abbildungstreue fordern, (beispielsweise CAD-Systeme) von besonderem Vorteil ist. Schließlich ermöglicht diese einfache Bildentzerrung eine schnelle Anpassung an verschiedene Projektionsgeometrien, ohne daß aufwendig eine elektronische Bildentzerrung umgestellt werden müßte.Projection geometry different line lengths can be compensated for by a function for the line deflection angle which is dependent on the position of the lines in the image. It is therefore unnecessary to convert the image information, which is not only computationally intensive, but often also involves loss of information. Instead, the control of the rotary motion oscillation of the line mirror can be adapted to the projection conditions in a simple manner. In addition, this procedure does not change the resolution in the projected image, which is particularly advantageous in applications that require high image fidelity (for example CAD systems). Finally, this simple image equalization enables rapid adaptation to different projection geometries, without the need for expensive electronic image equalization.
Insbesondere ermöglicht dieses Konzept auf einfache Weise eine Korrektur der bei großen Ablenkwinkeln besonders störenden Kissenverzerrungen, die ebenfalls unterschiedliche Zeilenlängen mit sich bringen.In particular, this concept makes it possible in a simple manner to correct the pillow distortions which are particularly disruptive at large deflection angles and which likewise bring about different line lengths.
Die nunmehr parallel verlaufenden Zeilen haben gleiche Winkelabstände bezogen auf den Ort der Ablenkeinrichtung. Im projizierten Bild sind jedoch die Zeilenabstände über das gesamte Bild hinweg meist nicht gleich; selbst wenn die Hauptprojektionsachse senkrecht zur Projektionsfläche liegt, liegen die Zeilen in Bildmitte enger beieinander als am oberen und unteren Bildrand. Um eine dadurch hervorgerufene, streifige Bilddarstellung zu vermeiden, ist es besonders zweckmäßig, die eingangs erwähnte Ansteuerung des Bildspiegels gemäß einer Winkelfunktion (z. B. Treppenfunktion) vorzunehmen. Dann sind die den einzelnen Zeilen zugeordneten vertikalen Winkel der Strahlablenkung nicht äquidistant, wobei die Unterschiede so gewählt sind, daß die Zeilenabstände im projizierten Bild gleich sind.The lines now running parallel have the same angular spacing in relation to the location of the deflection device. In the projected image, however, the line spacing is usually not the same across the entire image; even if the main projection axis is perpendicular to the screen, the lines are closer to each other in the center of the screen than at the top and bottom of the screen. In order to avoid a streaky image representation caused thereby, it is particularly expedient to carry out the aforementioned control of the image mirror in accordance with an angular function (e.g. stair function). Then the vertical angles of the beam deflection assigned to the individual lines are not equidistant, the differences being chosen such that the line spacings in the projected image are the same.
Die Art der Winkelfunktion hängt von der Projektionsgeometrie ab. Liegt eine Projektion vor, bei der lediglich die Zeilenabstände im Bild variieren, ist es bevorzugt, daß der Bildspiegel in einer festen vertikalen Winkelstellung verharrt, während der Zeilenspiegel den Lichtstrahl entlang des effektiven Zeilenabschnitts einer Zeile ablenkt, wobei jeder Zeile eine bestimmte vertikale Winkelstellung zugeordnet ist.The type of angular function depends on the projection geometry. If there is a projection in which only the line spacings in the image vary, it is preferred that the image mirror remain in a fixed vertical angular position, while the line mirror deflects the light beam along the effective line section of a line, each line being assigned a specific vertical angular position ,
Durch eine entsprechende Gestaltung der Winkelfunktionen kann eine schrägprojektionsbedingte Variation des Zeilenabstandes ausgeglichen werden, so daß die effektiven Zeilenabschnitte auf der Projektionsfläche nicht nur parallel, sondern auch äquidistant liegen. Die bereits erwähnte Treppenfunktion hat dann unterschiedliche Stufenhöhen. Dadurch ist die Bildqualität weiter verbessert.A corresponding design of the angular functions can compensate for a variation in the line spacing due to the oblique projection, so that the effective line segments on the projection surface are not only parallel but also equidistant. The stair function already mentioned then has different step heights. This further improves the picture quality.
Zweckmäßigerweise werden Zeilen- und Bildspiegel von einer Steuereinrichtung angesteuert, die nicht nur den Bewegungsablauf dieser Spiegel, sondern auch die Modulation des Lichtstrahles beeinflußt. Damit kann in einer einzigen Steuervorrichtung auf einfache Weise eine Synchronisation zwischen der Dunkeltastung des Lichtstrahles und der Steuerung der vertikalen und horizontalen Winkel der Strahlablenkung erfolgen. Als Zeilenspiegel kommt jeder geeignet antreibbare Kippspiegel in Frage. Besonders bevorzugt ist dabei ein Kippspiegel, der mit einer festen Arbeitsfrequenz nahe seiner Resonanzfrequenz zu einer Drehbewegungsschwingung um die Achse der Zeilenablenkung angetrieben wird. Dann kann durch einfache Regelung der Antriebsspannung bzw. des Antriebsstromes der erregenden Schwingung der gewünschte Zeilenöffnungswinkel, d.h. die gewünschte Schwingungsamplitude, eingestellt werden.Line and image mirrors are expediently controlled by a control device, which not only influences the movement sequence of these mirrors, but also the modulation of the light beam. In this way, a synchronization between the blanking of the light beam and the control of the vertical and horizontal angles of the beam deflection can be carried out in a simple manner in a single control device. Any suitable drivable tilting mirror can be used as a line mirror. A tilting mirror is particularly preferred, which is driven at a fixed working frequency close to its resonance frequency to produce a rotary motion oscillation about the axis of the line deflection. Then the desired line opening angle, ie the desired vibration amplitude, can be set by simply regulating the drive voltage or the drive current of the exciting vibration.
Alternativ kann ein solcher Zeilenspiegel mit einer erregenden Schwingung mit fester Antriebsspannung bzw. festem Antriebsstrom beaufschlagt werden und die Schwingungsamplitudenvariation durch eine leichte Frequenzänderung erreicht werden. Bereits eine solche geringe Frequenzänderung bewirkt bei konstantem Antriebsstrom bzw. konstanter Antriebsspannung eine spürbare Amplitudenveränderung der Spiegelschwingung, die gut regelbar ist. Eine derartige Frequenzmodulation hat gegenüber der vorerwähnten Strom- bzw. Spannungsmodulation den Vorteil, daß sie in der Regel störungsfreier ist, geringeren Aufwand erfordert und besseres Regelverhalten zeigt.Alternatively, such a line mirror can be subjected to an exciting oscillation with a fixed drive voltage or a fixed drive current, and the oscillation amplitude variation can be achieved by a slight change in frequency. Even such a small change in frequency, with constant drive current or constant drive voltage, causes a noticeable change in amplitude of the mirror oscillation, which can be regulated well. Such a frequency modulation has the advantage over the aforementioned current or voltage modulation that it is generally less interference, requires less effort and shows better control behavior.
Bei Betrieb des Zeilenspiegels mit einer Drehbewegungsschwingung etwas neben der Eigenfrequenz, also im überkritischen oder unterkritischen Bereich, ist eine besonders exakte Steuerung der Schwingungsamplitude gewährleistet und zugleich die gewünschte Amplitudenüberhöhung realisiert. Bei prinzipiell möglichem Betrieb exakt auf der Eigenfrequenz treten vermehrt regelungstechnisch nur schwer beherrschbare Instabilitäten auf.When the line mirror is operated with a rotary motion oscillation somewhat apart from the natural frequency, that is to say in the supercritical or subcritical range, a particularly exact control of the oscillation amplitude is ensured and at the same time the desired amplitude increase is realized. When operation is possible in principle on the natural frequency, instabilities are difficult to control.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiter bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Lichtstrahl über eine Zeile in einer Hinwärtsrichtung geführt wird, wobei die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit verändert wird, dann eine den Lichtstrahl dunkeltastende Intensitätsmodulation und gleichzeitig eine Veränderung der Ablenkung um die Bildachse mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erfolgt und dann wieder der Lichtstrahl entlang einer weiteren Zeile in einer Rückwärtsrichtung geführt wird, wobei optional wieder die Ablenkung der Bildachse nicht oder mit einer dritten Winkelgeschwindigkeit verändert wird.The object on which the invention is based is further achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the light beam is guided over a line in a forward direction, the deflection about the image axis not being changed or being changed at a first angular velocity, then intensity modulation blanking the light beam and at the same time there is a change in the deflection around the image axis at a second angular velocity and then the light beam is again guided along a further line in a backward direction, the deflection of the image axis again optionally not being changed or at a third angular velocity.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet ebenfalls parallelen Zeilenverlauf im projizierten Bild und vermeidet die starken Ablenkwinkeleinschränkungen, wie sie sich bei dem geschilderten herkömmlichem sägezahnförmigen Verlauf des Lichtstrahls über die Projektionsfläche ergeben. Die eingangs erwähnten Vorteile hinsichtlich besserer Bildqualität werden auch mit diesem Verfahren erreicht.This method according to the invention likewise ensures a parallel line course in the projected image and avoids the severe deflection angle restrictions which arise in the case of the described conventional sawtooth-shaped course of the light beam over the projection surface. The advantages mentioned above with regard to better image quality are also achieved with this method.
