WO2009010099A1 - Device having a camera function and an image projection function - Google Patents

Device having a camera function and an image projection function Download PDF

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WO2009010099A1
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projection
image
camera lens
light
light path
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PCT/EP2007/057442
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Jan Oliver Drumm
Henning Rehn
Original Assignee
Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Definitions

  • the present application relates to a device with a camera function, in the use of which a light beam to be received passes through a camera lens.
  • a device with a camera function which additionally has an image projection function.
  • the image projection function may be additional or alternative to a display.
  • it may be used in the device to record standing or moving pictures taken by the camera function To project images onto a surface outside the device.
  • a light beam to be projected passes through the camera lens of the device when using the image projection function.
  • the camera lens is used both as a lens for shooting and as an objective for projecting images.
  • the image projection function can be integrated into the device with the camera function in a particularly space-saving and cost-effective manner.
  • a digital image sensor for the camera function is contained in the device.
  • the device is according to one embodiment, a photo camera, a camcorder or a mobile phone. These terms refer to one main function of the device. They do not exclude other functions.
  • the camera function of the mobile phone may additionally have both a photo camera function and a camcorder function. Both a photo camera function and a
  • Camcorder function are embodiments of a camera function in the context of the present application.
  • a mechanical or electromechanical switching element is included.
  • a recording light path and a projection light path are adjustable.
  • these light paths can be optionally adjustable so that either the recording light path or the projection light path is set.
  • one of the light paths is set in addition to the other of the light paths.
  • the recording light path passes between an image sensor and the camera lens.
  • the projection light path passes between a projection light source and the camera lens.
  • the switching element basically causes the image sensor to be removed from the image plane of the camera objective and instead an intermediate image plane of the projection system or an imaging element to be positioned there.
  • the image plane of the camera lens is placed in the intermediate image plane of the projection system or on the imaging element by inserting a mirror.
  • the image sensor is movably mounted.
  • the switching element moves the image sensor. That is, in a switching operation by means of the switching element, the image sensor is moved.
  • a movably mounted mirror is included. In a switching operation for adjusting the recording light path or the projection light path, the mirror is moved by means of the switching element.
  • the image sensor and the mirror can in principle be mounted in any movable manner.
  • a movement when performing a switching operation may comprise at least one translation, at least one rotation, or a combination of at least one translation and at least one rotation.
  • a further embodiment of the device provides that the image projection is realized using a light source and an optical deflection device. In one embodiment, the projection is carried out by means of a moving over a projection surface and thereby modulated in its brightness light spot.
  • This projection principle is sometimes called “flying spot projection.” It works in a similar way to imaging a television tube, producing pixels of an image sequentially and composing it into a single image, including a light source and a deflection unit (eg, one or more scanner mirrors)
  • the deflection unit guides a light beam from the light source over the projection surface, thus producing the image to be projected sequentially on the projection surface.
  • the light source has at least one laser. Additionally or alternatively, however, it is also possible for another light-generating element, such as at least one light-emitting diode, to be included.
  • an f- ⁇ lens is arranged, which focuses the light beam to be projected onto a planar image field plane.
  • the image through the f- ⁇ lens is substantially telecentric on the image side.
  • the f- ⁇ lens is designed such that its exit pupil substantially coincides with the entrance pupil of the camera lens.
  • a lens is arranged in a projection light path between the deflector and the camera lens, which causes a positive distortion.
  • the lens is a lens system with at least one lens that provides distortion that compensates for nonlinearity.
  • Another embodiment provides for a projection with a planar illumination and an imaging element.
  • the imaging element is one used in transmission or reflection
  • the imaging element is an array of individually adjustable micromirrors. It may also contain several liquid crystals and micromirrors, for example three.
  • An illumination device for the planar illumination of the imaging element has, according to one embodiment of the device, at least one element from the group consisting of a light emitting diode and a laser.
  • at least one element from the group consisting of a light emitting diode and a laser it is also possible for both at least one light-emitting diode and at least one laser to be used for the illumination.
  • An additional embodiment of the device provides that the exit pupil of the illumination system for the imaging element coincides substantially with the entrance pupil of the camera lens.
  • the focusing of the projected image may be performed by the corresponding function of the camera lens.
  • FIGS. 1A and 1B a schematic sketch of a device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sketch of a device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sketch of a device according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sketch of a device according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sketch of a device according to a fifth exemplary embodiment
  • Figure 6 is a schematic sketch of a device according to a sixth embodiment
  • Figure 7 is a schematic diagram of an apparatus according to a seventh embodiment.
  • the device 1 shown in FIGS. 1A and 1B is a camcorder. This can be used to record moving pictures and sound.
  • a light beam 2 to be recorded passes through a recording light path 21 and passes through the camera lens 3.
  • the device 1 additionally has an image projection function. This makes it possible, with the device 1, to project an image 42 onto a projection surface arranged outside the device.
  • a light beam 4 to be projected passes through a projection light path 41 and passes through the camera lens 3.
  • the device To record sound, the device 1, for example, a microphone 33. To reproduce sound, such as a recorded sound, during projection, the device 1, for example, a speaker (not shown).
  • the device 1 shown in Figure 2 has an image projection function on the flying spot principle.
  • a light source 8 and a deflector 7 are included.
  • the scanning light source 8 has, for example, at least one laser 81 emitting green light, at least one laser 82 emitting red light, and at least one laser 83 emitting blue light.
  • the light beams emitted by the lasers 81, 82, 83 during their operation are combined, for example, by deflecting elements 11 and directed to the deflecting unit 7.
  • the deflecting elements 11 have, for example, simple mirrors 111 and wavelength-selectively reflecting mirrors 112.
  • the light source 8 it is also possible for the light source 8 to have a different number of different colors or a different number of lasers than in the illustrated embodiment. For example, only a single laser can be included that emits light of a single color. As another example, two lasers may be included which emit light of different colors, respectively. In addition, it is also conceivable that the scanning light source 8 emits four different colors, including, for example, four different lasers.
  • the green laser 81 is shown slightly larger than the other lasers 82, 83.
  • the reason for this is that, in the current state of the art, green laser light in the Usually not directly generated by a semiconductor laser, but is generated by nonlinear optical processes, which requires a larger space requirement. Suitable lasers are known to the person skilled in the art, and in particular are also commercially available.
  • the deflecting device 7 also called an optical scanner, may, for example, have a micromirror that oscillates in two directions, or consist partially or completely of such a micromirror.
  • the bi-directional micromirror deflects the beam in two dimensions relative to a plane image to be projected.
  • the deflection device 7 has at least two, respectively, one-dimensional deflection mirrors which deflect the beam in one dimension with respect to a plane image to be projected.
  • the deflector 7 may also include rotating mirrors, e.g. have rotating polygon mirror.
  • Such optical deflection devices 7 are known to the person skilled in the art, and at least some of them are also commercially available.
  • the image projection is carried out by a sequential projection of individual pixels.
  • the light beam to be projected is guided by means of the deflection device 7 over the projection surface.
  • the image is composed, for example, line by line, analogous to the usual operation of a conventional television tube.
  • the movement of the spot on the screen may represent a Lissaj ousfigur.
  • the light beams to be projected all pass through a projection light path 41, which leads through the camera lens 3.
  • the device 1 has a switching element 5, by means of which, for example, either the projection light path 41 or the recording light path 21 is set.
  • the illustration in FIG. 2 shows a state in which the projection light path 41 is set.
  • a mirror 51 is included.
  • the mirror 51 is arranged, for example, spatially between an image sensor 6 and the camera lens 3.
  • the mirror 51 is arranged in the receiving light path 21.
  • the mirror 51 is arranged such that the receiving light path 21 is blocked by it.
  • the mirror 51 can be moved out of the receiving light path 21. This is done for example by means of a rotation, for which purpose, for example, a tilting mirror is used. Alternatively, the mirror 51 can also be moved by translation. In addition, it is also possible that the mirror is moved by a combination of at least one translation and at least one rotation or by a plurality of translations or multiple rotations.
  • the receiving light path 21 is adjusted by moving the mirror 51.
  • the mirror 51 is then arranged so that it no longer completely, or no longer optimally on a to be projected light beam
  • Projection light 41 to the camera lens 3 deflects.
  • the switching element 5 can thus be adjusted in this embodiment, the receiving light path 21 and the projection light 51.