Zur Verbesserung der Bildqualität ist es zu bevorzugen, die Ablenkung um die Bildachse abhängig von der Lage der Zeile im Bild zu verändern. Damit kann eine äquidistante Zeilenverte'tlung auf der Projektionsfläche erreicht werden, was die Bildqualität nochmals steigert. Bei Schrägprojektion kann auch die Lage der Ablenkeinrichtung zur Projektionsfläche berücksichtigt werden. Zur Verzerrungskorrektur ist es zu bevorzugen, die Ablenkung um die Bildachse ebenfalls abhängig von der Lage der Zeilen auf der Projektionsfläche zu wählen, um eine durch die Projektionsgeometrie verursachte Zeilenlängeninhomogenität auszugleichen.To improve the image quality, it is preferable to change the deflection around the image axis depending on the position of the line in the image. This can achieve on the projection, an equidistant Zeilenverte 'tlung, which enhances the image quality again. In the case of oblique projection, the position of the deflection device in relation to the projection surface can also be taken into account. To correct the distortion, it is preferable to select the deflection around the image axis also as a function of the position of the lines on the projection surface, in order to compensate for a line length inhomogeneity caused by the projection geometry.
Natürlich müssen die erwähnten Korrekturen nicht alle zusammen verwirklicht werden; ja nach Projektionsverhältnissen und Anforderungen an die Bildqualität können einzelne der erwähnten Korrekturmaßnahmen oder geeignete Kombinationen daraus ergriffen werden.Of course, the corrections mentioned do not all have to be implemented together; Depending on the projection conditions and image quality requirements, some of the corrective measures mentioned or suitable combinations thereof can be taken.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes,1 shows a device for raster projection of an image,
Fig. 2 die Winkelsteuerung eines mit zwei Kippspiegeln nach dem Stand der Technik über eine Projektionsfläche abgelenkten Lichtbündels,2 shows the angle control of a light beam deflected with two tilting mirrors according to the prior art via a projection surface,
Fig.3 eine Steuerung des vertikalen Winkels der Strahlablenkung gemäß einer Treppenfunktion mit gleichen Winkelschritten,3 a control of the vertical angle of the beam deflection according to a staircase function with the same angle steps,
Fig.4 die Winkelsteuerung eines unter der Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion abgelenkten Lichtstrahls,4 shows the angle control of a light beam deflected using the staircase function shown in FIG. 3,
Fig. 5 bis 8 geometriebedingte Bildverzerrungen bei Gerad- und Schrägprojektion,5 to 8 geometry-related image distortions in straight and oblique projection,
Fig. 9 Diagramme zur Veranschaulichung der Amplitudensteuerung bei einem eine Drehbewegungsschwingung ausführenden Kippspiegel, der als Zeilenspiegel verwendet wird,9 shows diagrams for illustrating the amplitude control in a tilting mirror which executes a rotary motion oscillation and which is used as a line mirror,
Fig. 10 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß der Treppenfunktion der Fig. 3 angesteuerten Bildspiegel sowie einem amplitudenmodulierten Zeilenspiegel abgelenkt wird,10 shows the angular control of a light beam which is deflected with an image mirror controlled according to the staircase function of FIG. 3 and with an amplitude-modulated line mirror.
Fig. 11 eine Treppenfunktion zur Winkelsteuerung eines Bildspiegels mit unterschiedlich großen Winkelschritten,11 shows a staircase function for angular control of an image mirror with differently large angular steps,
Fig. 12 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß Fig. 11 angesteuerten Bildspiegel sowie einem amplitudenmoduliert angesteuerten Zeilenspiegel zur Kompensation einer Schrägprojektionsverzerrungen gemäß Fig. 6 angesteuert wirdFIG. 12 shows the angular control of a light beam which is controlled with an image mirror controlled according to FIG. 11 and a line mirror controlled with amplitude modulation to compensate for oblique projection distortions according to FIG. 6
Fig. 13 der zeilenabhängige Verlauf eines horizontalen Winkels der Strahlenablenkung für verschiedene Projektionsbedingungen, Fig. 14 den zeilenabhängigen Verlauf eines vertikalen Winkels der Strahlablenkung für verschiedene Projektionsbedingungen,13 shows the line-dependent course of a horizontal angle of the beam deflection for different projection conditions, 14 shows the line-dependent course of a vertical angle of the beam deflection for different projection conditions,
Fig. 15 eine Treppenfunktion ähnlich der Fig. 12, jedoch zum Ausgleich einer seitlichen Schrägprojektion gemäß Fig. 7, und15 shows a staircase function similar to FIG. 12, but to compensate for a lateral oblique projection according to FIG. 7, and
Fig. 16 die Winkelsteuerung eines Lichtbündels, das mit einem gemäß Fig. 9 angesteuerten Zeilenspiegel und mit einem gemäß Fig. 10 angesteuerten Bildspiegel abgelenkt wird, um eine Schrägprojektion gemäß Fig. 8 auszugleichen.FIG. 16 shows the angle control of a light beam which is deflected with a line mirror controlled according to FIG. 9 and with an image mirror controlled according to FIG. 10 in order to compensate for an oblique projection according to FIG. 8.
Eine Vorrichtung zur Rasterprojektion ist in Fig. 1 in Form eines Videoprojektionssystems dargestellt, das ein elektromechanisches Strahlenablenkungssystem aufweist. Dieses Videoprojektionssystem hat zwei örtlich getrennt aufgestellte Baugruppen: eine RGB-Lichtquelle 10 sowie einen Projektionskopf 20. Diese Auftrennung in Baugruppen ist jedoch nicht zwingend. Die RGB-Lichtquelle 10 im Projektionskopf 20 unterzubringen, ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn sie entsprechend klein und leicht ausgeführt ist.A device for raster projection is shown in FIG. 1 in the form of a video projection system which has an electromechanical radiation deflection system. This video projection system has two locally separated assemblies: an RGB light source 10 and a projection head 20. However, this division into assemblies is not mandatory. Housing the RGB light source 10 in the projection head 20 is expedient, for example, if it is designed to be correspondingly small and light.
Die RGB-Lichtquelle 10 besteht aus mehreren Laserlichtquellen 1, denen jeweils ein Modulator 2 nachgeschaltet ist. Die Laserlichtquellen 1 und die Modulatoren 2 erzeugen drei Lichtstrahlen in den Primärfarben rot, grün und blau, welche dann in einer Strahlzusammenführung 3 und einer Einkoppeloptik 4 als intensitäts- und farbmoduliertes Lichtbündel in eine Lichtleitfaser 15 über eine Fasersteckverbindung 16 eingekoppelt werden.The RGB light source 10 consists of several laser light sources 1, each of which is followed by a modulator 2. The laser light sources 1 and the modulators 2 generate three light beams in the primary colors red, green and blue, which are then coupled into an optical fiber 15 via a fiber plug-in connection 16 in a beam combination 3 and a coupling optic 4 as an intensity and color-modulated light bundle.
Die RGB-Lichtquelle 10 enthält weiter geeignete (nicht dargestellte) Treiberelektronikeinheiten zum Betrieb der Laserlichtquellen 1. Der RGB-Lichtquelle 10 wird ein Signal VIDEO zugeführt, das von einem Eingangsmodul 6 in ein gerätespezifisches digitales Signal R-G-B umgesetzt wird. Dieses Signal wird von einer Bildberechnungseinheit 7 empfangen, die die Modulatoren 2 steuert. Die Bildberechnungseinheit enthält weiter ein Synchronisationssignal RGBsync, das zur Synchronisation mit dem noch zu beschreibenden Projektionskopf dient. Die Ansteuerung der Modulatoren 2 erfolgt unter Berücksichtigung dieses Synchronisationssignals RGBsync. Weiter weist die RGB-Lichtquelle 10 noch Treiberschaltungen 8 und 9 zur Ansteuerung des Projektionskopfes 20 auf, die mit entsprechenden Signalen Hsync und Vsync gespeist werden.The RGB light source 10 also contains suitable (not shown) driver electronics units for operating the laser light sources 1. The RGB light source 10 is supplied with a signal VIDEO, which is converted by an input module 6 into a device-specific digital signal R-G-B. This signal is received by an image calculation unit 7, which controls the modulators 2. The image calculation unit also contains a synchronization signal RGBsync, which is used for synchronization with the projection head to be described. The modulators 2 are controlled taking this synchronization signal RGBsync into account. Furthermore, the RGB light source 10 also has driver circuits 8 and 9 for controlling the projection head 20, which are fed with corresponding signals Hsync and Vsync.
Das farbmodulierte Lichtbündel wird über die Lichtleitfaser 15 zum Projektionskopf 20 übertragen und dort wiederum an einer Fasersteckverbindung 16 eingespeist. Von dort gelangt es über eine Auskoppeloptik 25 als im wesentlichen paralleles Lichtbündel auf eine Spiegelfläche eines Zeilenspiegels 21. Das Lichtbündel hat einen Durchmesser, der für die Bildpunktgröße des darstellenden Bildes entsprechend gewählt ist. Beispielsweise kann der Durchmesser 2-5 mm betragen. Wesentlich für die weitere Beschreibung ist aber nur die Lage des Zentrums des Lichtbündels, weshalb nachfolgend zur Vereinfachung von einem Lichtstrahl gesprochen wird. Der Zeilenspiegel reflektiert den Lichtstrahl 26 auf eine Spiegelfläche eines Bildspiegels 22 und bewirkt eine horizontale Ablenkung um eine Zeilenachse; der dabei als Ablenkwinkel auftretende horizontale Winkel der Ablenkung ist in Fig. 1 mit ß eingetragen. Der Bildspiegel 22 bewirkt eine senkrecht dazu liegende vertikale Ablenkung um eine Bildachse; der dabei als Ablenkwinkel auftretende vertikale Winkel der Ablenkung ist mit α bezeichnet.The color-modulated light bundle is transmitted via the optical fiber 15 to the projection head 20 and is in turn fed in there at a fiber plug connection 16. From there, it arrives via a decoupling optic 25 as an essentially parallel light beam on a mirror surface of a line mirror 21. The light beam has a diameter which is chosen accordingly for the pixel size of the image to be represented. For example, the diameter can be 2-5 mm. However, only the position of the center of the light bundle is essential for the further description, which is why a light beam is referred to below for simplification. The line mirror reflects the light beam 26 onto a mirror surface of an image mirror 22 and causes a horizontal deflection about a line axis; the horizontal angle of the deflection occurring as the deflection angle is entered in FIG. 1 with ß. The image mirror 22 causes a vertical deflection about an image axis lying perpendicular thereto; the vertical angle of the deflection occurring as the deflection angle is designated by α.
Die Darstellung der Fig. 1 verwendet ein Koordinationssystem, dessen Ursprung am Ort der maximalen Ablenkung in Strahlenrichtung nach links und nach oben liegt, da dadurch nur positive horizontale Winkel ß und vertikale Winkel α auftreten. Diese Wahl ist der einfachen Darstellung halber vorteilhaft, ansonsten aber nicht zwingend.The illustration in FIG. 1 uses a coordination system, the origin of which lies at the location of the maximum deflection in the beam direction to the left and upward, since this only results in positive horizontal angles β and vertical angles α. This choice is advantageous for the sake of simple presentation, but is not otherwise mandatory.
Sowohl der Zeilenspiegel 21 als auch der Bildspiegel 22 sind Kippspiegel. Dabei weist der Zeilenspiegel 21 vorzugsweise eine elektromechanisch angetriebene Spiegelfläche auf, die an Torsionsbändern innerhalb eines schematisch in Fig. 1 gezeigten Rahmens aufgehängt ist.Both the line mirror 21 and the image mirror 22 are tilting mirrors. The line mirror 21 preferably has an electromechanically driven mirror surface which is suspended from torsion straps within a frame shown schematically in FIG. 1.
Der Zeilenspiegel 21 und der Bildspiegel 22 bewirken als Ablenkeinrichtung eine zweiachsige Ablenkung des Lichtstrahles 26 über die Projektionsfläche, derart daß in Richtung einer Hauptprojektionsachse OA ein Bild auf die Projektionsfläche 101 projiziert wird.The line mirror 21 and the image mirror 22 act as a deflection device for a two-axis deflection of the light beam 26 over the projection surface, such that an image is projected onto the projection surface 101 in the direction of a main projection axis OA.
Je nach Projektionsgeometrie wird das Bild dabei vom gewünschten rechteckigen Bild 103, dessen Aspektverhältnis z. B. von einer TV-Norm vorgegeben ist, zu einem verzerrten Bild 102 verzerrt. Im Beispiel der Fig. 1 erfolgt eine Schrägprojektion von oben unter einem Winkel ω zur Horizontalen H. Die Schrägprojektionsparameter (Winkel ω und ε) können über ein Bedienfeld 5 eingegeben werden.Depending on the projection geometry, the image is thereby of the desired rectangular image 103, the aspect ratio of which, for. B. is specified by a TV standard, distorted to a distorted image 102. In the example in FIG. 1, an oblique projection takes place from above at an angle ω to the horizontal H. The oblique projection parameters (angles ω and ε) can be entered via a control panel 5.
Der Zeilenspiegel 21 wird nahe seiner Resonanzfrequenz zu Drehbewegungsschwingungen angetrieben. Dabei wird er im überkritischen oder unterkritischen Bereich mit einer Arbeitsfrequenz fA nahe der Resonanzfrequenz fR angesteuert, um eine ausreichende Amplitudensteuerung zu erreichen und zugleich eine gewünschte Amplitudenüberhöhung zu realisieren. Die Steuerung der Schwingungsamplitude der Drehbewegungsschwingungen, die der Zeilenspiegel 21 ausführt, erfolgt durch eine Strom-/Spannungsmodulation. Die Resonanzerhöhung ermöglicht einen relativ großen mechanischen Auslenkwinkel im Bereich von typisch +/- 12°.The line mirror 21 is driven near its resonance frequency to rotary motion vibrations. It is controlled in the supercritical or subcritical range with an operating frequency f A close to the resonance frequency f R in order to achieve sufficient amplitude control and at the same time to implement a desired increase in amplitude. The control of the vibration amplitude of the rotary motion vibrations, which the line mirror 21 executes, is carried out by a current / voltage modulation. The increase in resonance enables a relatively large mechanical deflection angle in the range of typically +/- 12 °.
Der Bildspiegel 22 ist ein antiresonant betriebener Kippspiegel mit einstellbarer Winkelstellung der Spiegelfläche; vorzugsweise ist er vom Typ eines Spiegelgalvanometers.The image mirror 22 is an anti-resonance tilt mirror with an adjustable angular position of the mirror surface; preferably it is of the mirror galvanometer type.
Wesentlich für die Funktionsfähigkeit des in Fig. 1 dargestellten Videoprojektionssystems ist es, daß die zeitliche Steuerung der Modulatoren 2 und die augenblickliche Winkellage des Zeilenspiegels 21 synchron sind. Dazu ist ein Detektorsystem vorgesehen, um die Winkellage des Zeilenspiegels 22 zu erfassen. Es weist eine Laserdiode 23 sowie einen Photodetektor 24 auf. Die Laserdiode 23 beleuchtet die Rückseite des Zeilenspiegels 21 und der als Array ausgebildete Photodetektor 24 erlaubt es, die Winkelstellung des Zeilenspiegels 21 aufzulösen. Das derart gewonnene Synchronisationssignal RGBsync wird über eine Leitung 11 zur Bildberechnungseinheit 7 geführt und dort, wie erwähnt, eingespeist. Die Bildberechnungseinheit 7 erzeugt daraus das erwähnte Signal Hsync und beaufschlagt damit die Treiberschaltung 8, die eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz die Arbeitsfrequenz fA des Zeilenspiegels 21 ist. Das Signal Hsync liefert eine Information über die Zeilennummer i der jeweils zu schreibenden Zeile, um die Steuerung der Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels 21 auf noch zu beschreibende Weise zu gestalten. Weiter wird von der Treiberschaltung 8 oder von der Bildberechnungseinheit 7 ein Signal Vsync erzeugt, mit dem die Treiberschaltung 9 gespeist wird, welche über eine Leitung 13 den Bildspiegel 22 auf noch zu erläuternde Weise ansteuert.It is essential for the functionality of the video projection system shown in FIG. 1 that the timing of the modulators 2 and the instantaneous angular position of the line mirror 21 are synchronous. For this purpose, a detector system is provided to detect the angular position of the line mirror 22. It has a laser diode 23 and a photodetector 24. The laser diode 23 illuminates the rear of the line mirror 21 and the photodetector 24 designed as an array makes it possible to resolve the angular position of the line mirror 21. The so won Synchronization signal RGBsync is fed via a line 11 to the image calculation unit 7 and, as mentioned, is fed in there. The image calculation unit 7 uses this to generate the aforementioned signal Hsync and thus acts on the driver circuit 8, which generates an AC voltage, the frequency of which is the working frequency f A of the line mirror 21. The signal Hsync supplies information about the line number i of the line to be written in each case in order to design the control of the vibration amplitude of the line mirror 21 in a manner to be described. Furthermore, a signal Vsync is generated by the driver circuit 8 or by the image calculation unit 7, with which the driver circuit 9 is fed, which drives the image mirror 22 via a line 13 in a manner to be explained.