  • the switching element is for example, operated by a switch operable from the outside of the housing, with which the projection function can be turned on.
  • the devices 1 shown in FIGS. 3, 4 and 7 likewise have an image projection function, which comprises a flying spot projection by means of a light source 8 and an optical deflection device 7.
  • the devices according to these embodiments all have a switching element 5, which may have, for example analogously to the previously explained with reference to Figure 2 embodiment, a mirror 51 which is movable for adjusting a projection light path or aconsanderweges.
  • the apparatus 1 illustrated in FIG. 3 contains optical elements 10 which focus at least one light bundle of the light source 8 into the image plane 20 of the camera objective 3.
  • the optical elements 10 are thus part of a focusing device.
  • the image plane of the camera lens is located on the projection light path 41 at a position other than the recording light path 21. On the recording light path 21, the image plane is approximately on the outer surface of the image sensor. 6
  • the focusing device 10 has, for example, three spherical or aspherical lenses which, for example, are each arranged in the beam path of a laser beam of a green, a red and a blue laser 81, 82, 83. These lenses focus the respective laser beam into the image plane 20 of the camera lens 3.
  • This focusing device may for example have a single focusing unit or a plurality of focusing units. The only focusing device is, for example, in
  • a further objective 9 is arranged in the projection light path 41 between the scanner 7 and the camera lens 3.
  • the objective 9 may, for example, be an f- ⁇ objective, which is also called a scanning objective.
  • the imaging by means of the objective 9 can also be recorded positively.
  • the projection beam generated by the light source usually has to be moved at a very high speed on the projection plane to produce the image.
  • a very fast rotating polygon mirror is used for a vertical deflection and a pivoting mirror for the horizontal deflection.
  • the objective is included to compensate for at least one non-linearity of the deflector.
  • the nonlinearity may arise from a movement of a light deflection device, in particular when there is a vibration of at least one deflection mirror. For example, it may be variations in a spot speed on a screen.
  • the lens 9 is, for example, a lens system having at least one lens that provides distortion that compensates for the nonlinearity.
  • the distortion may thus cause the amount of speed of the spot projected on a screen to be constant or at least less variable than in the prior art.
  • essentially equidistant pixels can be generated in terms of time, so that even with variable mirror speed and constant light output, the pixels generated by the light source have the same brightness.
  • the lens system may consist of a single lens, but is advantageously constructed of several lenses, Advantageously, cylindrical lenses can be used.
  • the objective 9 is an f- ⁇ objective, which images the light bundle to be projected on the image side, that is, on its light output side, substantially telecentrically.
  • the light beams run essentially parallel to a main optical axis of the projection light path 41.
  • the lens 9 images the light beam to be projected in such a way that, in addition to focusing on the intermediate image plane 20, its exit pupil substantially coincides with the entrance pupil of the camera objective. This is indicated in FIG.
  • the light beams do not all run substantially parallel to a main optical axis, but the light beam has a convergence or divergence, so that substantially the entrance pupil of the camera lens is illuminated.
  • f- ⁇ lenses or scanning lenses as such are known to those skilled in the art, they are in particular commercially available.
  • the exemplary embodiments of the device illustrated in FIGS. 5 and 6 have an image projection with a projection device which comprises a planar illumination of an imaging element 13.
  • the illuminating device 12 for the planar illumination has, for example, at least one light source 121 which emits green light, at least one light source 122 which emits red light and at least one light source 123 which emits blue light.
  • the light sources 121, 122, 123 are, for example, lasers or in each case luminescence diode components or luminescence diode chips. However, both light-emitting diodes and laser diodes can also be used together as light sources 121, 122, 123.
  • the two-dimensional illumination can also emit more than three different colors. Further, the total number of the light sources 121, 122, 123 included in the panel illumination may vary.
  • the light beams emitted by the light source are directed by deflecting elements 11 onto the imaging element 13 and onto the projection light path 41. For example, they pass through an integrator 14 and a relay optics 15.
  • the integrator is an optical device by means of which the light emitted by the illumination device 12 is mixed as homogeneously as possible.
  • it is a light mixing rod or an arrangement of honeycomb condensers.
  • Such optical elements are known to the person skilled in the art.
  • the relay 15 is, for example, an optical device or an optical element which essentially images the light exit surface of the integrator 14 onto the imaging element 13. It has, for example, a Imaging optics on or consists of an imaging optics. In particular, the relay 15 can also be composed of several parts, for example it has a plurality of lenses which jointly effect the imaging.
  • Imaging devices or imaging optics that are suitable for a relay are basically known to the person skilled in the art.
  • the imaging element 13 has, for example, an arrangement of individually adjustable micromirrors.
  • the micromirrors are arranged in matrix form, for example. For example, they can be individually adjusted in their angle and have two stable end states, between which they can switch. Due to the inclination of the individual micromirrors, the light is either reflected to the camera lens or not.
  • imaging elements are known in the art. In particular, they are also commercially available.
  • the imaging element 13 has, for example, at least one liquid crystal display. It contains, for example, one, two or three LCD elements for a liquid crystal projector. Suitable LCD elements are known to the person skilled in the art.
  • the imaging element 13 can also have at least one LCOS element (liquid crystal on silicon element), which likewise has a liquid crystal, for example in the form of a liquid crystal panel.
  • LCOS element liquid crystal on silicon element
  • An LCOS element is provided with a mirror so that a light beam to be projected is reflected at the imaging element.
  • a conventional LCD element is transilluminated by the light beam to be projected, without this being reflected.
  • imaging elements are the person skilled in principle known and in particular also commercially available.
  • the illumination beam path indicated in FIG. 5 schematically shows the illumination of a micromirror array (DMD).
  • DMD micromirror array
  • the image sensor 6 is in all, for example
  • a digital image sensor can be a charge coupled device (CCD) sensor, a CMOS sensor (also called an active pixel sensor, APS sensor), or any other suitable digital image sensor.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • APS sensor active pixel sensor
  • a plurality of imaging elements 13 and a plurality of image sensors 6 may be included.
  • imaging elements 13 and a plurality of image sensors 6 may be included.
  • imaging elements for example, three LCD elements and three image sensors, for example, three CCD sensors are included.
  • switching elements 5 are respectively contained in the device 1, by means of which the at least one image sensor 6 can be moved.
  • both the image sensor 6 and the imaging element 13 can be moved by means of the switching element 5.
  • the imaging element 13 is pushed to the side, for example, and the image sensor 6 is pushed approximately to the position of the imaging element.
  • FIG. 5 sets the projection light path 41 at which the light beam to be projected impinges on the imaging element 13.
  • the movement of the imaging element 13 and / or of the image sensor 6 can have at least one translation, at least one rotation as well as a combination of at least one translation and at least one rotation. So it is possible, instead of pushing the elements, to swing them in each case in a suitable position.
  • the image sensor 6 can be moved, for example, in a different way than the imaging element 13.

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Abstract

A device having a camera function is provided, during the use of which a light beam to be picked up passes a camera lens. The device additionally has an image projection function. By means of the image projection function, it is possible to project a static or moving image onto a surface disposed outside the device.

Description

Beschreibungdescription
Gerät mit einer Kamerafunktion und einer BildprojektionsfunktionDevice with a camera function and an image projection function
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Gerät mit einer Kamerafunktion, bei deren Verwendung ein aufzunehmendes Lichtbündel ein Kameraobjektiv passiert.The present application relates to a device with a camera function, in the use of which a light beam to be received passes through a camera lens.
Es sind klassische Geräte mit einer Kamerafunktion, beispielsweise Fotokameras und Camcorder, bekannt. Zudem weisen inzwischen viele Mobiltelefone zusätzlich eine Kamerafunktion auf.There are classic devices with a camera function, such as cameras and camcorders known. In addition, many mobile phones now also have a camera function.
Es sind weiterhin unter anderem auch Studien zu einem Mobiltelefon mit einer integrierten Projektionseinrichtung bekannt. Entsprechende Produkte gibt es nicht.Among other things, studies on a mobile telephone with an integrated projection device are also known. There are no corresponding products.
Immer mehr Geräte werden entwickelt, die mehrere verschiedene Funktionen gleichzeitig in sich vereinen.More and more devices are being developed that combine several different functions at the same time.