Fig. 2 zeigt beispielhaft den ohne weitere Maßnahmen erfolgenden sägezahnartigen Verlauf, mit dem der Lichtstrahl vom Projektionskopf 20 aus über die Projektionsfläche abgelenkt würde. Dabei ist die Winkelablenkung als vertikaler Winkel α über dem horizontalen Winkel ß im zuvor erwähnten Koordinationssystem aufgetragen.2 shows, by way of example, the sawtooth-like course that takes place without further measures and with which the light beam would be deflected from the projection head 20 over the projection surface. The angular deflection is plotted as a vertical angle α over the horizontal angle β in the aforementioned coordination system.
In einem Hinwärtsscan 40, der beispielsweise einer Teilperiode mit linksdrehender Bewegung des Zeilenspiegels 21 während der von ihm ausgeführten Drehbewegungsschwingung entspricht, wird der Lichtstrahl bei wachsendem horizontalen Winkel ß von maximaler Linksablenkung zu maximaler Rechtsablenkung geführt. Da gleichzeitig der vertikale Winkel α durch kontinuierliche Bewegung des Bildspiegels 22 steigt, wandert der Lichtstrahl 26 auch in Bildrichtung, d. h. in der Darstellung der Fig. 2 nach unten.In a forward scan 40, which corresponds, for example, to a partial period with left-hand movement of the line mirror 21 during the rotational movement oscillation executed by it, the light beam is guided with increasing horizontal angle β from maximum left-hand deflection to maximum right-hand deflection. Since at the same time the vertical angle α increases due to the continuous movement of the image mirror 22, the light beam 26 also moves in the image direction, i. H. in the representation of Fig. 2 down.
Dies erfolgt bis zum Umlenkpunkt 41, an dem der Zeilenspiegel 21 seine maximale Auslenkung in einer Richtung und mithin der horizontale Winkel ß seinen maximalen Wert erreicht hat. Die Drehbewegungsschwingung verläuft dann in die entgegengesetzte Drehrichtung, beispielsweise rechtsdrehend. Es erfolgt ein Rückwärtsscan 42 mit abnehmendem horizontalem Winkel ß, wobei wiederum aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Bildspiegels gleichzeitig der vertikale Winkel α wächst. Am Umlenkpunkt 43 kehrt sich die Bewegung des Zeilenspiegels 21 wieder um, da dieser wieder bei nunmehr minimalem horizontalen Winkel, die in der anderen Richtung maximale Auslenkung seiner Drehbewegungsschwingung erreicht hat.This takes place up to the deflection point 41, at which the line mirror 21 has reached its maximum deflection in one direction and therefore the horizontal angle β has reached its maximum value. The rotary motion oscillation then runs in the opposite direction of rotation, for example clockwise. A backward scan 42 takes place with a decreasing horizontal angle β, the vertical angle α also increasing due to the continuous movement of the image mirror. At the deflection point 43, the movement of the line mirror 21 is reversed again, since the latter has again reached its maximum deflection of its rotary motion oscillation at a now minimal horizontal angle.
Dieser Ablauf setzt sich solange fort, bis der Bildspiegel den maximalen Wert des vertikalen Winkels α erreicht hat und die letzte Zeile (i = z) geschrieben wurde. Der Bildspiegel springt dann in einer Totzeit des Bildes zum minimalen Wert des vertikalen Winkels α zurück.This process continues until the image mirror has reached the maximum value of the vertical angle α and the last line (i = z) has been written. The image mirror then jumps back to the minimum value of the vertical angle α in a dead time of the image.
Da die Zeilen von links nach rechts und von rechts nach links im Wechsel geschrieben werden und der Bildspiegel 22 eine kontinuierliche Bewegung durchführt, liegt kein gleichmäßiger Zeilenabstand vor. An den Rändern der Zeilen nahe der Umlenkpunkte 41 und 43 werden sogar zwei Zeilen aufgrund des Strahldurchmessers zum Teil völlig ineinandergeschrieben. Dies kann dadurch vermindert werden, daß ein entsprechender Zeilentotwinkeibereich ßt1 und ßt2 für den vertikalen Winkel nahe der Umlenkpunkte 43 bzw. 41 gewählt wird, in dem der Lichtstrahl 26 jeweils dunkelgetastet, also ausgeschaltet ist. Durch diese Maßnahme wird aber der mechanisch mögliche Zeilenablenkwinkel ßm, der durch die Differenz zwischen minimalem und maximalem Wert des horizontalen Winkels ß gegeben ist, drastisch auf einen effektiven Zeilenablenkwinkel ße reduziert.Since the lines are written alternately from left to right and from right to left and the image mirror 22 carries out a continuous movement, there is no uniform line spacing. At the edges of the lines near the deflection points 41 and 43, two lines are even partially written into one another owing to the beam diameter. This can be reduced by choosing a corresponding line blind spot range ßt1 and ßt2 for the vertical angle near the deflection points 43 and 41, in which the light beam 26 in each case blanked, that is switched off. This measure, however, drastically reduces the mechanically possible line deflection angle βm, which is given by the difference between the minimum and maximum value of the horizontal angle β, to an effective line deflection angle β.
Trotz der entsprechenden Dunkeltastungen des Lichtstrahles 26 in den Winkelbereichen ßt1 und ßt2, bleiben ein Auflösungsverlust und störende Helligkeitsunterschiede im Bild zwischen Bildmitte und den Bildrändern.Despite the corresponding blanking of the light beam 26 in the angular ranges ßt1 and ßt2, a loss of resolution and disturbing brightness differences remain in the image between the center of the image and the edges of the image.
Um diese Bildmängel zu beheben, wird nun der Bildspiegel 22 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion 30 angesteuert. Dabei verharrt der Bildspiegei 22 während eines effektiven Zeileηabschnittes jeder Zeile auf einem konstanten Wert 32 für den vertikalen Winkel α. Dies entspricht einer Stufe der Treppenfunktion 30. Zwischen den Stufen wird in einer kurzen Zeiientotzeit tz der Bildspiegel 22 um eine Änderung 34 auf den nächsten Wert 32 des vertikalen Winkels α für die nächste Zeile mit der nächsten Zeilennummer i eingestellt. Während dieses einer Zeilentotzeit tz entsprechenden Zeilenbereichs wird der Laserstrahl 26 dunkelgetastet. Jede Zeile besteht also aus einem effektiven Zeilenabschnitt, auf dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung mit Bildinformation intensitätsmoduliert wird, und zwei dunkelgetasteten Zeilenbereichen.In order to remedy these image defects, the image mirror 22 is now controlled according to the staircase function 30 shown in FIG. 3. The image mirror 22 remains at a constant value 32 for the vertical angle α during an effective line segment of each line. This corresponds to a step of the staircase function 30. Between the steps, the image mirror 22 is adjusted by a change 34 to the next value 32 of the vertical angle α for the next line with the next line number i in a short line dead time tz. During this line area corresponding to a line dead time tz, the laser beam 26 is blanked out. Each line therefore consists of an effective line section on which the light beam for image display is intensity-modulated with image information, and two line areas that are blanked out.
Die Werte 32 für den vertikalen Winkel α sind in Fig. 3 äquidistant verteilt, d.h. die Änderung 34 hat für jede Zeilennummer genau denselben Betrag. Sind alle Zeilennummern von i = 1 von i = z derart abgearbeitet, wird der Bildspiegel 22 wieder in die Ausgangsstellung zurückgefahren. Dies ist durch eine Rückschwenkflanke 33 in der Treppenfunktion 30 der Fig. 3 gezeigt. Während der Bildspiegel 22 mit dieser Rückschwenkflanke 33 angesteuert wird, wird der Laserstrahl 26 wieder dunkelgetastet, so daß eine Bildtotzeit tb vorliegt.The values 32 for the vertical angle α are distributed equidistantly in Fig. 3, i.e. Amendment 34 has exactly the same amount for each line number. If all line numbers of i = 1 of i = z have been processed in this way, the image mirror 22 is moved back into the starting position. This is shown by a swivel flank 33 in the staircase function 30 of FIG. 3. While the image mirror 22 is being driven with this return flank 33, the laser beam 26 is again blanked so that an image dead time tb is present.
Durch die Ansteuerung des Bildspiegels 22, die von der Treiberschaltung 9 bewirkt wird, ergibt sich die in Fig. 4 dargestellte Ablenkung des Lichtstrahles. Die Art der Darstellung entspricht dabei der Fig. 2; gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie zu sehen ist, liegen die effektiven Zeilenabschnitte aller Zeilen bei Hinwärtsscan 40 und Rückwärtsscan 42 nunmehr parallel, da der Bildspiegel 22 während jedes effektiven Zeilenabschnittes auf einen konstanten Wert 32 des vertikalen Winkels α eingestellt ist. In den gegenüber Fig. 2 nunmehr stark verminderten Zeilentotwinkeibereich ßt1 und ßt2 wird der Bildspiegel 22 auf den nächsten Wert 32 des vertikalen Winkels α eingestellt, wodurch der Lichtstrahl entlang Dreieckspitzen 44 und 45 bzw. 46 und 47 abgelenkt wird, deren Spitze am Umlenkpunkt 41 bzw. 43 liegt.The deflection of the light beam shown in FIG. 4 results from the control of the image mirror 22, which is effected by the driver circuit 9. The type of representation corresponds to FIG. 2; Identical elements are identified with the same reference symbols. As can be seen, the effective line sections of all lines in the forward scan 40 and backward scan 42 are now parallel since the image mirror 22 is set to a constant value 32 of the vertical angle α during each effective line section. In the line blind spot range ßt1 and ßt2, which is now greatly reduced compared to FIG. 2, the image mirror 22 is set to the next value 32 of the vertical angle α, whereby the light beam is deflected along triangular tips 44 and 45 or 46 and 47, the tip of which at the deflection point 41 and 43 lies.
Durch die Ansteuerung des Bildspiegels 22 gemäß der Treppenfunktion 30 der Fig. 3 wird erreicht, daß der effektive Zeilenablenkwinkel ße, also die Länge des effektiven Zeilenabschnittes, dem maximal möglichen mechanischen Zeilenablenkwinkel ßm, also der gesamten Zeilenlänge, sehr nahe kommt; das Bild ist dadurch gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip deutlich vergrößert. Weiter ist die Bildqualität merklich gesteigert, da kein Ineinanderschreiben von Zeilen mehr erfolgt. Fig. 5 zeigt, wie ein rechteckiges Bild bei einer Geradprojektion ohne weitere Maßnahmen auf einer Projektionsfläche 101 erscheint. Dabei befindet sich der Projektionskopf sowohl bezüglich der Vertikalen V als auch der Horizontalen H mittig über der Projektionsfläche 101. Jedoch liegen auch parallele Zeilen 104 nicht äquidistant auf der Projektionsfläche 101 , sondern ihr gegenseitiger Abstand steigt mit zunehmender vertikaler Distanz von der Bildmitte. Darüber hinaus nimmt die Zeilenlänge ebenso zu, so daß sich anstelle eines gewünschten rechteckigen Bildes 103 ein kissenförmig verzeichnetes Bild 102 ergibt.By controlling the image mirror 22 according to the staircase function 30 of FIG. 3 it is achieved that the effective line deflection angle β, ie the length of the effective line section, comes very close to the maximum possible mechanical line deflection angle βm, that is to say the entire line length; the image is thereby significantly enlarged compared to the principle shown in FIG. 2. The image quality is also noticeably improved, since lines are no longer interleaved. 5 shows how a rectangular image appears on a projection surface 101 during a straight projection without further measures. The projection head is located centrally above the projection surface 101 with respect to both the vertical V and the horizontal H. However, parallel lines 104 are not equally spaced on the projection surface 101, but their mutual distance increases with increasing vertical distance from the center of the image. In addition, the line length also increases, so that instead of a desired rectangular image 103, a pillow-shaped image 102 results.
Eine ähnliche Verzeichnung verursacht auch die in Fig. 6 dargestellte Projektionsgeometrie, bei der der Projektionskopf 20 zwar auf der Vertikalen V der Projektionsfläche 101 liegt, jedoch bezüglich der Horizontalen H oberhalb der Projektionsfläche 101 angeordnet ist. Somit besteht ein Winkel ω zwischen der Horizontalen H und der Hauptprojektionsachse OA. Es handelt sich folglich im dargestellten Fall um eine Schrägprojektion von oben herab. Dabei wird die obere Bildkante, die dem Projektionskopf 20 näher liegt, kürzer dargestellt als die untere Bildkante. Die Seitenkanten verlaufen im wesentlichen schräg, so daß sich zusätzlich zur Kissenverzeichnung gemäß Fig. 5 eine trapezförmige Verzeichnung einstellt. Dadurch variiert die Länge der Zeilen 104 des Bildes über die Bildfläche hinweg.A similar distortion also causes the projection geometry shown in FIG. 6, in which the projection head 20 lies on the vertical V of the projection surface 101, but is arranged above the projection surface 101 with respect to the horizontal H. There is therefore an angle ω between the horizontal H and the main projection axis OA. It is consequently an oblique projection from above in the case shown. The upper image edge, which is closer to the projection head 20, is shown shorter than the lower image edge. The side edges run essentially obliquely, so that in addition to the cushion distortion according to FIG. 5, a trapezoidal distortion occurs. As a result, the length of lines 104 of the image varies across the image area.
In Fig. 7 ist die Verzeichnung dargestellt, die bei einer Schrägprojektion von der Seite entsteht, wenn der Projektionskopf 20 zwar horizontal mittig zur Projektionsfläche 101 liegt, jedoch bezüglich der Vertikalen V seitlich verschoben ist. Dann ist ein Winkel ε zwischen OA und V ungleich Null. Dadurch wird das Bild 102 kissen- und trapezförmig verzerrt, wobei für Geradprojektion parallel ausgerichtete Zeilen 104 dann sternförmig auseinanderlaufen.FIG. 7 shows the distortion which arises in the case of an oblique projection from the side when the projection head 20 is located horizontally in the center of the projection surface 101, but is laterally displaced with respect to the vertical V. Then an angle ε between OA and V is not equal to zero. As a result, the image 102 is distorted in a pillow-like and trapezoidal manner, lines 104 aligned in parallel for straight projection then diverging in a star shape.
Die Fig. 8 zeigt die Verhältnisse bei einer Schrägprojektion sowohl von der Seite als auch von oben, also bei w und ε ungleich Null, Der Projektionskopf 20 liegt also sowohl bezüglich der Horizontalen H als auch bezüglich der Vertikalen V neben der Mitte Projektionsfläche 101. Es ergibt sich eine Kombination der anhand der Figuren 4 bis 7 geschilderten Verzerrungen. Die Zeilen 104 werden dabei ebenfalls sternförmig aufgefächert.8 shows the conditions in the case of an oblique projection both from the side and from above, that is to say for w and ε not equal to zero. The projection head 20 thus lies next to the center of the projection surface 101 with respect to the horizontal H and also with respect to the vertical V a combination of the distortions described with reference to FIGS. 4 to 7 results. Lines 104 are also fanned out in a star shape.
Solche geometriebedingte Verzeichnungen können durch verschiedene Maßnahmen wie folgt behoben werden:Such distortions caused by geometry can be eliminated by various measures as follows:
Bei einem kissenförmig und bei Schrägprojektion zusätzlich trapezförmig verzeichnetem Bild 102, wie es in Fig. 5 oder 6 als gestrichelte Linie eingezeichnet ist, haben die Zeilen 104 von der Zeilenzahl i abhängige Zeilenabstände zueinander. Dieser Bildfehler entsteht durch die zweiachsige Strahlablenkung. Natürlich ist auch, wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, der Projektionskopf 20 in Bezug zur Projektionsfläche 101 in horizontaler Richtung mittig und in vertikaler Richtung unter einem Winkel ω oberhalb der Bildmitte steht, ein unverzeichnetes Bild 103 gewünscht. Um dies zu erreichen, werden die Ansteuerung des Zeilenspiegels 21 bzw. die Ansteuerung des Bildspiegels 22, entsprechend gestaltet. Bei der in Fig. 6 dargestellten Schrägprojektion sind aufgrund der geometrischen Anordnung die horizontalen Zeilen 104 des Bildes unterschiedlich lang. Weiter liegen sie in unterschiedlichem Abstand auf der Projektionsfläche 101, wie dies gestrichelten im Bild 102 gezeichnet ist. Dasselbe tritt bei Geradprojektion durch die in Fig. 5 gezeigte Kissenverzerrung auf.In the case of an image 102 which is recorded in a pillow shape and additionally trapezoidally in the case of an oblique projection, as is shown as a dashed line in FIG. 5 or 6, the lines 104 have line spacings which depend on the number of lines i. This image error is caused by the biaxial beam deflection. Of course, if, as shown in FIG. 6, the projection head 20 is centered in the horizontal direction with respect to the projection surface 101 and at an angle ω above the center of the image in the vertical direction, an undistorted image 103 is desired. In order to achieve this, the control of the line mirror 21 or the control of the image mirror 22 are designed accordingly. In the oblique projection shown in FIG. 6, the horizontal lines 104 of the image have different lengths due to the geometric arrangement. Furthermore, they lie at different distances on the projection surface 101, as shown in broken lines in the image 102. The same occurs with straight projection due to the pillow distortion shown in FIG. 5.