Es ist eine Aufgabe, ein Gerät mit einer Kamerafunktion bereitzustellen, bei dem zusätzlich eine vorteilhafte weitere Funktion integriert ist.It is an object to provide a device with a camera function, in which an additional advantageous function is additionally integrated.
Vorliegend wird ein Gerät mit einer Kamerafunktion angegeben, das zusätzlich eine Bildprojektionsfunktion aufweist.In the present case, a device with a camera function is specified, which additionally has an image projection function.
Die Bildprojektionsfunktion kann zusätzlich oder als Alternative zu einem Display vorhanden sein. Beispielsweise kann sie in dem Gerät dazu verwendet werden, um mittels der Kamerafunktion aufgenommene stehende oder sich bewegende Bilder auf eine Oberfläche außerhalb des Gerätes zu proj izieren .The image projection function may be additional or alternative to a display. For example, it may be used in the device to record standing or moving pictures taken by the camera function To project images onto a surface outside the device.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform passiert ein zu projizierendes Lichtbündel bei der Verwendung der Bildprojektionsfunktion das Kameraobjektiv des Geräts. Bei dieser Ausführungsform wird das Kameraobjektiv also sowohl als Objektiv für das Aufnehmen als auch als Objektiv für das Projizieren von Bildern verwendet. Dadurch lässt sich die Bildprojektionsfunktion besonders Platz sparend und kostengünstig in das Gerät mit der Kamerafunktion integrieren .According to an advantageous embodiment, a light beam to be projected passes through the camera lens of the device when using the image projection function. Thus, in this embodiment, the camera lens is used both as a lens for shooting and as an objective for projecting images. As a result, the image projection function can be integrated into the device with the camera function in a particularly space-saving and cost-effective manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem Gerät ein digitaler Bildsensor für die Kamerafunktion enthalten.According to a further embodiment, a digital image sensor for the camera function is contained in the device.
Das Gerät ist gemäß einer Ausgestaltung eine Fotokamera, ein Camcorder oder ein Mobiltelefon. Diese Ausdrücke beziehen sich jeweils auf eine Hauptfunktion des Gerätes. Sie schließen andere Funktionen nicht aus. Beispielsweise kann die Kamerafunktion des Mobiltelefons zusätzlich sowohl eine Fotokamerafunktion als auch eine Camcorderfunktion aufweisen Sowohl eine Fotokamerafunktion als auch eineThe device is according to one embodiment, a photo camera, a camcorder or a mobile phone. These terms refer to one main function of the device. They do not exclude other functions. For example, the camera function of the mobile phone may additionally have both a photo camera function and a camcorder function. Both a photo camera function and a
Camcorderfunktion sind Ausgestaltungen einer Kamerafunktion im Sinne der vorliegenden Anmeldung.Camcorder function are embodiments of a camera function in the context of the present application.
In dem Gerät ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein mechanisches oder elektromechanisches Schaltelement enthalten. Mittels des Schaltelements sind ein Aufnahmelichtweg und ein Projektionslichtweg einstellbar. Diese Lichtwege können insbesondere optional einstellbar sein, sodass entweder der Aufnahmelichtweg oder der Projektionslichtweg eingestellt ist. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass einer der Lichtwege zusätzlich zu dem anderen der Lichtwege eingestellt wird. Der Aufnahmelichtweg verläuft zwischen einem Bildsensor und dem Kameraobjektiv. Der Projektionslichtweg verläuft zwischen einer Projektionslichtquelle und dem Kameraobjektiv.In the device according to another embodiment, a mechanical or electromechanical switching element is included. By means of the switching element, a recording light path and a projection light path are adjustable. In particular, these light paths can be optionally adjustable so that either the recording light path or the projection light path is set. However, it is In principle also possible that one of the light paths is set in addition to the other of the light paths. The recording light path passes between an image sensor and the camera lens. The projection light path passes between a projection light source and the camera lens.
Das Schaltelement bewirkt gemäß einer möglichen Ausführungsform grundsätzlich, dass der Bildsensor aus der Bildebene des Kameraobjektives entfernt und statt dessen eine Zwischenbildebene des Projektionssystems oder ein bildgebendes Element dort positioniert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch das Einführen eines Spiegels die Bildebene des Kameraobjektives in die Zwischenbildebene des Projektionssystems oder auf das bildgebende Element gelegt.According to one possible embodiment, the switching element basically causes the image sensor to be removed from the image plane of the camera objective and instead an intermediate image plane of the projection system or an imaging element to be positioned there. According to a further embodiment, the image plane of the camera lens is placed in the intermediate image plane of the projection system or on the imaging element by inserting a mirror.
In einer Ausgestaltung des Geräts ist der Bildsensor bewegbar gelagert. Zum Einstellen des Aufnahmelichtweges oder des Projektionslichtweges bewegt das Schaltelement den Bildsensor. Das heißt, bei einem Schaltvorgang mittels des Schaltelements wird der Bildsensor bewegt.In one embodiment of the device, the image sensor is movably mounted. For adjusting the recording light path or the projection light path, the switching element moves the image sensor. That is, in a switching operation by means of the switching element, the image sensor is moved.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer weiteren Ausgestaltung des Geräts ein bewegbar gelagerter Spiegel enthalten. Bei einem Schaltvorgang zum Einstellen des Aufnahmelichtweges oder des Projektionslichtweges wird der Spiegel mittels des Schaltelements bewegt.Additionally or alternatively, in a further embodiment of the device, a movably mounted mirror is included. In a switching operation for adjusting the recording light path or the projection light path, the mirror is moved by means of the switching element.
Der Bildsensor und der Spiegel können grundsätzlich beliebig bewegbar gelagert sein. Eine Bewegung beim Durchführen eines Schaltvorgangs kann mindestens eine Translation, mindestens eine Rotation oder eine Kombination aus mindestens einer Translation und mindestens einer Rotation umfassen. Eine weitere Ausführungsform des Gerätes sieht vor, dass die Bildprojektion unter Verwendung einer Lichtquelle und einer optischen Ablenkeinrichtung realisiert wird. In einer Ausgestaltung erfolgt die Projektion dabei mittels eines über eine Projektionsfläche bewegten und dabei in seiner Helligkeit modulierten Lichtflecks. Dieses Projektionsprinzip wird teilweise auch „Flying Spot Projektion" genannt. Sie funktioniert ähnlich wie die Bilderzeugung bei einer Fernsehröhre. Bildpunkte eines Bildes werden nacheinander erzeugt und so zu einem Bild zusammengesetzt. Hierzu sind eine Lichtquelle und eine Ablenkeinheit (z.B. ein oder mehrere Scannerspiegel) enthalten. Die Ablenkeinheit führt einen Lichtstrahl der Lichtquelle über die Projektionsfläche. Auf diese Weise wird das zu projizierende Bild sequentiell auf der Projektionsfläche erzeugt.The image sensor and the mirror can in principle be mounted in any movable manner. A movement when performing a switching operation may comprise at least one translation, at least one rotation, or a combination of at least one translation and at least one rotation. A further embodiment of the device provides that the image projection is realized using a light source and an optical deflection device. In one embodiment, the projection is carried out by means of a moving over a projection surface and thereby modulated in its brightness light spot. This projection principle is sometimes called "flying spot projection." It works in a similar way to imaging a television tube, producing pixels of an image sequentially and composing it into a single image, including a light source and a deflection unit (eg, one or more scanner mirrors) The deflection unit guides a light beam from the light source over the projection surface, thus producing the image to be projected sequentially on the projection surface.
In einer Ausgestaltung weist die Lichtquelle mindestens einen Laser auf. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, dass ein anderes Licht erzeugendes Element, wie beispielsweise mindestens eine Lumineszenzdiode, enthalten ist .In one embodiment, the light source has at least one laser. Additionally or alternatively, however, it is also possible for another light-generating element, such as at least one light-emitting diode, to be included.