Die Bildberechnungseinheit 7 sowie die Treiberschaltung 8 bewirken deshalb eine entsprechende Korrektur der Ansteuerung des Bildspiegels 22 zum Erreichen eines gleichmäßigen Zeilenabstandes sowie des Zeilenspiegels 21 zum Erreichen einer gleichmäßigen Zeilenlänge. Dazu wird der Wert der Schrägprojektions-Winkels ω, ε neben anderen Parametern zur Bilddarstellung über das Bedienfeld 5 in die Bildberechnungseinheit 7 eingegeben. Diese verändert dann eine gespeicherte Umkodierungstabelle so, daß der gewünschte Zeilenverlauf auf der Projektionsfläche 101 erreicht wird. Dazu berechnet die Bildberechnungseinheit 7 aus dem Winkel ω Werte des horizontalen Winkels ß und bewirkt eine entsprechende Amplitudenmodulation der vom Zeilenspiegel 21 ausgeführten Drehbewegungsschwingung durch geeignete Gestaltung des Antriebs des Zeilenspiegels 21. Der zeitliche Verlauf der Amplitudenmodulation erfolgt abhängig von der Zeilennummer.The image calculation unit 7 and the driver circuit 8 therefore effect a corresponding correction of the actuation of the image mirror 22 to achieve a uniform line spacing and of the line mirror 21 to achieve a uniform line length. For this purpose, the value of the oblique projection angle ω, ε, in addition to other parameters for image display, is entered into the image calculation unit 7 via the control panel 5. This then changes a stored recoding table so that the desired line profile is achieved on the projection surface 101. For this purpose, the image calculation unit 7 calculates values of the horizontal angle β from the angle ω and effects a corresponding amplitude modulation of the rotary motion oscillation carried out by the line mirror 21 by suitably designing the drive of the line mirror 21. The time course of the amplitude modulation is dependent on the line number.
Dazu wird, wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, der als Differenz zwischen minimalem und maximalem horizontalem Winkel definierte mechanische Zeilenablenkwinkel ßm zeilenabhängig variiert. Im in Fig. 9 gezeigten Beispiel erfolgt eine Verstellung zwischen 21,1° für die letzte Zeile im Bild mit der Zeilennummer i = z und 26,3° für die erste Zeile mit der Zeilennummer i = 1 für eine Schrägprojektion gemäß Fig. 6 mit ω= 15° und ε=0° durch eine Amplitudenmodulation der Drehschwingung des Zeilenspiegels.For this purpose, as shown in FIGS. 9 and 10, the mechanical line deflection angle βm defined as the difference between the minimum and maximum horizontal angle varies depending on the line. In the example shown in FIG. 9 there is an adjustment between 21.1 ° for the last line in the image with the line number i = z and 26.3 ° for the first line with the line number i = 1 for an oblique projection according to FIG ω = 15 ° and ε = 0 ° through an amplitude modulation of the torsional vibration of the line mirror.
Die Amplitudenmodulation wird dadurch erreicht, daß der Zeilenspiegel mit einer Antriebsfrequenz fA angetrieben wird, die um eine Frequenzabweichung Δf von der Resonanzfrequenz fR beabstandet ist, die der zur Drehbewegungsschwingung anregbare Zeilenspiegel 21 hat. Zur Amplitudenmodulation kann entweder bei festgehaltener Arbeitsfrequenz fA die Antriebsspannung bzw. der Antriebsstrom verändert werden. Alternativ ist es möglich, den Antriebsstrom bzw. die Antriebsspannung festzuhalten und die Antriebsfrequenz fA etwas zu verstellen, wie dies in Fig. 9 gepunktet dargestellt ist. Die Arbeitsfrequenz fA ist also bei einer Strom-/Spannungsmodulation konstant und liegt nahe der Eigenfrequenz fR des schwingungsfähigen mechanischen Systems des Zeilenspiegels 21.The amplitude modulation is achieved in that the line mirror is driven with a drive frequency f A, which is spaced by a frequency deviation Δf from the resonance frequency f R , which has the line mirror 21 which can be excited for the rotary motion oscillation. For amplitude modulation, the drive voltage or the drive current can be changed either at a fixed operating frequency f A. Alternatively, it is possible to record the drive current or the drive voltage and to adjust the drive frequency f A somewhat, as shown in dotted lines in FIG. 9. The working frequency f A is therefore constant in the case of a current / voltage modulation and is close to the natural frequency f R of the vibratory mechanical system of the line mirror 21.
Für das Regelverhalten des Zeilenspiegels 21 ist es günstig, wenn die Arbeitsfrequenz fA nicht genau mit der Eigenfrequenz fR übereinstimmt. Bei einer hohen Dämpfung des Schwingspiegels 21 liegt die Arbeitsfrequenz fA näher an der Eigenfrequenz fR als bei einer geringen Dämpfung. Die Frequenzabweichung Δf wird deshalb entsprechend den vorliegenden apparativen Gegebenheiten gewählt Zur Frequenzmodulation wird dagegen die Arbeitsfrequenz fA innerhalb eines Bereiches gesteuert. Die derart gewonnene Veränderbarkeit des mechanischen Zeilenwinkels ßm wird zur Korrektur der durch die Bildverzerrung bewirkten Zeilenlängenunterschiede ausgenutzt, indem z. B. bei Schrägprojektion von oben mit zunehmender Zeilennummer i der mechanische Zeilenwinkel ßm der Zeilenöffnung um genau das Maß verringert wird, um das die jeweilige Zeile 104 durch die geometrischen Verhältnisse verlängert wird. Dadurch ergibt sich auch bei Schrägprojektion eine konstante Zeilenlänge auf der Projektionsfläche.For the control behavior of the line mirror 21, it is favorable if the working frequency f A does not exactly match the natural frequency f R. With a high damping of the oscillating mirror 21, the working frequency f A is closer to the natural frequency f R than with a low damping. The frequency deviation .DELTA.f is therefore selected in accordance with the existing equipment. For frequency modulation, however, the working frequency f A is controlled within a range. The variability of the mechanical line angle βm obtained in this way is used to correct the line length differences caused by the image distortion, for example by B. in oblique projection from above with increasing line number i the mechanical line angle ßm of the line opening is reduced by exactly the amount by which the respective line 104 is extended by the geometric conditions. This results in a constant line length on the projection surface even with oblique projection.
Fig. 10 zeigt die Ablenkung eines Lichtstrahls bezüglich des vertikalen Winkels α als Funktion des horizontalen Winkels ß bei der erläuterten Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 und bei der Steuerung des Bildspiegels 22 gemäß der in Fig. 3 dargestellten Treppenfunktion mit konstanten Änderungen 34 des vertikalen Winkels α. Die Darstellungsart entspricht der Fig. 2; entsprechende Elemente sind mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.10 shows the deflection of a light beam with respect to the vertical angle α as a function of the horizontal angle β in the amplitude modulation of the line mirror 21 explained and in the control of the image mirror 22 according to the staircase function shown in FIG. 3 with constant changes 34 in the vertical angle α. The type of representation corresponds to FIG. 2; corresponding elements are provided with the same reference numerals.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, nimmt durch die Amplitudensteuerung der mechanische Zeilenablenkwinkel ßm mit steigender Zeilennummer i ab. Somit gilt ßm = ßm(i). Bei konstanten Zeilentotwinkelbereichen ßt1 und ßt2, die üblicherweise durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Zeilenspiegels und die Zeilentotzeit der Videonorm des darzustellenden Bildes vorgegeben sind, wird der effektive Zeilenablenkwinkel ße als Funktion der Zeilennummer i variiert, es gilt also ße = ße(i). Die gesamte Zeilenlänge wird dadurch so reduziert, daß bei Schrägprojektion auf eine Projektionsfläche 101 gleichlange Zeilen geschrieben werden. Damit ist die Trapezverzerrung vermieden. Dieses Konzept kann auch zum Ausgleich der Kissenverzerrung bei einer Geradprojektion gemäß Fig. 5 verwendet werden, die durch die unterschiedlichen Abstände der Projektionsfläche 101 vom Ablenkpunkt des Projektionskopfes 20 herrührt.As can be seen in FIG. 10, the mechanical line deflection angle βm decreases with increasing line number i due to the amplitude control. Hence ßm = ßm (i). At constant line dead angle ranges ßt1 and ßt2, which are usually specified by the speed of movement of the line mirror and the line dead time of the video standard of the image to be displayed, the effective line deflection angle ß is varied as a function of line number i, so esse = esse (i). The total line length is reduced in such a way that lines with the same length are written onto a projection surface 101 when the projection is oblique. This avoids keystone distortion. This concept can also be used to compensate for the pillow distortion in a straight projection according to FIG. 5, which results from the different distances of the projection surface 101 from the deflection point of the projection head 20.
Durch Kombination der Treppenfunktionsansteuerung des Bildspiegels 22 (gemäß Fig. 3) und der Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 (gemäß Fig. 10) liegen die Zeilen im Bereich des effektiven Zeilenablenkwinkels ße parallel zueinander. Lediglich in den Zeilentotwinkelbereichen ßt1, ßt2 wird der Bildspiegel 22 um die Änderung 34 verstellt und in die jeweilige vertikale Winkelstellung für die nächste Zeile gedreht. Durch die Amplitudenmodulation der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels 21 ergibt sich ein mit steigender Zeilennummer i abnehmender effektiver Zeilenablenkwinkel ße, durch den eine durch die Projektionsgeometrie verursachte Verlängerung der Zeilen 104 ausgeglichen wird.By combining the staircase function control of the image mirror 22 (according to FIG. 3) and the amplitude modulation of the line mirror 21 (according to FIG. 10), the lines lie parallel to one another in the range of the effective line deflection angle β. Only in the line blind spot areas ßt1, ßt2 is the image mirror 22 adjusted by the change 34 and rotated into the respective vertical angular position for the next line. The amplitude modulation of the rotational movement oscillation of the line mirror 21 results in a decreasing effective line deflection angle ß with increasing line number i, by means of which an extension of the lines 104 caused by the projection geometry is compensated for.