In dem Projektionslichtweg zwischen der Ablenkeinheit und dem Kameraobjektiv ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein f-θ-Objektiv angeordnet, welches das zu projizierende Lichtbündel auf eine plane Bildfeldebene fokussiert. Bei einem f-θ-Objektiv besteht eine möglichst genaue Proportionalität zwischen dem Einfallswinkel des Strahls und der Position des fokussierten Bildpunkts in der Bildfeldebene . Gemäß einer Ausgestaltung ist die Abbildung durch das f-θ- Objektiv bildseitig im Wesentlichen telezentrisch.In the projection light path between the deflection unit and the camera lens, according to a further embodiment, an f-θ lens is arranged, which focuses the light beam to be projected onto a planar image field plane. In the case of an f-θ objective, the greatest possible proportionality exists between the angle of incidence of the beam and the position of the focused pixel in the image field plane. According to one embodiment, the image through the f-θ lens is substantially telecentric on the image side.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das f-θ-Objektiv derart ausgebildet, dass seine Austrittspupille im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Kameraobjektivs zusammenfällt .According to an alternative embodiment, the f-θ lens is designed such that its exit pupil substantially coincides with the entrance pupil of the camera lens.
In einer weiteren Ausgestaltung des Geräts ist in einem Projektionslichtweg zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Kameraobjektiv ein Objektiv angeordnet, das eine positive Verzeichnung bewirkt. Dadurch können grundsätzlich Nichtlinearitäten der Ablenkeinrichtung, beispielsweise Variationen einer Winkelgeschwindigkeit bei Schwingungen eines in der Ablenkeinrichtung enthaltenen Ablenkspiegels, kompensiert werden. Das Objektiv ist ein Linsensystem mit mindestens einer Linse, die eine Verzeichnung bereitstellt, die die Nichtlinearität kompensiert.In a further embodiment of the device, a lens is arranged in a projection light path between the deflector and the camera lens, which causes a positive distortion. As a result, in principle non-linearities of the deflection device, for example variations in an angular velocity during vibrations of a deflection mirror contained in the deflection device, can be compensated. The lens is a lens system with at least one lens that provides distortion that compensates for nonlinearity.
Eine weitere Ausgestaltung sieht eine Projektion mit einer flächigen Beleuchtung und einem bildgebenden Element vor.Another embodiment provides for a projection with a planar illumination and an imaging element.
In einer Ausführungsform ist das bildgebende Element ein in Transmission oder Reflexion genutztesIn one embodiment, the imaging element is one used in transmission or reflection
Flüssigkristalldisplay. In einer weiteren Ausführungsform ist das bildgebende Element eine Anordnung individuell einstellbarer Mikrospiegel . Es können auch mehrere Flüssigkristalle und Mikrospiegel enthalten sein, beispielsweise drei.Liquid crystal display. In a further embodiment, the imaging element is an array of individually adjustable micromirrors. It may also contain several liquid crystals and micromirrors, for example three.
Eine Beleuchtungseinrichtung für die flächige Beleuchtung des bildgebenden Elements weist gemäß einer Ausführungsform des Geräts mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einer Leuchtdiode und einem Laser auf. Es ist insbesondere auch möglich, dass sowohl mindestens eine Leuchtdiode als auch mindestens ein Laser für die Beleuchtung verwendet werden .An illumination device for the planar illumination of the imaging element has, according to one embodiment of the device, at least one element from the group consisting of a light emitting diode and a laser. In particular, it is also possible for both at least one light-emitting diode and at least one laser to be used for the illumination.
Eine zusätzliche Ausgestaltung des Geräts sieht vor, dass die Austrittspupille des Beleuchtungssystems für das bildgebende Element im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Kameraobjektivs zusammenfällt.An additional embodiment of the device provides that the exit pupil of the illumination system for the imaging element coincides substantially with the entrance pupil of the camera lens.
Bei all diesen Ausführungsformen kann die Fokussierung des projizierten Bildes durch die entsprechende Funktion des Kameraobjektives vorgenommen werden.In all of these embodiments, the focusing of the projected image may be performed by the corresponding function of the camera lens.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Geräts ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further advantages, preferred embodiments and further developments of the device will become apparent from the embodiments explained below in connection with the figures. Show it:
Figuren IA und IB eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,FIGS. 1A and 1B a schematic sketch of a device according to a first exemplary embodiment,
Figur 2 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,FIG. 2 shows a schematic sketch of a device according to a second exemplary embodiment,
Figur 3 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,FIG. 3 shows a schematic sketch of a device according to a third exemplary embodiment,
Figur 4 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,FIG. 4 shows a schematic sketch of a device according to a fourth exemplary embodiment,
Figur 5 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Figur 6 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, undFIG. 5 shows a schematic sketch of a device according to a fifth exemplary embodiment, Figure 6 is a schematic sketch of a device according to a sixth embodiment, and
Figur 7 eine schematische Skizze eines Geräts gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.Figure 7 is a schematic diagram of an apparatus according to a seventh embodiment.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt .In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components are each provided with the same reference numerals. The components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale. Rather, some details of the figures are exaggerated for clarity.
Das in den Figuren IA und IB dargestellte Gerät 1 ist ein Camcorder. Mit diesem lassen sich bewegte Bilder und Ton aufnehmen. Bei der Aufnahme eines Bildes 22 durchläuft ein aufzunehmendes Lichtbündel 2 einen Aufnahmelichtweg 21 und passiert dabei das Kameraobjektiv 3.The device 1 shown in FIGS. 1A and 1B is a camcorder. This can be used to record moving pictures and sound. When taking an image 22, a light beam 2 to be recorded passes through a recording light path 21 and passes through the camera lens 3.
Wie in Figur IB dargestellt, weist das Gerät 1 zusätzlich eine Bildprojektionsfunktion auf. Dadurch ist es möglich, mit dem Gerät 1 ein Bild 42 auf eine außerhalb des Gerätes angeordnete Projektionsfläche zu projizieren. Ein zu projizierendes Lichtbündel 4 durchläuft dabei einen Projektionslichtweg 41 und passiert das Kameraobjektiv 3.As shown in FIG. 1B, the device 1 additionally has an image projection function. This makes it possible, with the device 1, to project an image 42 onto a projection surface arranged outside the device. A light beam 4 to be projected passes through a projection light path 41 and passes through the camera lens 3.
Zur Aufnahme von Ton weist das Gerät 1 z.B. ein Mikrofon 33 auf . Zur Wiedergabe von Ton, beispielsweise eines aufgezeichneten Tons, während der Projektion weist das Gerät 1 z.B. einen Lautsprecher auf (nicht dargestellt) .To record sound, the device 1, for example, a microphone 33. To reproduce sound, such as a recorded sound, during projection, the device 1, for example, a speaker (not shown).
Das in Figur 2 dargestellte Gerät 1 weist eine Bildprojektionsfunktion nach dem flying-spot-Prinzip auf. Hierzu sind eine Lichtquelle 8 sowie eine Ablenkeinrichtung 7 enthalten .The device 1 shown in Figure 2 has an image projection function on the flying spot principle. For this purpose, a light source 8 and a deflector 7 are included.
Die Abtastlichtquelle 8 weist beispielsweise mindestens einen Laser 81 auf, der grünes Licht emittiert, mindestens einen Laser 82 auf, der rotes Licht emittiert und mindestens einen Laser 83 auf, der blaues Licht emittiert. Die von den Lasern 81, 82, 83 bei ihrem Betrieb emittierten Lichtstrahlen werden beispielsweise mittels Umlenkelementen 11 kombiniert und zu der Ablenkeinheit 7 gelenkt. Die Umlenkelemente 11 weisen beispielsweise einfache Spiegel 111 sowie wellenlängenselektiv reflektierende Spiegel 112 auf.The scanning light source 8 has, for example, at least one laser 81 emitting green light, at least one laser 82 emitting red light, and at least one laser 83 emitting blue light. The light beams emitted by the lasers 81, 82, 83 during their operation are combined, for example, by deflecting elements 11 and directed to the deflecting unit 7. The deflecting elements 11 have, for example, simple mirrors 111 and wavelength-selectively reflecting mirrors 112.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Lichtquelle 8 anders als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine andere Anzahl unterschiedlicher Farben oder eine andere Anzahl von Lasern aufweist. Beispielsweise kann nur ein einziger Laser enthalten sein, der Licht einer einzigen Farbe emittiert. Als weiteres Beispiel können zwei Laser enthalten sein, die Licht von jeweils unterschiedlicher Farbe emittieren. Zudem ist es auch denkbar, dass die Abtastlichtquelle 8 vier verschiedene Farben emittiert, wozu beispielsweise vier verschiedene Laser enthalten sind.In principle, it is also possible for the light source 8 to have a different number of different colors or a different number of lasers than in the illustrated embodiment. For example, only a single laser can be included that emits light of a single color. As another example, two lasers may be included which emit light of different colors, respectively. In addition, it is also conceivable that the scanning light source 8 emits four different colors, including, for example, four different lasers.
Der grüne Laser 81 ist etwas größer dargestellt als die übrigen Laser 82, 83. Der Grund hierfür ist, dass beim gegenwärtigen Stand der Technik grünes Laserlicht in der Regel nicht direkt durch einen Halbleiterlaser erzeugt, sondern durch nichtlinear-optische Prozesse generiert wird, was einen größeren Platzbedarf bedingt. Geeignete Laser sind dem Fachmann bekannt, sie sind insbesondere auch kommerziell erhältlich.The green laser 81 is shown slightly larger than the other lasers 82, 83. The reason for this is that, in the current state of the art, green laser light in the Usually not directly generated by a semiconductor laser, but is generated by nonlinear optical processes, which requires a larger space requirement. Suitable lasers are known to the person skilled in the art, and in particular are also commercially available.
Die Ablenkeinrichtung 7, auch optischer Scanner genannt, kann beispielsweise einen in zwei Richtungen schwingenden Mikrospiegel aufweisen oder teilweise oder vollständig aus so einem Mikrospiegel bestehen. Der in zwei Richtungen schwingende Mikrospiegel lenkt den Strahl bezogen auf ein planes zu projizierendes Bild in zwei Dimensionen ab. Alternativ weist die Ablenkeinrichtung 7 mindestens zwei jeweils eindimensionale Ablenkspiegel auf, welche den Strahl bezogen auf ein planes zu projizierendes Bild jeweils in einer Dimension ablenken. Zusätzlich oder alternativ kann die Ablenkeinrichtung 7 auch rotierende Spiegel, z.B. rotierende Polygonspiegel aufweisen. Derartige optische Ablenkeinrichtungen 7 sind dem Fachmann bekannt, sie sind zumindest zum Teil auch kommerziell erhältlich.The deflecting device 7, also called an optical scanner, may, for example, have a micromirror that oscillates in two directions, or consist partially or completely of such a micromirror. The bi-directional micromirror deflects the beam in two dimensions relative to a plane image to be projected. Alternatively, the deflection device 7 has at least two, respectively, one-dimensional deflection mirrors which deflect the beam in one dimension with respect to a plane image to be projected. Additionally or alternatively, the deflector 7 may also include rotating mirrors, e.g. have rotating polygon mirror. Such optical deflection devices 7 are known to the person skilled in the art, and at least some of them are also commercially available.
Die Bildprojektion erfolgt durch eine sequentielle Projektion einzelner Bildpunkte. Hierzu wird das zu projizierende Lichtbündel mittels der Ablenkeinrichtung 7 über die Projektionsfläche geführt. Das Bild wird beispielsweise zeilenweise zusammengesetzt, analog zu der üblichen Funktionsweise einer herkömmlichen Fernsehröhre. Alternativ kann die Bewegung des Spots auf der Projektionsfläche eine Lissaj ousfigur darstellen.The image projection is carried out by a sequential projection of individual pixels. For this purpose, the light beam to be projected is guided by means of the deflection device 7 over the projection surface. The image is composed, for example, line by line, analogous to the usual operation of a conventional television tube. Alternatively, the movement of the spot on the screen may represent a Lissaj ousfigur.
Die zu projizierenden Lichtbündel durchlaufen alle einen Projektionslichtweg 41, der durch das Kameraobjektiv 3 führt. Ein Aufnahmelichtweg 21, der von aufzunehmenden Lichtbündeln 2 durchlaufen wird, führt ebenfalls durch das Kameraobjektiv 3.The light beams to be projected all pass through a projection light path 41, which leads through the camera lens 3. A recording light path 21, the light bundles to be received 2, also passes through the camera lens 3.
Das Gerät 1 weist ein Schaltelement 5 auf, mittels dessen beispielsweise wahlweise der Projektionslichtweg 41 oder der Aufnahmelichtweg 21 eingestellt wird. Die Darstellung in Figur 2 zeigt einen Zustand, bei dem der Projektionslichtweg 41 eingestellt ist. Hierzu ist ein Spiegel 51 enthalten. Der Spiegel 51 ist beispielsweise räumlich zwischen einem Bildsensor 6 und dem Kameraobjektiv 3 angeordnet. Allgemein ausgedrückt ist der Spiegel 51 im Aufnahmelichtweg 21 angeordnet. Wenn der Projektionslichtweg 41 eingestellt ist, ist der Spiegel 51 derart angeordnet, dass der Aufnahmelichtweg 21 durch ihn blockiert wird.The device 1 has a switching element 5, by means of which, for example, either the projection light path 41 or the recording light path 21 is set. The illustration in FIG. 2 shows a state in which the projection light path 41 is set. For this purpose, a mirror 51 is included. The mirror 51 is arranged, for example, spatially between an image sensor 6 and the camera lens 3. Generally speaking, the mirror 51 is arranged in the receiving light path 21. When the projection light path 41 is set, the mirror 51 is arranged such that the receiving light path 21 is blocked by it.
Der Spiegel 51 lässt sich aus dem Aufnahmelichtweg 21 heraus bewegen. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer Rotation, wozu zum Beispiel ein Kippspiegel verwendet wird. Alternativ kann der Spiegel 51 auch durch eine Translation bewegt werden. Zudem ist es auch möglich, dass der Spiegel durch eine Kombination mindestens einer Translation und mindestens einer Rotation oder durch jeweils mehrere Translationen oder mehrere Rotationen bewegt wird.The mirror 51 can be moved out of the receiving light path 21. This is done for example by means of a rotation, for which purpose, for example, a tilting mirror is used. Alternatively, the mirror 51 can also be moved by translation. In addition, it is also possible that the mirror is moved by a combination of at least one translation and at least one rotation or by a plurality of translations or multiple rotations.
Ausgehend von dem in Figur 2 dargestellten Zustand wird durch Bewegen des Spiegels 51 der Aufnahmelichtweg 21 eingestellt. Der Spiegel 51 ist dann derart angeordnet, dass er das zu projizierende Lichtbündel nicht mehr, nicht mehr vollständig oder nicht mehr in optimaler Weise auf einemStarting from the state shown in FIG. 2, the receiving light path 21 is adjusted by moving the mirror 51. The mirror 51 is then arranged so that it no longer completely, or no longer optimally on a to be projected light beam
Projektionslichtweg 41 zum Kameraobjektiv 3 umlenkt. Mittels des Schaltelements 5 lässt sich somit bei diesem Ausführungsbeispiel der Aufnahmelichtweg 21 und der Projektionslichtweg 51 einstellen. Das Schaltelement wird beispielsweise durch einen von außen am Gehäuse betätigbaren Schalter bedient, mit dem die Projektionsfunktion eingeschaltet werden kann.Projection light 41 to the camera lens 3 deflects. By means of the switching element 5 can thus be adjusted in this embodiment, the receiving light path 21 and the projection light 51. The switching element is for example, operated by a switch operable from the outside of the housing, with which the projection function can be turned on.
Die in den Figuren 3, 4 und 7 dargestellten Geräte 1 haben ebenfalls eine Bildprojektionsfunktion, die eine flying-spot- Projektion mittels einer Lichtquelle 8 und einer optischen Ablenkeinrichtung 7 umfasst.The devices 1 shown in FIGS. 3, 4 and 7 likewise have an image projection function, which comprises a flying spot projection by means of a light source 8 and an optical deflection device 7.
Zudem haben die Geräte gemäß dieser Ausführungsbeispiele alle ein Schaltelement 5, das beispielsweise analog zu dem vorhergehend anhand Figur 2 erläuterten Ausführungsbeispiel einen Spiegel 51 aufweisen kann, der zum Einstellen eines Projektionslichtweges oder eines Aufnahmelichtweges bewegbar ist.In addition, the devices according to these embodiments all have a switching element 5, which may have, for example analogously to the previously explained with reference to Figure 2 embodiment, a mirror 51 which is movable for adjusting a projection light path or a Aufnahmelichtweges.