Je nach Projektionsbedingung ergeben sich aber auch unterschiedliche Zeilenabstände. Dies ist bei einer Geradprojektion, wie in Fig. 5 gezeigt, dadurch bedingt, daß die der Bildmitte ferner liegenden Zeilen 104 einen größeren Abstand voneinander haben, als die Zeilen im Bildmittenbereich. Ähnliches tritt auch bei einer Schrägprojektion von oben herab, wie in Fig. 6 dargestellt, auf, bei der die Abstände der Zeilen über das Bild hinweg zunehmen.Depending on the projection conditions, there are also different line spacings. In the case of a straight projection, as shown in FIG. 5, this is due to the fact that the lines 104 which are further away from the center of the image are at a greater distance from one another than the lines in the center of the image. The same occurs with an oblique projection from above, as shown in FIG. 6, in which the spacing of the lines increases across the image.
Zur Korrektur ist eine Ansteuerung des Bildspiegels 22 gemäß einer in Fig. 11 gezeigten Treppenfunktion nötig. Die in Fig. 11 dargestellte Treppenfunktion 31 entspricht im wesentlichen der in Fig. 3 gezeigten. Der entscheidende Unterschied liegt darin, daß die Werte 32 des vertikalen Winkels α in Fig. 11 nunmehr nicht gleichmäßig beabstandet sind. Statt dessen hängt die Änderung 34 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten 32 des vertikalen Winkels α von der Zeilennummer i ab. Die Änderung 34 des vertikalen Winkels α ist für den Übergang von der ersten (i=1) auf die zweite (i=2) Zeile größer als für alle nachfolgenden Zeilen. Für den Übergang zur letzten (i=z) Zeile erfolgt die kleinste Änderung 35.For correction, control of the image mirror 22 is necessary in accordance with a staircase function shown in FIG. 11. The staircase function 31 shown in FIG. 11 essentially corresponds to that in FIG Fig. 3 shown. The crucial difference is that the values 32 of the vertical angle α in Fig. 11 are now not evenly spaced. Instead, the change 34 between two successive values 32 of the vertical angle α depends on the line number i. The change 34 of the vertical angle α is greater for the transition from the first (i = 1) to the second (i = 2) line than for all subsequent lines. The smallest change 35 occurs for the transition to the last (i = z) line.
Fig. 11 ist eine Treppenfunktion 31 dargestellt, bei der die Änderung 34, 35 mit steigender Zeilennummer abnimmt, um z. B. bei einer Schrägprojektion gemäß Fig. 6 von oben die zunehmenden Zeilenabstände auszugleichen. Für eine Geradprojektion oder eine Schrägprojektion von unten gilt entsprechendes. Dann sind natürlich andere Änderungen 34, 35 zu wählen. So werden bei Geradprojektion die Änderungen 34, 35 in der Regel symmetrisch zur Bildmitte liegen.Fig. 11 shows a staircase function 31, in which the change 34, 35 decreases with increasing line number, in order, for. B. in an oblique projection according to FIG. 6 from above to compensate for the increasing line spacing. The same applies to a straight projection or an oblique projection from below. Then of course other changes 34, 35 are to be selected. In the case of a straight projection, the changes 34, 35 will generally be symmetrical to the center of the image.
Eine Kombination der Treppenfunktion 31 der Fig. 11 zur Steuerung des Bildspiegels 22 mit der erläuterten Amplitudenmodulation des Zeilenspiegels 21 liefert die in Fig. 12 dargestellte Winkeiablenkung des Lichtstrahles 26. Wie zu sehen ist, nimmt sowohl der mechanische Zeilenablenkwinkel ßm als auch der Zeilenabstand zwischen benachbarten Zeilen 104 mit steigender Zeilennummer i ab. Dadurch werden bei einer Schrägprojektion von oben entstehende Bildverzerrungen ausgeglichen, so daß dann auf der Projektionsfläche 101 das gewünschte unverzerrte Bild 103 projiziert wird.A combination of the staircase function 31 of FIG. 11 for controlling the image mirror 22 with the explained amplitude modulation of the line mirror 21 provides the angular deflection of the light beam 26 shown in FIG. 12. As can be seen, both the mechanical line deflection angle βm and the line spacing between adjacent ones increase Lines 104 with increasing line number i. This compensates for image distortions arising from an oblique projection from above, so that the desired undistorted image 103 is then projected onto the projection surface 101.
Wie der vertikale Winkel α und die Änderungen der Werte 32 für den vertikalen Winkel α von der Zeilennummer i abhängen, ist durch die Projektionsverhältnissen und insbesondere den Grad der Schrägprojektion beeinflußt. Fig. 13 zeigt in zwei Kurven 77 und 78 den zeilennummernabhängigen Verlauf des vertikalen Winkels α für verschiedene Projektionsgeometrien. Kurve 77 zeigt die Abhängigkeit des vertikalen Winkels α von der Zeilennummer i bei einer Geradprojektion zur Korrektur der Kissenverzeichnung, die auf einer ebenen Projektionsfläche entsteht. Kurve 78 zeigt den Verlauf bei einer Schrägprojektion mit einem Projektionswinkel ω = 15° zur Horizontalen H.How the vertical angle α and the changes in the values 32 for the vertical angle α depend on the line number i is influenced by the projection conditions and in particular the degree of the oblique projection. 13 shows in two curves 77 and 78 the line number-dependent course of the vertical angle α for different projection geometries. Curve 77 shows the dependency of the vertical angle α on the line number i in the case of a straight projection for correcting the cushion distortion which arises on a flat projection surface. Curve 78 shows the course of an oblique projection with a projection angle ω = 15 ° to the horizontal H.
Fig. 14 zeigt den entsprechenden Verlauf des mechanischen Zeilenablenkwinkels ßm als Funktion der Zeilennummer i zur Anpassung der projektionsgeometrieabhängigen Zeilenlängenänderungen. Kurve 98 zeigt den mechanischen Zeilenablenkwinkel ßm zur Korrektur der Kissenverzeichnung bei Geradprojektion. Die Kurve 98 zeigt die Wertepaare für eine Schrägprojektion mit einem Projektionswinkel ω von 15° zur Horizontalen.14 shows the corresponding course of the mechanical line deflection angle βm as a function of the line number i for adapting the line length changes which are dependent on the projection geometry. Curve 98 shows the mechanical line deflection angle βm for correcting the cushion distortion in the case of a straight projection. Curve 98 shows the value pairs for an oblique projection with a projection angle ω of 15 ° to the horizontal.
Zur Korrektur von durch seitliche Schrägprojektion verursachten Bildverzerrungen, wie sie in den Fig. 7 und 8 durch den von Null verschiedenen Winkel ε entstehen und zu auseinanderlaufenden Zeilen 104 führen, wird die Treppenfunktion der Fig. 3 bzw. der Fig. 11 dahingehend korrigiert, daß die einzelnen Treppenstufen 32 schräg verlaufen. Dies ist in Fig. 15 dargestellt. Figur 15 zeigt den zeitlichen Verlauf des vertikalen Winkels α. Wie zu sehen ist, wird der vertikale Winkels α auch während des Schreibens einer Zeile verändert; dieses entspricht den schrägverlaufenden Treppenstufen 32 der Treppenfunktion 31. Die während des Schreibens einer einzelnen Zeile durchgeführte Änderung ist dabei abhängig von der Zeilennummer. Die bspw. während der zweiten Zeile (i=2) durchgeführte Änderung 35.2 unterscheidet sich sowohl in Richtung als auch in Betrag von der Änderung 35.i die während des Schreibens der letzten (i=z) Zeile durchgeführt wird. Dasselbe gilt auch für die Änderungen des vertikalen Winkels α, die während der Zeilentotzeit tz durchgeführt wird. Die Änderung 34.1 beim Übergang von der ersten (i=1) zur zweiten (i=2) Zeile unterscheidet sich von der Änderung 34.i, die beim Übergang zur letzten (i=z) Zeile vorgenommen wird.In order to correct image distortions caused by lateral oblique projection, such as occur in FIGS. 7 and 8 due to the non-zero angle ε and lead to diverging lines 104, the staircase function of FIG. 3 and FIG. 11 is corrected in such a way that the individual steps 32 run obliquely. This is shown in FIG. 15. FIG. 15 shows the time course of the vertical angle α. As can be seen, the vertical angle α is also changed while writing a line; This corresponds to the inclined stair steps 32 of the stair function 31. The change made while writing a single line is dependent on the line number. The change 35.2 carried out, for example, during the second line (i = 2) differs both in direction and in amount from the change 35.i which is carried out during the writing of the last (i = z) line. The same applies to the changes in the vertical angle α which are carried out during the line dead time tz. The change 34.1 in the transition from the first (i = 1) to the second (i = 2) line differs from the change 34.i which is carried out in the transition to the last (i = z) line.