Das in Figur 3 dargestellte Gerät 1 enthält optische Elemente 10, welche mindestens ein Lichtbündel der Lichtquelle 8 in die Bildebene 20 des Kameraobjektives 3 fokussieren. Die optischen Elemente 10 sind somit Bestandteil einer Fokussiereinrichtung. Die Bildebene des Kameraobjektives befindet sich auf dem Projektionslichtweg 41 an einer anderen Stelle als auf dem Aufnahmelichtweg 21. Auf dem Aufnahmelichtweg 21 befindet sich die Bildebene ungefähr auf der Außenfläche des Bildsensors 6.The apparatus 1 illustrated in FIG. 3 contains optical elements 10 which focus at least one light bundle of the light source 8 into the image plane 20 of the camera objective 3. The optical elements 10 are thus part of a focusing device. The image plane of the camera lens is located on the projection light path 41 at a position other than the recording light path 21. On the recording light path 21, the image plane is approximately on the outer surface of the image sensor. 6
Die Fokussiereinrichtung 10 weist beispielsweise drei sphärische oder asphärische Linsen auf, die beispielsweise jeweils im Strahlengang eines Laserstrahles von einem grünen, einem roten und einem blauen Laser 81, 82, 83 angeordnet sind. Diese Linsen fokussieren den jeweiligen Laserstrahl in die Bildebene 20 des Kameraobjektives 3. Es ist jedoch bei Verwendung mehrerer Laserstrahlen auch möglich, diese zunächst mittels der Umlenkelemente 11 auf einen gemeinsamen Projektionslichtweg 41 zu lenken und sie dann mittels einer einzigen Fokussiereinrichtung auf die Bildebene 20 zu fokussieren. Diese Fokussiereinrichtung kann beispielsweise eine einzige Fokussiereinheit oder auch mehrere Fokussiereinheiten aufweisen. Die einzige Fokussiereinrichtung ist beispielsweise imThe focusing device 10 has, for example, three spherical or aspherical lenses which, for example, are each arranged in the beam path of a laser beam of a green, a red and a blue laser 81, 82, 83. These lenses focus the respective laser beam into the image plane 20 of the camera lens 3. However, when using a plurality of laser beams, it is also possible first to direct them by means of the deflecting elements 11 onto a common projection light path 41 and then to focus them on the image plane 20 by means of a single focusing device. This focusing device may for example have a single focusing unit or a plurality of focusing units. The only focusing device is, for example, in
Projektionslichtweg 41 zwischen den Umlenkeinrichtungen 11 und der Ablenkeinrichtung 7 angeordnet (nicht dargestellt) .Projection light path 41 between the deflectors 11 and the deflector 7 arranged (not shown).
Bei den in den Figuren 4 und 7 veranschaulichten Ausführungsbeispielen des Gerätes ist im Projektionslichtweg 41 zwischen dem Abtaster 7 und dem Kameraobjektiv 3 ein weiteres Objektiv 9 angeordnet. Das Objektiv 9 kann beispielsweise ein f-θ-Objektiv sein, das auch Scanning- Objektiv genannt wird.In the illustrated in Figures 4 and 7 embodiments of the device, a further objective 9 is arranged in the projection light path 41 between the scanner 7 and the camera lens 3. The objective 9 may, for example, be an f-θ objective, which is also called a scanning objective.
Alternativ kann die Abbildung mittels des Objektivs 9 auch positiv verzeichnet sein. Bei Projektionssystemen, die zur Bilderzeugung eine Lichtquelle und eine Ablenkeinrichtung verwenden, muss der von der Lichtquelle erzeugte Projektionsstrahl meist mit einer sehr hohen Geschwindigkeit auf der Projektionsebene bewegt werden, um das Bild zu erzeugen. Dazu werden beispielsweise ein sich sehr schnell drehender Polygonspiegel für eine vertikale Ablenkung und ein Schwenkspiegel für die horizontale Ablenkung verwendet. Es gibt jedoch auch in zwei Achsen schwingende (Mikro-) Spiegel, die den Einsatz zweier Spiegel unnötig machen. Um mittels eines solchen Spiegels ein Bild aufzubauen, wird dieser in eine harmonische Schwingung versetzt, die die entsprechende Ablenkung des Projektionsstrahls bewirkt. Aufgrund der Schwingungsbewegung ist die Geschwindigkeit des Spots am Schirm über den Auslenkungsbereich nicht konstant. Dies führt dazu, dass im Randbereich des Bildes, d. h. an den Umkehrpunkten der Schwingungsbewegung, dieAlternatively, the imaging by means of the objective 9 can also be recorded positively. In projection systems that use a light source and a deflector for imaging, the projection beam generated by the light source usually has to be moved at a very high speed on the projection plane to produce the image. For example, a very fast rotating polygon mirror is used for a vertical deflection and a pivoting mirror for the horizontal deflection. However, there are also vibrating (micro) mirrors in two axes, which make the use of two mirrors unnecessary. In order to build up an image by means of such a mirror, it is set in a harmonic oscillation, which causes the corresponding deflection of the projection beam. Due to the oscillatory motion, the speed of the spot on the screen is not constant over the deflection range. This leads to that in the edge region of the image, ie at the reversal points of the oscillatory motion, the
Spotgeschwindigkeit langsamer ist, was dort bei konstanter Lichtleistung der Lichtquelle in einer höheren Helligkeit resultieren würde. Um ein gleichmäßig helles Bild zu erzeugen ist das Objektiv zum Kompensieren mindestens einer Nichtlinearität der Ablenkeinrichtung enthalten.Spot speed is slower, which would result there at constant light output of the light source in a higher brightness. To produce a uniformly bright image, the objective is included to compensate for at least one non-linearity of the deflector.
Die Nichtlinearität kann durch eine Bewegung einer Lichtablenkeinrichtung, insbesondere bei einer Schwingung von mindestens einem Ablenkspiegel, entstehen. Es kann sich beispielsweise um Variationen in einer Spotgeschwindigkeit an einer Projektionsfläche handeln. Das Objektiv 9 ist beispielsweise ein Linsensystem mit mindestens einer Linse, die eine Verzeichnung bereitstellt, die die Nichtlinearität kompensiert .The nonlinearity may arise from a movement of a light deflection device, in particular when there is a vibration of at least one deflection mirror. For example, it may be variations in a spot speed on a screen. The lens 9 is, for example, a lens system having at least one lens that provides distortion that compensates for the nonlinearity.
Durch das Vorschalten des Objektivs 9 zwischen Ablenkeinrichtung und Projektionsebene kann erreicht werden, dass die Verzeichnung des Linsensystems dieBy connecting the lens 9 between deflector and projection plane can be achieved that the distortion of the lens system the
Geschwindigkeitsschwankungen eines Spots ganz oder teilweise eliminiert. Die Verzeichnung kann also bewirken, dass der Betrag der Geschwindigkeit des auf einem Schirm projizierten Spots konstant ist oder zumindest geringere Variationen aufweist als beim Stand der Technik. Dadurch können zeitlich im Wesentlichen äquidistante Pixel erzeugt werden, so dass auch bei variabler Spiegelgeschwindigkeit und konstanter Lichtleistung die von der Lichtquelle erzeugten Pixel die gleiche Helligkeit aufweisen. Das Linsensystem kann aus einer einzigen Linse bestehen, ist jedoch vorteilhafterweise aus mehreren Linsen aufgebaut, Vorteilhafterweise können auch Zylinderlinsen zum Einsatz kommen .Speed variations of a spot completely or partially eliminated. The distortion may thus cause the amount of speed of the spot projected on a screen to be constant or at least less variable than in the prior art. As a result, essentially equidistant pixels can be generated in terms of time, so that even with variable mirror speed and constant light output, the pixels generated by the light source have the same brightness. The lens system may consist of a single lens, but is advantageously constructed of several lenses, Advantageously, cylindrical lenses can be used.
Die Verwendung eines f-theta-Objektivs für ein Laserprojektionssystem ist in der US 5694180 A beschrieben. Dieses ist verzeichnungsfrei ausgelegt.The use of an f-theta lens for a laser projection system is described in US 5694180A. This is designed distortion-free.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Objektiv 9 ein f-θ-Objektiv, dass das zu projizierende Lichtbündel bildseitig, das heißt auf seiner Lichtausgangsseite, im Wesentlichen telezentrisch abbildet. Die Lichtstrahlen verlaufen dabei im Wesentlichen parallel zu einer optischen Hauptachse des Projektionslichtweges 41.In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4, the objective 9 is an f-θ objective, which images the light bundle to be projected on the image side, that is, on its light output side, substantially telecentrically. The light beams run essentially parallel to a main optical axis of the projection light path 41.
Alternativ bildet das Objektiv 9 das zu projizierende Lichtbündel derart ab, dass neben der Fokussierung auf die Zwischenbildebene 20 seine Austrittspupille im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Kameraobjektivs zusammenfällt. Dies ist in Figur 7 angedeutet. Die Lichtstrahlen verlaufen hier nicht alle im Wesentlichen parallel zu einer optischen Hauptachse, sondern das Lichtbündel weist eine Konvergenz oder Divergenz auf, sodass im Wesentlichen die Eintrittspupille des Kameraobjektivs ausgeleuchtet wird.Alternatively, the lens 9 images the light beam to be projected in such a way that, in addition to focusing on the intermediate image plane 20, its exit pupil substantially coincides with the entrance pupil of the camera objective. This is indicated in FIG. The light beams do not all run substantially parallel to a main optical axis, but the light beam has a convergence or divergence, so that substantially the entrance pupil of the camera lens is illuminated.
f-θ-Objektive oder Scanning-Objektive als solche sind dem Fachmann bekannt, sie sind insbesondere kommerziell erhältlich.f-θ lenses or scanning lenses as such are known to those skilled in the art, they are in particular commercially available.
Die in den Figuren 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiele des Geräts weisen eine Bildprojektion mit einer Projektionseinrichtung auf, die eine flächige Beleuchtung eines bildgebenden Elements 13 umfasst.The exemplary embodiments of the device illustrated in FIGS. 5 and 6 have an image projection with a projection device which comprises a planar illumination of an imaging element 13.
Die Beleuchtungseinrichtung 12 für die flächige Beleuchtung weist beispielsweise mindestens eine Lichtquelle 121 auf, die grünes Licht emittiert, mindestens eine Lichtquelle 122 auf, die rotes Licht emittiert und mindestens eine Lichtquelle 123 auf, die blaues Licht emittiert. Die Lichtquellen 121, 122, 123 sind beispielsweise jeweils Laser oder jeweils Lumineszenzdiodenbauelemente oder Lumineszenzdiodenchips. Es können jedoch auch sowohl Lumineszenzdioden als auch Laserdioden gemeinsam als Lichtquellen 121, 122, 123 verwendet werden. Die flächige Beleuchtung kann zudem sowohl mehr als auch weniger als drei verschiedene Farben emittieren. Weiter kann die Gesamtanzahl der in der flächigen Beleuchtung enthaltenen Lichtquellen 121, 122, 123 variieren.The illuminating device 12 for the planar illumination has, for example, at least one light source 121 which emits green light, at least one light source 122 which emits red light and at least one light source 123 which emits blue light. The light sources 121, 122, 123 are, for example, lasers or in each case luminescence diode components or luminescence diode chips. However, both light-emitting diodes and laser diodes can also be used together as light sources 121, 122, 123. The two-dimensional illumination can also emit more than three different colors. Further, the total number of the light sources 121, 122, 123 included in the panel illumination may vary.
Die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen werden mittels Umlenkelementen 11 auf das bildgebende Element 13 und auf den Projektionslichtweg 41 gelenkt. Sie passieren beispielsweise einen Integrator 14 und eine Relayoptik 15.The light beams emitted by the light source are directed by deflecting elements 11 onto the imaging element 13 and onto the projection light path 41. For example, they pass through an integrator 14 and a relay optics 15.
Der Integrator ist eine optische Einrichtung mittels dessen das von der Beleuchtungseinrichtung 12 emittierte Licht möglichst homogen durchmischt wird. Beispielsweise handelt es sich um einen Lichtmischstab oder eine Anordnung von Wabenkondensoren. Derartige optische Elemente sind dem Fachmann bekannt.The integrator is an optical device by means of which the light emitted by the illumination device 12 is mixed as homogeneously as possible. For example, it is a light mixing rod or an arrangement of honeycomb condensers. Such optical elements are known to the person skilled in the art.
Das Relay 15 ist beispielsweise eine optische Einrichtung oder ein optisches Element, das im Wesentlichen die Lichtaustrittsfläche des Integrators 14 auf das bildgebende Element 13 abbildet. Es weist beispielsweise eine Abbildungsoptik auf oder besteht aus einer Abbildungsoptik. Das Relay 15 kann insbesondere auch aus mehreren Teilen zusammengestellt sein, beispielsweise weist es mehrere Linsen auf, die gemeinsam die Abbildung bewirken.The relay 15 is, for example, an optical device or an optical element which essentially images the light exit surface of the integrator 14 onto the imaging element 13. It has, for example, a Imaging optics on or consists of an imaging optics. In particular, the relay 15 can also be composed of several parts, for example it has a plurality of lenses which jointly effect the imaging.
Abbildungseinrichtungen oder Abbildungsoptiken, die für ein Relay geeignet sind, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.Imaging devices or imaging optics that are suitable for a relay are basically known to the person skilled in the art.
Das bildgebende Element 13 weist beispielsweise eine Anordnung individuell einstellbarer Mikrospiegel auf. Die Mikrospiegel sind beispielsweise matrixförmig angeordnet. Sie lassen sich zum Beispiel in ihrem Winkel einzeln verstellen und besitzen zwei stabile Endzustände, zwischen denen sie wechseln können. Durch die Neigung der einzelnen Mikrospiegel wird das Licht dabei entweder zum Kameraobjektiv reflektiert oder nicht. Derartige bildgebende Elemente sind dem Fachmann bekannt. Sie sind insbesondere auch kommerziell erhältlich.The imaging element 13 has, for example, an arrangement of individually adjustable micromirrors. The micromirrors are arranged in matrix form, for example. For example, they can be individually adjusted in their angle and have two stable end states, between which they can switch. Due to the inclination of the individual micromirrors, the light is either reflected to the camera lens or not. Such imaging elements are known in the art. In particular, they are also commercially available.
Alternativ weist das bildgebende Element 13 beispielsweise mindestens ein Flüssigkristalldisplay auf. Es enthält beispielsweise ein, zwei oder drei LCD-Elemente für einen Flüssigkristallprojektor. Geeignete LCD-Elemente sind dem Fachmann bekannt.Alternatively, the imaging element 13 has, for example, at least one liquid crystal display. It contains, for example, one, two or three LCD elements for a liquid crystal projector. Suitable LCD elements are known to the person skilled in the art.
Zusätzlich oder alternativ zu einem herkömmlichen LCD-Element kann das bildgebende Element 13 auch mindestens ein LCOS- Element (liquid crystal on silicon-Element) aufweisen, das ebenfalls ein Flüssigkristall, beispielsweise in Form einer Flüssigkristallpaneele aufweist. Ein LCOS-Element ist mit einem Spiegel versehen, sodass ein zu projizierendes Lichtbündel an dem bildgebenden Element reflektiert wird. Dagegen wird ein herkömmliches LCD-Element von dem zu projizierenden Lichtbündel durchleuchtet, ohne dass dieses reflektiert werden. Auch derartige bildgebende Elemente sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und insbesondere auch kommerziell erhältlich.In addition or as an alternative to a conventional LCD element, the imaging element 13 can also have at least one LCOS element (liquid crystal on silicon element), which likewise has a liquid crystal, for example in the form of a liquid crystal panel. An LCOS element is provided with a mirror so that a light beam to be projected is reflected at the imaging element. In contrast, a conventional LCD element is transilluminated by the light beam to be projected, without this being reflected. Also such imaging elements are the person skilled in principle known and in particular also commercially available.
Der in Fig.5 angedeutete Beleuchtungsstrahlengang zeigt schematisch die Beleuchtung eines Mikrospiegelarrays (DMD) . Derartige Anordnungen, auch für LCD und LCOS-Systeme, sind dem Fachmann bekannt.The illumination beam path indicated in FIG. 5 schematically shows the illumination of a micromirror array (DMD). Such arrangements, also for LCD and LCOS systems, are known to the person skilled in the art.