Durch die abwechselnd gegensinnig erfolgenden Änderungen 35 des vertikalen Winkels α während des Schreibens einer Zeile wird ein divergierender Zeilenverlauf ausgeglichen. Wegen der geometriebedingten Verzerrung der Zeilen, die ansonsten strahlenförmig auseinanderliefen, sind die Änderungen des vertikalen Winkels α, die während der Zeilentotzeit tz an der Bildkante erfolgen, die den Projektionskopf 20 ferner liegt, merklich größer, als die Änderungen des vertikalen Winkels α die in einer Zeilentotzeit vorgenommen werden, die der dem Projektionskopf 20 näher gelegenen vertikalen Bildkante zugeordnet ist.The alternating changes 35 of the vertical angle α during the writing of a line compensate for a diverging line course. Because of the geometry-related distortion of the lines, which would otherwise diverge radially, the changes in the vertical angle α which occur during the line dead time tz at the image edge which is further away from the projection head 20 are markedly greater than the changes in the vertical angle α those in one Line dead time can be made, which is assigned to the vertical image edge closer to the projection head 20.
Der Bildspiegel führt also während des Schreibens jedes effektiven Zeilenabschnittes eine bestimmte Schwenkbewegung aus, wobei die Winkelgeschwindigkeit dieser Schwenkbewegung von der Lage der Zeile, mithin von der Zeilennummer i abhängt. Dadurch wird die in Fig. 16 dargestellte Winkelsteuerung des Lichtbündels erreicht, die bei seitlich-schräger Projektion im Endeffekt zu parallelen und gleichbeabstandeten Zeilen auf der Projektionsfläche 101 führt. The image mirror thus executes a certain swiveling movement while writing each effective line section, the angular speed of this swiveling movement being dependent on the position of the line, and consequently on the line number i. This achieves the angle control of the light beam shown in FIG. 16, which in the end results in parallel and equally spaced lines on the projection surface 101 when the projection is inclined sideways.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Rasterprojektion eines Bildes mittels eines intensitätsmodulierten Lichtstrahles (26) mit einer zweiachsigen Ablenkeinrichtung (20), die einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) in Zeilen (104) ablenkenden Zeilenspiegel (21) und einen beweglichen, den Lichtstrahl (26) senkrecht dazu ablenkenden Bildspiegel (22) aufweist, wobei der Zeilenspiegel (21) und der Bildspiegel (22) jeweils als Kippspiegel ausgebildet sind und der Zeilenspiegel in eine Drehbewegungsschwingung anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspiegel (22) während einer in einer Drehrichtung verlaufenden Teilperiode der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels (21) eine Drehbewegung mit variierenden Drehbewegungsgeschwindigkeit ausführt.1. Device for raster projection of an image by means of an intensity-modulated light beam (26) with a biaxial deflection device (20) which has a movable line mirror (21) deflecting the light beam (26) in lines (104) and a movable line mirror (21) has a deflecting image mirror (22) perpendicular to it, the line mirror (21) and the image mirror (22) each being designed as a tilting mirror and the line mirror being able to be excited into a rotational movement oscillation, characterized in that the image mirror (22) runs in a direction of rotation during one Partial period of the rotational oscillation of the line mirror (21) performs a rotational movement with varying rotational speed.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) in jeder Teilperiode den Lichtstrahl (26) entlang einer Zeile (104) ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und daß der Bildspiegel (22), während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit gleich Null in einer festen vertikalen Winkelstellung (α) verharrt, wobei jeder Zeile (104) eine bestimmte vertikale Winkelstellung (α) zugeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the line mirror (21) deflects the light beam (26) along a line (104) in each partial period, which has an effective line section in which the light beam is intensity-modulated for image display, and that Image mirror (22), while each effective line section with zero rotational speed remains in a fixed vertical angular position (α), each line (104) being assigned a specific vertical angular position (α).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) in jeder Teilperiode der Drehbewegungsschwingung den Lichtstrahl (26) entlang einer Zeile (104) ablenkt, welche einen effektiven Zeilenabschnitt aufweist, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert ist, und der Bildspiegel (22), während jedes effektiven Zeilenabschnitts mit Drehbewegungsgeschwindigkeit ungleich Null eine bestimmte vertikale Winkelbewegung ausführt, wobei jeder Zeile (104) eine bestimmte vertikale Winkelbewegung zugeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the line mirror (21) deflects the light beam (26) along a line (104) in each sub-period of the rotary motion oscillation, which line has an effective line section in which the light beam is intensity-modulated for image display, and the image mirror (22) executes a certain vertical angular movement during each effective line section with non-zero rotational speed, each line (104) being assigned a specific vertical angular movement.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspiegel (22) von einer ersten Winkelstellung (α) am Ende einer Zeile (104) in eine zweite Winkelstellung (α) am Anfang der folgenden Zeile wechselt, während der intensitätsmodulierte Lichtstrahl (26) in einem außerhalb des effektiven Zeilenabschnitts liegenden Zeϊlenbereich dunkelgetastet ist.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the image mirror (22) changes from a first angular position (α) at the end of a line (104) to a second angular position (α) at the beginning of the following line, while the intensity-modulated light beam (26) is blanked in a cell area outside the effective line section.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zeilenanfängen zugeordneten Winkelstellungen (α) nicht äquidistant zueinander sind. 5. Device according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that the angular positions (α) assigned to the beginning of the line are not equidistant from one another.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Bildspiegels während benachbarten Teilperioden der Drehbewegungsschwingung des Zeilenspiegels (21) jeweils Abschnitte mit entgegengesetzten Drehrichtung aufweist.6. The device according to claim 3, characterized in that the rotational movement of the image mirror during adjacent sub-periods of the rotational movement vibration of the line mirror (21) each have sections with opposite directions of rotation.
7. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilenspiegel (21) ein nahe seiner Resonanzfrequenz zu Drehbewegungsschwingungen anregbarer Kippspiegel mit steuerbarer Schwingungsamplitude ist.7. Device according to one of the above claims, characterized in that the line mirror (21) is a tilting mirror with controllable oscillation amplitude which can be excited to rotational vibrations near its resonance frequency.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude des Zeilenspiegels (21) zeilenabhängig ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the vibration amplitude of the line mirror (21) is line-dependent.
9. Verfahren zur Rasterprojektion eines Bildes, bei dem ein Lichtstrahl (26) intensitätsmoduliert und mittels einer Ablenkeinrichtung (20) durch Ablenkung um eine Zeilen- und eine Bildachse in Zeilen (104) über eine Projektionsfläche (101) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Lichtstrahl (26) über eine Zeile (104) in einer Hinwärtsrichtung geführt wird, wobei die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit verändert wird, b) dann eine den Lichtstrahl (26) dunkeltastende Intensitätsmodulation und gleichzeitig eine Veränderung der Ablenkung um die Bildachse mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erfolgt und c) anschließend der Lichtstrahl (26) entlang einer weiteren Zeile in einer Rückwärtsrichtung geführt wird.9. A method for raster projection of an image in which a light beam (26) is modulated in intensity and guided by means of a deflection device (20) by deflection about a line and an image axis in lines (104) over a projection surface (101), characterized in that a) the light beam (26) is guided over a line (104) in a forward direction, the deflection around the image axis not being changed or being changed at a first angular velocity, b) then an intensity modulation blanking the light beam (26) and at the same time a change in Deflection around the image axis takes place at a second angular velocity and c) the light beam (26) is then guided along a further line in a reverse direction.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung um die Bildachse abhängig von der Lage der Zeile (104) im Bild und der Lage der Ablenkeinrichtung (20) zur Projektionsfläche (101) gestaltet wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the deflection around the image axis depending on the position of the line (104) in the image and the position of the deflection device (20) to the projection surface (101) is designed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines effektiven Zeilenabschnitts, in dem der Lichtstrahl zur Bilddarstellung intensitätsmoduliert wird, zur Verzerrungskorrektur abhängig von der Lage der Zeile (104) im Bild und der Lage der Ablenkeinrichtung (20) zur Projektionsfläche (101 ) gewählt wird.11. The method according to any one of claims 9 or 10, characterized in that the length of an effective line section, in which the light beam is intensity-modulated for image display, for distortion correction depending on the position of the line (104) in the image and the position of the deflection device (20th ) is selected for the projection surface (101).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) die Ablenkung um die Bildachse nicht oder mit einer dritten Winkelgeschwindigkeit verändert wird. 12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that in step c) the deflection around the image axis is not changed or at a third angular velocity.
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