Der Bildsensor 6 ist beispielsweise in allenThe image sensor 6 is in all, for example
Ausführungsbeispielen ein digitaler Bildsensor. Es kann sich dabei um einen CCD-Sensor (charge coupled device-Sensor) , um einen CMOS-Sensor (auch active pixel-Sensor, APS-Sensor genannt) oder einen beliebigen anderen geeigneten digitalen Bildsensor handeln.Embodiments, a digital image sensor. It can be a charge coupled device (CCD) sensor, a CMOS sensor (also called an active pixel sensor, APS sensor), or any other suitable digital image sensor.
In dem Gerät 1 können jeweils mehrere bildgebende Elemente 13 und mehrere Bildsensoren 6 enthalten sein. Beispielsweise sind sowohl drei bildgebende Elemente, zum Beispiel drei LCD- Elemente und drei Bildsensoren, zum Beispiel drei CCD- Sensoren enthalten.In the device 1 in each case a plurality of imaging elements 13 and a plurality of image sensors 6 may be included. For example, both three imaging elements, for example, three LCD elements and three image sensors, for example, three CCD sensors are included.
Bei den in den Figuren 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind jeweils Schaltelemente 5 in dem Gerät 1 enthalten, mittels denen der mindestens eine Bildsensor 6 bewegbar ist.In the embodiments illustrated in FIGS. 5 and 6, switching elements 5 are respectively contained in the device 1, by means of which the at least one image sensor 6 can be moved.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 5 und 6 lassen sich mittels des Schaltelements 5 sowohl der Bildsensor 6 als auch das bildgebende Element 13 bewegen. Beim Einstellen des Aufnahmelichtweges 21 wird das bildgebende Element 13 beispielsweise zur Seite geschoben und der Bildsensor 6 ungefähr an die Stelle des bildgebenden Elements geschoben. Beim Einstellen des Projektionslichtweges 41 werden diese Verschiebungen rückgängig gemacht. In Figur 5 ist der Projektionslichtweg 41 eingestellt, bei dem das zu projizierende Lichtbündel auf das bildgebende Element 13 trifft.In the exemplary embodiments according to FIGS. 5 and 6, both the image sensor 6 and the imaging element 13 can be moved by means of the switching element 5. When adjusting the recording light path 21, the imaging element 13 is pushed to the side, for example, and the image sensor 6 is pushed approximately to the position of the imaging element. When adjusting the projection light path 41, these become Undo shifts. FIG. 5 sets the projection light path 41 at which the light beam to be projected impinges on the imaging element 13.
Die Bewegung des bildgebenden Elements 13 und/oder des Bildsensors 6 kann sowohl mindestens eine Translation, mindestens eine Rotation als auch eine Kombination aus mindestens einer Translation und mindestens einer Rotation aufweisen. So ist es möglich, statt die Elemente zu schieben, sie in jeweils in eine geeignete Position zu schwenken. Zudem kann der Bildsensor 6 beispielsweise auf eine andere Weise bewegt werden als das bildgebende Element 13.The movement of the imaging element 13 and / or of the image sensor 6 can have at least one translation, at least one rotation as well as a combination of at least one translation and at least one rotation. So it is possible, instead of pushing the elements, to swing them in each case in a suitable position. In addition, the image sensor 6 can be moved, for example, in a different way than the imaging element 13.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . The invention is not limited by the description of the invention based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gerät mit einer Kamerafunktion, bei deren Verwendung ein aufzunehmendes Lichtbündel ein Kameraobjektiv passiert, wobei das Gerät zusätzlich eine Bildprojektionsfunktion aufweist, bei deren Verwendung ein zu projizierendes Lichtbündel das Kameraobjektiv passiert.1. Device with a camera function, in the use of which a light beam passes through a camera lens, wherein the device additionally has an image projection function, in the use of which a light beam to be projected passes through the camera lens.
2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei ein digitaler Bildsensor für die Kamerafunktion enthalten ist.2. Device according to claim 1, wherein a digital image sensor for the camera function is included.
3. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerät eine Fotokamera, ein Camcorder oder ein Mobiltelefon ist.3. Device according to one of the preceding claims, wherein the device is a camera, a camcorder or a mobile phone.
4. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein mechanisches oder elektromechanisches Schaltelement enthalten ist, mittels dem ein Aufnahmelichtweg, der zwischen einem Bildsensor und dem Kameraobjektiv verläuft, und ein Projektionslichtweg, der zwischen einer Projektionslichtquelle und dem Kameraobjektiv verläuft, einstellbar sind.4. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein a mechanical or electromechanical switching element is included, by means of which a receiving light path extending between an image sensor and the camera lens, and a projection light path which extends between a projection light source and the camera lens, are adjustable.
5. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bildsensor bewegbar gelagert ist und das Schaltelement den Bildsensor zum Einstellen des Aufnahmelichtweges oder des Projektionslichtweges bewegt .5. Device according to one of the preceding claims, wherein the image sensor is movably mounted and the switching element moves the image sensor for adjusting the Aufnahmelichtweges or the projection light path.
6. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement einen bewegbar gelagerten Spiegel aufweist und diesen zum Einstellen des Aufnahmelichtweges oder des Projektionslichtweges bewegt .6. Device according to one of the preceding claims, wherein the switching element has a movably mounted mirror and this for adjusting the Moving light path or the projection light path moves.
7. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildprojektionsfunktion unter Verwendung einer Lichtquelle und einer optischen Ablenkeinrichtung realisiert wird.The apparatus according to one of the preceding claims, wherein the image projection function is realized by using a light source and an optical deflector.
8. Gerät gemäß Anspruch 7, wobei die Lichtquelle mindestens einen Laser aufweist.8. Apparatus according to claim 7, wherein the light source comprises at least one laser.
9. Gerät gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei in einem Projektionslichtweg zwischen dem Abtaster und dem Kameraobjektiv ein f-θ-Objektiv angeordnet ist.9. Apparatus according to claim 7 or 8, wherein in a projection light path between the scanner and the camera lens, an f-θ lens is arranged.
10. Gerät gemäß Anspruch 9, wobei das f-θ-Objektiv derart ausgebildet ist, dass das zu projizierende Lichtbündel durch dieses bildseitig im Wesentlichen telezentrisch abgebildet wird oder seine Austrittspupille im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Kameraobjektivs zusammenfällt.10. Apparatus according to claim 9, wherein the f-θ lens is designed such that the light beam to be projected is imaged by this image side substantially telecentric or its exit pupil coincides substantially with the entrance pupil of the camera lens.
11. Gerät gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei mindestens ein optisches Element für die Projektionsfunktion enthalten ist, die mindestens ein Lichtbündel der Lichtquelle in die Bildebene des Kameraobjektives fokussiert.11. Device according to one of claims 7 or 8, wherein at least one optical element for the projection function is included, which focuses at least one light beam of the light source in the image plane of the camera lens.
12. Gerät gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei in einem Projektionslichtweg zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Kameraobjektiv ein Objektiv angeordnet ist, dessen Abbildung in der Bildebene gezielt verzeichnet ist. 12. Device according to one of claims 7 or 8, wherein in a projection light path between the deflecting device and the camera lens, a lens is arranged, whose image is recorded specifically in the image plane.
13. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildprojektionsfunktion eine Projektion mit einer flächigen Beleuchtung und einem bildgebenden Element umfasst.13. Device according to one of claims 1 to 6, wherein the image projection function comprises a projection with a planar illumination and an imaging element.
14. Gerät gemäß Anspruch 13, wobei das bildgebende Element einen14. Apparatus according to claim 13, wherein the imaging element comprises a
Flüssigkristalldisplay oder eine Anordnung individuell einstellbarer Mikrospiegel aufweist.Liquid crystal display or an arrangement of individually adjustable micromirrors.
15. Gerät gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei eine Beleuchtungseinrichtung für die flächige Beleuchtung enthalten ist, die mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einer Leuchtdiode und einem Laser enthält.15. Apparatus according to claim 13 or 14, wherein a lighting device for the areal lighting is included, which contains at least one element from the group consisting of a light emitting diode and a laser.
16. Gerät gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Austrittspupille der Beleuchtung des bildgebenden Elements im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Kameraobjektivs zusammenfällt. 16. An apparatus according to any one of claims 13 to 15, wherein the exit pupil of the illumination of the imaging element coincides substantially with the entrance pupil of the camera lens.
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